一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法技术

一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，属于宽带无线数字通信盲均衡技术领域。包括噪声方差估计、盲信道辨识偏差补偿、构造均衡器以及盲恢复，步骤为：1在接收端对接收信号进行过采样，获得两路接收信号序列；2对传输信道特性进行估计，获得传输信道特性的有偏估计值；3计算传输信道特性有偏估计值的估计偏差；4对有偏估计值进行补偿，得到补偿后的传输信道特性无偏估计值；5构造均衡器；6构造接收信号向量，对输入信号序列进行盲恢复；7判断循环计数值是否已经达到最大值，并决定是否完成本方法。本方法能对各未知加性噪声方差进行实时估计并获得对传输信道特性的更为准确估计且收敛性能优异，提升了盲均衡器输出精度及系统抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法
本专利技术涉及一种自适应盲均衡方法，尤其涉及一种基于偏差补偿(BiasCompensation)的自适应盲均衡方法，属于宽带无线数字通信以及盲均衡

技术介绍
盲均衡(BlindEqualization)是指均衡器能够在不借助训练序列的情况下，仅利用所接收到的信号序列对信道进行均衡，恢复输入信号序列的信号处理技术。1975年，日本学者Y.Sato首次提出了应用于多幅度调制数据传输中的自恢复均衡——“盲均衡”的概念。之后，盲均衡技术成为通信领域的研究热点，许多解决盲均衡问题的方法应运而生。早期的盲均衡方法主要基于接收信号的高阶统计量(Higher-OrderStatistics,HOS)来完成对单输入单输出(SingleInputSingleOutput,SISO)信道模型的盲均衡。基于HOS的盲均衡方法可以构造任意形式的均衡器结构，不需要对系统阶数进行准确的判定，同时这类方法能够保证输出结果很好地收敛到全局最优解处。然而，这类方法需要大量的观测数据，且计算复杂度较高，难以适用于移动通信中信道快速变化的情况。1991年，Tong等人开创性地证明了盲均衡问题可利用过采样(或多天线阵列)系统输出的二阶统计量(Second-OrderStaitstics,SOS)解决。与基于HOS的盲均衡方法相比，基于SOS的盲均衡方法只需较少的观测数据即可准确地实现盲均衡。因而，该类方法成为近年来研究人员解决盲均衡问题时的首选。本专利技术利用过采样(或多天线阵列)技术，得到单输入多输出(SingleInputMultipleOutput,SIMO)信道传输系统。利用SIMO系统输出信号的二阶统计量，本专利技术提出一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法。实验表明，该自适应盲均衡方法适用于各传输信道存在未知加性噪声的情况，能够实现对各信道噪声方差的实时估计，并对由噪声引起的信道特性估计偏差进行偏差补偿，获得对各传输信道特性的无偏估计结果。然后，构造均衡器，实现对未知输入信号序列的盲恢复。与本专利技术相关的文章共两篇，下文分别对其进行剖析：文章(1)：期刊名称IEEETransactionsonCircuits&SystemsI，卷期号2007年第五十四卷第六期，标题为ARecursiveBlindAdaptiveIdentificationAlgorithmandItsAlmostSureConvergence，基于SOS提出一种利用递归最小二乘(RecursiveLeastSquares,RLS)算法实现盲辨识的方法，并验证了该盲辨识方法能够依概率收敛到真值的纯量倍数处。该文章又将此盲辨识方法应用到盲均衡中去，仿真实验验证了该方法在解决盲均衡问题时的有效性。其中，该方法假设各传输信道存在的加性噪声是可估计的，并分别对加性噪声的估计值与真值间的大小关系进行了分类讨论，证明了该方法在加性噪声估计值不大于真值时是收敛的。然而，该方法并未给出获得加性噪声估计值的方法。因而，当实际传输信道存在未知加性噪声时，该方法无法实现对信道特性的无偏估计。文章(2)：期刊名称Proceedingsofthe32ndChineseControlConference，卷期号2013年，标题为GeneralizedYule-WalkerBlindIdentificationforSingle-InputMultiple-OutputSystems，利用解决自回归(Auto-Regressive,AR)模型问题时的尤尔沃克(Yule-Walker)方法，基于SOS，实现了对SIMO信道传输系统的盲辨识。同时，依据RLS准则，该自适应盲辨识方法提高了计算效率，能够有效解决高信噪比条件下的盲辨识问题。然而，该方法在实现过程中，假设各传输信道存在具有完全相同统计特性且统计特性为已知先验信息的加性噪声。该方法与文章(1)中的方法类似，当各传输信道存在未知的加性噪声时，无法实现对信道特性的无偏估计。以上文章虽然解决了利用SOS获得传输信道特性的无偏估计值的问题，且上述文章中的方法具有优异的收敛性与计算效率，但是上述方法均假设各传输信道存在噪声方差已知的加性噪声。而在实际应用中，各传输信道存在的噪声方差往往是未知的，上述方法难以实现。因此，上述文章中利用SOS对传输信道进行盲辨识并进一步实现盲均衡的方法具有很大的改进空间。本专利技术的目的即是致力于解决上述利用SOS实现盲辨识与盲均衡方法的缺陷，提出一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有利用SOS实现盲辨识与盲均衡的方法在各传输信道存在未知噪声方差的加性噪声条件下无法实施的缺陷，提出了一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法。一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，简称本方法，包括噪声方差估计、盲信道辨识偏差补偿、构造均衡器以及盲恢复四部分，其核心思想为：对各传输信道上未知的加性噪声方差进行实时估计，并补偿由噪声引起的盲信道辨识偏差，然后基于对各传输信道特性的无偏估计结果，构造均衡器，实现对输入信号序列的准确盲恢复；本方法，具体步骤如下：步骤1：在接收端对接收信号进行过采样，获得两路接收信号序列，初始化循环计数值及循环计数最大值；其中，循环计数值记为j并将j初始化为1；循环计数最大值，记为jmax，为大于100的正整数；利用过采样技术获得j≤jmax时两路接收信号序列的全部接收信号，即；以t/2为采样间隔进行采样，交替获取得到两路接收信号序列；其中，t是码元间隔；第j时刻获取的两路接收信号分别记为y1(j)和y2(j)，j≥1且为整数；步骤2：基于步骤1输出的两路接收信号序列，利用RLS方法对传输信道特性进行估计，获得传输信道特性的有偏估计值；其中，对应步骤1输出的两路接收信号序列的传输信道也为两路；将传输信道特性定义为θ，且h1,0,h1,1,...,h1,L和h2,0,h2,1,...,h2,L分别代表两路传输信道的冲激响应序列，L为信道阶数；[·]H代表共轭转置运算；基于两路传输信道的冲激响应序列的传输信道传递算子分别通过如下公式(1)和(2)表示：H1(q-1)＝h1,0+h1,1q-1+...+h1,Lq-L(1)H2(q-1)＝h2,0+h2,1q-1+...+h2,Lq-L(2)其中，q-1为单位延迟算子，H1(q-1)与H2(q-1)分别为两路传输信道的传递算子，且H1(q-1)与H2(q-1)互质；第i时刻的信道传输特性θ，记为θi，其RLS估计值记为i≥L+2且为整数，通过公式(3)和(4)迭代计算出：其中，[·]*代表共轭运算；φi是由两路接收信号构造而成的向量，其表达式为：φi＝[-y2(i-1),-y2(i-2),...,-y2(i-L),y1(i),y1(i-1),...,y1(i-L)]T，其中，[·]T代表转置运算；Pi代表向量φi相关矩阵的逆矩阵，即Pi可由公式(4)计算获得；中各元素初始值，即i＝L+2，中元素的选取范围是0到5，Pi-1的初始值，即i＝L+2时PL+1＝δ-1IL，δ的选取范围为10-6到10-4；步骤3：估计两路传输信道上的未知噪声方差；其中，两路传输信道上的未知噪声方差记为和此两路噪声均为加性噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，简称本方法，核心思想为：对各传输信道上未知的加性噪声方差进行实时估计，并补偿由噪声引起的盲信道辨识偏差，然后基于对各传输信道特性的无偏估计结果，构造均衡器，实现对输入信号序列的准确盲恢复；其特征在于：主要包括噪声方差估计、盲信道辨识偏差补偿、构造均衡器以及盲恢复，步骤为：步骤1：在接收端对接收信号进行过采样，获得两路接收信号序列；步骤2：基于步骤1输出的两路接收信号序列，利用RLS方法对传输信道特性进行估计，获得传输信道特性的有偏估计值；步骤3：估计两路传输信道上的未知噪声方差；至此，步骤1到步骤3完成了本方法中的噪声方差估计；步骤4：根据步骤3中得到的两路传输信道上的未知噪声方差，计算步骤2输出的传输信道特性有偏估计值的估计偏差，并进行偏差补偿，得到补偿后的传输信道特性的无偏估计值；至此，完成了盲信道辨识偏差补偿；步骤5：利用步骤3和步骤4的计算结果，构造均衡器；步骤6：构造接收信号向量，利用步骤5中构造的均衡器，实现对输入信号序列的盲恢复；步骤7：判断循环计数值是否已经达到最大值，并决定是否完成本方法；至此，从步骤1到步骤7，完成了一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法。...

【技术特征摘要】
1.一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，简称本方法，核心思想为：对各传输信道上未知的加性噪声方差进行实时估计，并补偿由噪声引起的盲信道辨识偏差，然后基于对各传输信道特性的无偏估计结果，构造均衡器，实现对输入信号序列的准确盲恢复；其特征在于：主要包括噪声方差估计、盲信道辨识偏差补偿、构造均衡器以及盲恢复，步骤为：步骤1：在接收端对接收信号进行过采样，获得两路接收信号序列；步骤2：基于步骤1输出的两路接收信号序列，利用RLS方法对传输信道特性进行估计，获得传输信道特性的有偏估计值；步骤3：估计两路传输信道上的未知噪声方差；至此，步骤1到步骤3完成了本方法中的噪声方差估计；步骤4：根据步骤3中得到的两路传输信道上的未知噪声方差，计算步骤2输出的传输信道特性有偏估计值的估计偏差，并进行偏差补偿，得到补偿后的传输信道特性的无偏估计值；至此，完成了盲信道辨识偏差补偿；步骤5：利用步骤3和步骤4的计算结果，构造均衡器；步骤6：构造接收信号向量，利用步骤5中构造的均衡器，实现对输入信号序列的盲恢复；步骤7：判断循环计数值是否已经达到最大值，并决定是否完成本方法；至此，从步骤1到步骤7，完成了一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法。2.根据权利要求1所述的一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，其特征在于：步骤1中，循环计数值记为j并将j初始化为1；循环计数最大值，记为jmax，为大于100的正整数；利用过采样技术获得j≤jmax时两路接收信号序列的全部接收信号，即；以t/2为采样间隔进行采样，交替获取得到两路接收信号序列；其中，t是码元间隔；第j时刻获取的两路接收信号分别记为y1(j)和y2(j)，j≥1且为整数。3.根据权利要求1所述的一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，其特征在于：步骤2中，对应步骤1输出的两路接收信号序列的传输信道也为两路；将传输信道特性定义为θ，且h1,0,h1,1,...,h1,L和h2,0,h2,1,...,h2,L分别代表两路传输信道的冲激响应序列，L为信道阶数；[·]H代表共轭转置运算；基于两路传输信道的冲激响应序列的传输信道传递算子分别通过如下公式(1)和(2)表示：H1(q-1)＝h1,0+h1,1q-1+...+h1,Lq-L(1)H2(q-1)＝h2,0+h2,1q-1+...+h2,Lq-L(2)其中，q-1为单位延迟算子，H1(q-1)与H2(q-1)分别为两路传输信道的传递算子，且H1(q-1)与H2(q-1)互质；第i时刻的信道传输特性θ，记为θi，其RLS估计值记为i≥L+2且为整数，通过公式(3)和(4)迭代计算出：其中，[·]*代表共轭运算；φi是由两路接收信号构造而成的向量，其表达式为：φi＝[-y2(i-1),-y2(i-2),...,-y2(i-L),y1(i),y1(i-1),...,y1(i-L)]T，其中，[·]T代表转置运算；Pi代表向量φi相关矩阵的逆矩阵，即Pi可由公式(4)计算获得；中各元素初始值，即i＝L+2，中元素的选取范围是0到5，Pi-1的初始值，即i＝L+2时PL+1＝δ-1IL，δ的选取范围为10-6到10-4。4.根据权利要求1所述的一种基于偏差补偿的自适应盲均衡方法，其特征在于：步骤3中，两路传输信道上的未知噪声方差记为和此两路噪声均为加性噪声；第i时刻对两路传输信道上的未知加性噪声方差的估计通过公式(5)计算：其中，和是第i时刻对两路传输信道上的未知加性噪声方差的实时估计值；和为第i时刻分别关于两路传输信道特性的RLS估计向量；为第i-1时刻对传输信道特性的无偏估计值，且和为第i-1时刻分别关于两路传输信道特性的无偏估计向量，初始条件下，中各元素的选取范围是0到5；引入第i时刻的辅助预测向量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丽娟，娄健，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11