一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法技术

一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，针对基于顺序统计量的MIMO空时分组码码型识别中判决门限的计算问题，将极值统计量理论引入其中，提出了一种可解析表达的门限快速确定方法，其基本思路为：1)辅助常数计算：根据极值理论，计算两个归一化常数；2）近似方程建立：用Gumbel函数代替门限求解中的不完全Gamma函数的幂函数，得到门限求解的近似方程；3）门限近似求解：根据设定的虚警概率及计算得到的辅助常数，解近似方程，得到门限的解析解。仿真结果证明，当参数适当，本发明专利技术可快速准确地计算MIMO码型识别中的门限。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法。
技术介绍
Gamma分布，作为信号处理中的一个常用分布。注意到，Gamma随机变量的分布函数即为不完全Gamma函数Pn(α，x)，因此，在将Gamma随机量或其派生随机量作为信号检测或识别的统计量时，通常会涉及到与之有关的门限确定、性能的统计分析等问题。近年来，随着新一代无线通信技术的发展，MIMO传输体制已成为4G及5G移动通信系统中无线传输的核心技术。相应地，对MIMO场景下的信号识别问题已成为认知无线电、通信侦察及频谱监测等领域的热点问题。在MIMO-OFMD-STBC信号识别过程中，可将不同天线之间不同延时相关的自相关函数作为识别依据，并取其最大值作为识别特征，而这个特征的分布即为独立同分布Gamma分布的积。此时，若须求取识别用门限，也就必然涉及到形如Pn(α，x/β)＝q，0≤q≤1的不完全Gamma函数幂次方程的求解问题。当n较大时且α数大于2时，上述方程很难得到解析解，从而增加了相关处理的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术中的不足，提供一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，利用极值分布理论，用Gumbel函数来近似形如Pn(α，x/β)＝q，0≤q≤1方程左边的不完全Gamma函数的高次幂，从而给出一种简便的识别门限解析近似解法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)条件适应性检验：对于基于顺序统计量的MIMO-OFDM信号空时分组码的识别，根据接收天线个数Nr，定义参数Nc＝Nr(Nr-1)/2；根据样本长度N、OFDM序列循环前缀的长度v定义参数Nv＝N+v，以及识别虚警概率值pfa，并对三个参数的范围进行检验；2)辅助常数计算：根据极值理论，计算辅助常数an，bn；3)近似方程建立：用Gumbel函数代替门限求解中的不完全Gamma函数的幂函数，得到门限求解的近似方程；4)门限近似求解：根据设定的虚警概率及计算得到的辅助常数，求解近似方程，得到门限的解析解。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述步骤1)具体包括：以任意两根接收天线之间自相关函数的最大值作为基础，定义特征量：γ＝maxFc(τ)其中，Fij(τ)是任意两根不同接收天线之间的延时自相关函数，服从自由度为Nc＝Nr(Nr-1)/2的中心卡方分布，τ为延时量，Nr为接收天线个数；根据恒虚警准则，设定虚警概率Pfa，根据下式计算得到相应判决门限：(1-pfa)＝PN+v(Nc，λ/2)(1)其中，λ为判决门限，v为OFDM循环前缀的个数，N为接收信号的样本个数，Pn(α，x)为参数α不完全Gamma函数的n次幂；相应的识别规则为：若γ≥λ，则判定信号的码型为STBC，否则，为SM码；识别中，门限通过对方程(1)的求解得到，事先须对虚警概率Pfa、参数Nv＝N+v和参数Nc＝Nr(Nr-1)/2的范围进行检验。所述步骤2)具体包括：将方程(1)一般化为：Pn(α，x/β)＝q，0≤q≤1，n＞＞1，α＞2(2)根据参数α，n，β，计算用于归一化处理的常数an，bn，具体公式如下：bn＝β{ln[n/Γ(α)]+(α-1)lnBn+[(α-1)2lnBn-(α-1)2ln(α-1)+α-1]/Bn}；an＝bnβ[bn+β(α-1)]/[(bn)2-β2(α-1)(α-2)]，(3)其中，常数Bn＝ln[n/Γ(α)]+(α-1)ln(α-1)，Γ(x)为Gamma函数；令α＝Nc，β＝2，n＝N+v，代入式(3)，得到归一化常数所述步骤3)具体包括：根据极值理论，对于n个独立同分布的形状参数为α、尺度参数为β的Gamma随机向量X1，X2，...，Xn，其最大值Y＝max(X1，X2，...，Xn)分布函数的极限分布为Gumbel分布，即若存在合适的归一化常数an，bn＞0，有：其中，A(x)＝exp[-exp(-x)]为Gumbel函数；将方程(2)转换为如下近似方程：据此，将方程(1)近似为：所述步骤4)具体包括：对方程(6)进行推导，得到其近似解为：本专利技术的有益效果是：将接收天线个数大于2时的门限计算问题转化为不完全Gamma函数高阶幂次方程的求解问题，而后将其与独立同分布Gamma随机变量的最大值分布联系起来，并根据极值理论，用Gumbel分布函数近似不完全Gamma函数高阶幂。由于Gumbel分布函数是初等函数，因此，可以得方程的闭合近似解，减少了计算复杂度，且增加了相关问题分析的直观性。附图说明图1是基于顺序统计量的MIMO-OFDM空时分组码识别中门限计算的流程图。图2是本专利技术用于MIMO-OFDM空时分组识别门限计算时与精确数值解的性能对比图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示的多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，具体包括以下步骤：一、条件适应性检验考虑MIMO-OFDM通信信号识别中STBC码的识别若采用文献(Y.A.Eldemerdash，O.A.Dobre，B.J.Liao，″BlindIdentificationofSMandAlamoutiSTBC-OFDMSignals″，IEEETransactionsonWirelessCommunications，vol.14，pp.972-982，2015.)提出的基于顺序统计量的空时分组码识别算法，其过程为：首先，以任意两根接收天线之间自相关函数的最大值作为基础，定义特征量γ＝maxFc(τ)，式中：其中Fij(τ)是任意两根不同接收天线之间的延时自相关函数，τ为延时量，Nr为接收天线个数。易知，Fc(τ)近似服从自由度为Nc＝Nr(Nr-1)/2的中心卡方分布。然后，根据恒虚警准则，设定一个较小的虚警概率Pfa，根据下式计算得到相应判决门限(1-pfa)＝PN+v(Nc，λ/2)(1)上式中：λ为判决门限，v为OFDM循环前缀的个数，N为接收信号的样本个数，Pn(α，x)为参数α不完全Gamma函数的n次幂。最后，若γ≥λ，则判定信号的码型为STBC，否则，为SM码。现在的问题转化对方程(1)的求解问题，求解中需要检验一下各相关参数的范围，具体为：对于虚警概率pfa，一般要求其数值取0.0001-0.05之间；对于Nv＝N+v参数，要求其在50以上；对于参数Nc＝Nr(Nr-1)/2，一般要求小于40。若参数不在此范围内，该近似算法无法保证性能，但一般的MIMO-OFDM信号识别应用场合均可以满足此要求。二、辅助常数的计算将方程(1)一般化为Pn(α，x/β)＝q，0≤q≤1，n＞＞1，α＞2(2)根据其参数α，n，β，计算用于归一化处理的常数an，bn，当n较大时，独立同分布Gamma随机向量的分布经适当归一化后可用Gumbel函数来近似。经典EVT理论中，标准的归一化常数为：bn＝F-1(1-1/n)，an＝1/nf(bn)但上式中要求取Gamma分布的逆，也不存在解析解。为了求了一个完全意义上的解析解，本专利技术借助EVT理论中的尾部等价原理，得到归一化常数的解析求取方法。研究表明，G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)条件适应性检验：对于基于顺序统计量的MIMO‑OFDM信号空时分组码的识别，根据接收天线个数Nr，定义参数Nc＝Nr(Nr‑1)/2；根据样本长度N、OFDM序列循环前缀的长度v，定义参数Nv＝N+v，以及识别虚警概率值pfa，并对三个参数的范围进行检验；2)辅助常数计算：根据极值理论，计算辅助常数an，bn；3)近似方程建立：用Gumbel函数代替门限求解方程中的不完全Gamma函数的幂函数，得到门限求解的近似方程；4)门限近似求解：根据设定的虚警概率及计算得到的辅助常数，求解近似方程，得到门限的解析解。

【技术特征摘要】
1.一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1)条件适应性检验：对于基于顺序统计量的MIMO-OFDM信号空时分组码的识别，根据接收天线个数Nr，定义参数Nc＝Nr(Nr-1)/2；根据样本长度N、OFDM序列循环前缀的长度v，定义参数Nv＝N+v，以及识别虚警概率值pfa，并对三个参数的范围进行检验；2)辅助常数计算：根据极值理论，计算辅助常数an，bn；3)近似方程建立：用Gumbel函数代替门限求解方程中的不完全Gamma函数的幂函数，得到门限求解的近似方程；4)门限近似求解：根据设定的虚警概率及计算得到的辅助常数，求解近似方程，得到门限的解析解。2.如权利要求1所述的一种多天线空时分组码识别门限的快速确定方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括：以任意两根接收天线之间自相关函数的最大值作为基础，定义特征量：γ＝maxFc(τ)其中，Fij(τ)是任意两根不同接收天线之间的延时自相关函数，服从自由度为Nc＝Nr(Nr-1)/2的中心卡方分布，τ为延时量，Nr为接收天线个数；根据恒虚警准则，设定虚警概率Pfa，根据下式计算得到相应判决门限：(1-pfa)＝PN+v(Nc，λ/2)(1)其中，λ为判决门限，v为OFDM循环前缀的个数，N为接收信号的样本个数，Pn(α，x)为参数α不完全Gamma函数的n次幂；相应的识别规则为：若γ≥λ，则判定信号的码型为STBC，否则，为SM码；识别中，门限通过对方程(1)的求解得到，事先须对...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国兵，陈正宇，赵嫔娇，陶永会，姜志鹏，杨莉，周睿，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32