联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法技术

本发明专利技术公开了一种联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法。本发明专利技术先把长PN码WCDMA信号降维建模成短PN码载波调制混合矩阵模型。再推导出异步WCDMA信号协方差矩阵的信号特征值个数和用户数间关系，后设置判定条件来判定信号协方差矩阵中信号特征值个数，进而获得信号中的用户数。通过估计到的用户数来设置后续主分量分析法中的主成分数目。对于联通异步WCDMA上行扰码的盲估计，提出利用盲源分离、锁相环以及构成扰码的m序列的生成多项式，来估计出信号延迟、对估计到的部分扰码纠错以及推导出完整扰码。本发明专利技术有效估计出联通异步WCDMA空中实采信号中的用户数和长扰码，且性能比传统的盲估计方法更优。

【技术实现步骤摘要】
联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法
本专利技术属于联通3G信号处理领域，主要解决未知频偏下的异步多用户联通异步WCDMA实采信号中的用户数和扰码盲估计问题。
技术介绍
WCDMA系统是宽带直接序列扩展码分多址系统，其为移动用户提供传统的语音业务、多媒体业务和高速电路交换以及寻呼、地址分配和快速调度之类的特殊业务。WCDMA能将信号隐藏在背景噪声下，并能够抑制窄带干扰。所以它具有较高的数据速率，良好的保密性、和很强的抗干扰能力。基于这些优点，联通WCDMA技术在世界上得到了非常广泛的应用。在这样的背景下，扩频通信的侦察对抗及民用无线电资源监管引起了广泛的注意，特别是对长码直接扩频信号的盲检测和盲估计引起了许多学者的关注。在扩频通信系统中，研究DS信号中的扩频码和信源信息估计的方法虽然有很多，但是都以短PN码直接扩频信号和长PN码信号为主。WCDMA信号是短码扩频长码加扰的信号，包含了两个伪随机序列，即每个信道的扩频码使用不同OVSF码，长周期扰码使用截短的Gold序列。每个用户都包含了物理数据信道和控制信道，结构比较复杂，其研究相对初步。WCDMA信号中的用户数估计是保证用户信号正确分离和盲解码的关键，已有的估计源信号数量的方法复杂性高，实践困难，且并不适用于具有剩余载波频偏的WCDMA信号。在复杂环境下，多用户联通异步WCDMA信号具有剩余载波频偏，对于此类信号的伪码和源信息中估计，目前的研究多集中在接收技术或物理层等方面，包括信号的接收与检测、信道估计与编码以及地址码的分配与设计等，并没有解决WCDMA系统中的用户数和伪随机序列估计和侦察的关键问题。因此对这方面的研究是非常有必要的，这将使WCDMA信号在通信电子对抗领域应用中的民用、商业和军用通信信号侦察具有重要的意义。综上所述，WCDMA在通信对抗等领域应用十分广泛，但关于联通异步WCDMA信号中用户数和PN码估计的研究成果却很少，因此很有必要对此开展研究工作。本文旨在对于非合作通信场景中，在仅有少量接收信号的先验知识的基础上，准确估计出信号中的用户个数、延迟、扰码和信息码。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的WCDMA信号中用户数和扰码估计技术中的不足，对于未知频偏下多用户的异步WCDMA信号盲侦察的复杂性，提出了一种联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤1、将未知频偏的异步多用户WCDMA信号进行数学建模：其中，aI,k和aQ,k分别为第k个用户I路和Q路信号的幅度；bI,k(t-τk)和bQ,k(t-τk)分别为第k个用户I路和Q路的信息码；wI,k(t-τk)和wQ,k(t-τk)分别为第k个用户I路和Q路的扩频码；sI,k(t-τk)+jsQ,k(t-τk)为第k个用户的长扰码，j为虚数单位；h(t-τk)为根升余弦滤波器，滚降因子为0.22；Δωk为第k个用户的剩余频偏；n(t-τk)为0均值，方差为的白噪声，τk为第k个用户信号延迟，τ1≠τ2≠…≠τk。步骤2、根据异步WCDMA信号的协方差矩阵中信号特征值与用户数的关系，设置动态门限，判断出信号特征值数目，以此估计出信号中的用户个数。步骤3、将接收信号建模成盲源分离的形式并做PCA白化预处理。步骤4、利用ICA算法分离出部分载波调制的扰码序列。利用锁相环技术对估计的部分载波调制的扰码序列去频偏。步骤5、利用去频偏后估计到的部分扰码序列，结合WCDMA信号中的扰码生成原理和构成扰码的m序列的生成多项式来估计出每个用户的延迟和恢复出完整扰码。步骤2具体实现如下：2-1.对于异步WCDMA信号，信号中的用户数为K时，信号协方差矩阵的信号特征值个数为3K。2-2.对接收到的信号通过滤波器后，按DPDCH信道OVSF码周期L进行帧等间隔采样，即按照码片速率从第一帧的第一个码片开始连续采样L个码片，然后忽略第一帧余下的数据，共M帧依次重复相同的操作来进行等间隔采样，得到L×M维的信号矩阵，求其协方差矩阵。2-3.根据信号矩阵的协方差矩阵中信号特征值个数与用户数的关系，对信号协方差矩阵做奇异值分解，将特征值每三位连续相加后按升序排列。即取统计量如下：λsum,logabsdif(p)＝log|(λsum,i+1-λsum,i)/λsum,i|,0＜i≤[L/3]-1(2)λsum,i为连续每三位特征值相加之和。λsum,logabsdif(p)描述的是每三位特征值相加后的跳变程度。2-4.设置动态门限mean(|·|)和std(|·|)分别是λsum,logabsdif(p)的均值和方差。μn是调整因子，s是步长因子，通过调整步长来改变门限值。s一般取值为小数，本专利技术中s＝0.5。当λsum,logabsdif(i+1)＞T(i)时，下标大于i的λsum,logabsdif的个数就是估计的用户数。对于不同的调整因子，分别用上式估计用户个数，得到N+1个用户数的估计值，这N+1个估计值中除零之外出现次数最多的值即为估计到的用户个数。步骤3具体实现如下：3-1.将接收信号通过滤波器后，从观测信号第一帧的第一个码片开始，按照码片速率连续采样L个码片，忽略第一帧中剩下的码片，共M帧依次重复相同的操作进行帧等间隔采样，在第m帧中采样得到的观察数据向量为：X′m＝[x((m-1)38400+τ+1),x((m-1)38400+τ+2),...,x((m-1)38400+L+τ)](4)3-2.将通过帧等间隔采样得到的观察数据向量X′m建模成其中，矩阵G由多个用户带有载波频偏的扩频序列组成，Bm为由多个用户的第m帧信息码组成的带有载波频偏的信息码向量，Nm为在第m帧采样得到的方差为的高斯噪声向量，其中分别为第k个用户I路OVSF码的前一部分和后一部分分别与扰码叠加后产生的带有载波频偏的扩频序列，CQ,k为第k个用户Q路OVSF码和扰码叠加后产生的带有载波频偏的扩频序列，bI,k,1，bI,k,2为第k个用户I路第m个数据帧载波调制的连续的两位信息码，bQ,k为第k个用户Q路第m个数据帧载波调制的信息码。即：式(7)中，cI,k,1(n)＝wI,k(n)·sI,k(n)，cI,k,2(n)＝wI,k(n)·sQ,k(n)),wI,k(n)∈{±1}，cI,k,1(n)和cI,k,2(n)分别为第k个用户I路对应的OVSF序列分别与复扰码的实部和虚部叠加后组成的新的扩频序列。式(8)中，cQ,k,1(n)＝wQ,k(n)·sI,k(n),cQ,k,2(n)＝wQ,k(n)·sQ,k(n)，cQ,k,1(n)和cQ,k,2(n)分别为Q路对应的OVSF序列分别与复扰码的实部和虚部叠加后组成的新的扩频序列。Q路OVSF码wQ,k(n)∈{+1}，故Q路OVSF码与扰码叠加后的新的扩频码仍是扰码序列本身，即cQ,k,1(n)＝sI,k(n)，cQ,k,2(n)＝sQ,k(n)。式(9)中，bI,k,1(m)和bI,k,2(m)分别为对第m个数据帧采样得到的第k个用户I路连续两位的信息比特，bQ,k(m)为对第m个数据帧采样得到的第k个用户Q路的信息比特。3-3.PCA白化首先由矩阵可得到其协方差矩阵RXX，即对RXX做奇异值分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、将未知频偏的多用户联通异步WCDMA实采信号进行数学建模：

【技术特征摘要】
1.联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、将未知频偏的多用户联通异步WCDMA实采信号进行数学建模：其中，aI,k和aQ,k分别为第k个用户I路和Q路信号的幅度；bI,k(t-τk)和bQ,k(t-τk)分别为第k个用户I路和Q路的信息码；wI,k(t-τk)和wQ,k(t-τk)分别为第k个用户I路和Q路的扩频码；sI,k(t-τk)+jsQ,k(t-τk)为第k个用户的长扰码，j为虚数单位；h(t-τk)为根升余弦滤波器，滚降因子为0.22；Δωk为第k个用户的剩余频偏；n(t-τk)为0均值，方差为的白噪声，τk为第k个用户信号延迟，τ1≠τ2≠…≠τk；步骤2、根据异步联通WCDMA信号的协方差矩阵中信号特征值与用户数的关系，设置动态门限，判断出信号特征值数目，以此估计出信号中的用户个数；步骤3、将接收信号建模成盲源分离的形式并做PCA白化预处理；步骤4、利用ICA算法分离出部分载波调制的扰码序列；利用锁相环技术对估计的部分载波调制的扰码序列去频偏；步骤5、利用去频偏后估计到的部分扰码序列，结合WCDMA信号中的扰码生成原理和构成扰码的m序列的生成多项式来估计出每个用户的延迟和恢复出完整扰码。2.根据权利要求1所述的联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法，其主要特征在于步骤2具体实现如下：2-1.对于异步WCDMA信号，信号中的用户数为K时，信号协方差矩阵的信号特征值个数为3K；2-2.对接收到的信号通过滤波器后，按DPDCH信道OVSF码周期L进行帧等间隔采样，即按照码片速率从第一帧的第一个码片开始连续采样L个码片，然后忽略第一帧余下的数据，共M帧依次重复相同的操作来进行等间隔采样，得到L×M维的信号矩阵，求其协方差矩阵；2-3.根据信号矩阵的协方差矩阵中信号特征值个数与用户数的关系，对信号协方差矩阵做奇异值分解，将特征值每三位连续相加后按升序排列；即取统计量如下：λsum,logabsdif(p)＝ln|(λsum,i+1-λsum,i)/λsum,i|,0＜i≤[L/3]-1(2)λsum,i为连续每三位特征值相加之和；λsum,logabsdif(p)描述的是每三位特征值相加后的跳变程度；2-4.设置动态门限mean(|·|)和std(|·|)分别是λsum,logabsdif(p)的均值和方差；μn是调整因子，s是步长因子，通过调整步长来改变门限值；s一般取值为小数，本发明中s＝0.5；当λsum,logabsdif(i+1)＞T(i)时，下标大于i的λsum,logabsdif的个数就是估计的用户数；对于不同的调整因子，分别用上式估计用户个数，得到N+1个用户数的估计值，这N+1个估计值中除零之外出现次数最多的值即为估计到的用户个数。3.根据权利要求2所述的联通异步WCDMA实采信号用户数和扰码盲估计方法，其特征在于步骤3具体实现如下：3-1.将接收信号通过滤波器后，从观测信号第一帧的第一个码片开始，按照码片速率连续采样L个码片，忽略第一帧中剩下的码片，共M帧依次重复相同的操作进行帧等间隔采样，在第m帧中采样得到的观察数据向量为：X′m＝[x((m-1)38400+τ+1),x((m-1)38400+τ+2),...,x((m-1)38400+L+τ)](4)3-2.将通过帧等间隔采样得到的观察数据向量X′m建模成其中，矩阵G由多个用户带有载波频偏的扩频序列组成，Bm为由多个用户的第m帧信息码组成的带有载波频偏的信息码向量，Nm为在第m帧采样得到的方差为的高斯噪声向量，其中分别为第k个用户I路OVSF码的前一部分和后一部分分别与扰码叠加后产生的带有载波频偏的扩频序列，CQ,k为第k个用户Q路OVSF码和扰码叠加后产生的带有载波频偏的扩频序列，bI,k,1，bI,k,2为第k个用户I路第m个数据帧载波调制的连续的两位信息码，bQ，k为第k个用户Q路第m个数据帧载波调制的信息码；即：式(7)中，cI,k,1(n)＝wI,k(n)·sI,k(n)，cI,k,2(n)＝wI,k(n)·sQ,k(n),其中wI,k(n)∈{±1}，cI,k,1(n)和cI,k,2(n)分别为第k个用户I路对应的OVSF序列分别与复扰码的实部和虚部叠加后组成的新的扩频序列；式(8)中，cQ,k,1(n)＝wQ,k(n)·sI,k(n),cQ,k,2(n)＝wQ,k(n)·sQ,k(n)，cQ,k,1(n)和cQ,k,2(n)分别为Q路对应的OVSF序列分别与复扰码的实部和虚部叠加后组成的新的扩频序列；Q路OVSF码wQ,k(n)∈{+1}，故Q路OVSF码与扰码叠加后的新的扩频码仍是扰码序列本身，即cQ,k,1(n)＝sI,k(n)，cQ,k,2(n)＝sQ,k(n)；式(9)中，bI,k,1(m)和bI,k,2(m)分别为对第m个数据帧采样得到的第k个用户I路连续两位的信息比特，bQ,k(m)为对第m个数据帧采样得到的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈雷，郭婧婧，苗佳佳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33