盲自適應(yīng)多用戶檢測

1、一、自適應(yīng)濾波部分用LMS、RLS和Kalmanz算法對CDMA系統(tǒng)進(jìn)行盲多用戶檢測仿真。系統(tǒng)模型見課本第4.13節(jié)，并對算法的統(tǒng)計(jì)性能進(jìn)行討論。1，原理說明：由于是要對DS-CDMA系統(tǒng)進(jìn)行盲多用戶檢測，所以，首先要了解DS-CDMA系統(tǒng)。DS-CDMA 全稱為 Direct Sequenee Code Division Multiple Access，即直接序列碼分多址。從原理上來說，DS-CDMA是通過將攜帶信息的窄帶信號與高速地址碼信號相乘而獲得的寬帶擴(kuò)頻信號。 收端需要用與發(fā)端同步的相同地址碼信號去控制輸入變頻器的載頻相位即可實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)。下面討論地址碼的獲?。?)m序列的生產(chǎn)；m序列是

2、最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱。它是由帶線性反饋的移位寄 存器產(chǎn)生的周期最長的序列。對于一個(gè)n級反饋移位寄存器來說，最多可以有2n個(gè)狀態(tài)，對于一個(gè)線性反饋移位寄存器來說，全“0”狀態(tài)不會轉(zhuǎn)入其他狀態(tài)，所以線性移位寄存器的序列的最長周期為2n -1。當(dāng)n級線性移位寄存器產(chǎn)生的序列Qj 的周期為T =2n -1時(shí)，稱 匕為n級m序列。下面圖1.1給出一個(gè)4級線性反饋移位寄存器。設(shè)初始狀態(tài)為：3,&2,印£01 =1,0,0,01。100110111111011101010101110011001100010001000圖1.1 m序列的產(chǎn)生2)gold序列的生產(chǎn)；gold序列是

3、1967年R.Gold在m序列基礎(chǔ)上提出并分析的一種特性較好的偽隨機(jī)序列，它是由兩個(gè)碼長相等、碼時(shí)鐘速率相同的m序列優(yōu)選對通過模2相加而構(gòu)成的。gold序列的生產(chǎn)兩種方法一為級聯(lián) m序列移位寄存器，一為并聯(lián)m序列移位寄存器。在本仿真中采用級聯(lián)序列 移位寄存器的構(gòu)成方式。由于其他部分在課本第 4.13節(jié)中有了具體的介紹，在這就不在累述。2，程序說明 ：multiuser_dectect.m 和 multiuser_dectect_D.m 分別是主函數(shù)，其中 multiuser_dectect.m 為平穩(wěn)高 斯信道、用戶不變的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測， multiuser_dectect_D

4、.m 為平穩(wěn)高斯信道、用戶變 化的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測； m_sequence.m 為 m 序列產(chǎn)生程序； gold_sequence.m 為 gold 序列 產(chǎn)生程序，它由沒序列級聯(lián)而成因此調(diào)用了m_sequence.m；Change_symbols.m 為把符號 0 1轉(zhuǎn)化成-1 1；Kalman_D.m 和 Kalman_S.m 分別是 Kalman 算法的用戶變化的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測 和用戶不變的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測，其主要區(qū)別在于接口上； LMS_D.m 和 LMS_S.m 分別 是 LMS 算法的用戶變化的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測和用戶不變的同

5、步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測， 其主要區(qū)別在于接口上； RLS_D.m 和 RLS_S.m 分別是 RLS 算法的用戶變化的同步 DCMA 系統(tǒng)盲 信道檢測和用戶不變的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測，其主要區(qū)別在于接口上。函數(shù)接口介紹： sequence_out = Change_symbols( sequence_in )作用：把符號 0 1轉(zhuǎn)化成 -1 1；輸入：sequence_in 輸入要轉(zhuǎn)化序列；輸出：sequence_out 輸出轉(zhuǎn)化后的序列。 gold_seq = gold_sequence(connections1,connections2)作用：gold 序列產(chǎn)生；輸入：co

6、nn ectio ns1輸入產(chǎn)生第一個(gè) m序列的生成多項(xiàng)式；conn ectio ns2輸入產(chǎn)生第二個(gè) m序列的生成多項(xiàng)式；輸出：gold_seq輸出 gold 序列 m_seq = m_sequence(connections);作用：m序列產(chǎn)生；輸入：connections輸入產(chǎn)生m序列的生成多項(xiàng)式；輸出：m_seq輸出m序列 P1,P_i_n,y,correct,E_ex,KK,w = Kalman_D(b,N,K,step,yN_step,S,SS,C_null,SNR,KK,w)作用：用戶變化的同步 DCMA系統(tǒng)盲信道檢測的Kalman算法；輸入：b 信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益；K

7、用戶數(shù)；step 迭代次數(shù)； yN_step 需要檢測的信號；S K 個(gè)用戶的地址碼；SS 31個(gè)用戶的地址碼； C_null 典范表示 2 的系數(shù)；SNR 用戶的信噪比；KK (一步)預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣； w 狀態(tài)變量。輸出：P1 SIR的分子部分；P_i_n SIR的分母部分；y 檢測后的輸出序列；correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex 剩余輸出能量；KK 最后一次迭代的 (一步)預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣 ； w 最后一次迭代的 狀態(tài)變量 。 P1,P_i_n,y,correct,E_ex = Kalman_S(b,N,K,step,yN_step,S,SS,C_null,SN

8、R) 作用：用戶不變的同步DCMA系統(tǒng)盲信道檢測的Kalman算法；輸入：b 信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益；K 用戶數(shù)； step 迭代次數(shù)； yN_step 需要檢測的信號；S K 個(gè)用戶的地址碼；SS 31 個(gè)用戶的地址碼； C_null 典范表示 2的系數(shù)； SNR 用戶的信噪比； 輸出：P1 SIR的分子部分；P_i_n SIR的分母部分；y檢測后的輸出序列；correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex剩余輸出能量。 P1,P_i_n,y,correct,E_ex,x = LMS_D(b,N,K,step,yN_step,S,SNR,x,mu) 作用：用戶變化的同步 DCMA 系統(tǒng)盲

9、信道檢測的 LMS 算法；輸入：b 信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益；K 用戶數(shù)；step迭代次數(shù)；yN_step 需要檢測的信號；S K 個(gè)用戶的地址碼；SNR 用戶的信噪比；x 典范表示 1的系數(shù)； mu 學(xué)習(xí)步長。 輸出：P1 SIR的分子部分；P_i_n SIR的分母部分；y 檢測后的輸出序列； correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex 剩余輸出能量； x 最后一次的 典范表示 1 的系數(shù) 。 P1,P_i_n,y,correct,E_ex = LMS_S(b,N,K,step,yN_step,S,SNR) 作用：用戶不變的同步 DCMA 系統(tǒng)盲信道檢測的 LMS 算法； 輸入：b

10、信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益；K 用戶數(shù)； step 迭代次數(shù)； yN_step 需要檢測的信號；S K 個(gè)用戶的地址碼；SNR 用戶的信噪比； 輸出：P1 SIR的分子部分；P_i_n SIR的分母部分；y檢測后的輸出序列；correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex剩余輸出能量。 P1,P_i_n,y,correct,E_ex,PP = RLS_D(b,N,K,step,yN_step,S,SNR,P) 作用：用戶變化的同步DCMA系統(tǒng)盲信道檢測的RLS算法； 輸入：b 信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益；K 用戶數(shù)；step迭代次數(shù)；yN_step 需要檢測的信號；S K個(gè)用戶的地址碼；SNR

11、 用戶的信噪比；P RLS推導(dǎo)過程中的觀測信號的自相關(guān)矩陣的逆； 輸出：P1 SIR的分子部分；P_i_n SIR的分母部分；y檢測后的輸出序列；correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex剩余輸出能量；PP最后一次的RLS觀測信號的自相關(guān)矩陣的逆。 P1,P_ n,y,correct,E_ex = RLS_S(b,N,K,step,yN_step,S,SNR)作用：用戶不變的同步DCMA系統(tǒng)盲信道檢測的RLS算法；輸入：b信息符號序列；N 擴(kuò)頻增益； K 用戶數(shù)； step迭代次數(shù)；yN_step需要檢測的信號；S K個(gè)用戶的地址碼；SNR 用戶的信噪比； 輸出：P1 SIR的分子部分；

12、P_i_n SIR的分母部分；y檢測后的輸出序列；correct與輸入b比較那些是正確的；E_ex剩余輸出能量。3,結(jié)果分析：同步DS-CDMA中盲自適應(yīng)多用戶檢測問題。 系統(tǒng)中共有10個(gè)用戶，用戶1為期望用戶，信 噪比SNR=20dB，9個(gè)干擾用戶中，5個(gè)用戶的信噪比為 30dB，3個(gè)為40dB，1個(gè)為50dB。信道 為加性高斯白噪聲信道。擴(kuò)頻碼采用 GOLD碼，擴(kuò)頻增益為 N=31。取總數(shù)據(jù)長度為 2000。運(yùn)行 multiuser_dectect.m 得到以下結(jié)果：SIRLMSRLSKalman20181614世屮曲陽曲利嚥叫+*用"岬講A柿小忖恤沁R1210864200200

13、400600800100012001400160018002000圖1.2 時(shí)間平均信干比(同步 CDMA系統(tǒng)，平穩(wěn)信道，用戶不變)EOELMSRLSKalman00O2 O T O T O T200OT860181614II圖1.3時(shí)間平均剩余輸出能量的測量值（同步 CDMA系統(tǒng)，平穩(wěn)信道，用戶不變）在同步DS-CDMA系統(tǒng)平穩(wěn)高斯信道用戶不變時(shí)，分別設(shè)計(jì)LMS、RLS和Kalman三種自適應(yīng)濾波器，獨(dú)立運(yùn)行 500次，繪制平均信干噪比曲線，如圖1.2所示，為進(jìn)一步得到三種算法的收斂性能，繪制時(shí)間平均剩余輸出能量曲線如圖1.3所示。從圖1.2、圖1.3可知，與LMS算法相比，RLS算法和Ka

14、lman算法的收斂速率快得多；從信 干比角度來觀察，Kalman算法得到的信干比明顯比其他兩種算法來得大；從剩余輸出能量角度觀察，Kalman算法的剩余輸出能量在 step比較大時(shí)基本趨近與 0。運(yùn)行multiuser_dectect_D.m得到以下結(jié)果：SIRLMSRLSKalman12100 :丨I|I1III020040060080010001200140016001800圖1.4 信干比（同步CDMA系統(tǒng)，平穩(wěn)信道，用戶隨時(shí)間變化）在同步 DS-CDMA 系統(tǒng)平穩(wěn)高斯信道用戶變化時(shí)， 分別設(shè)計(jì) LMS 、RLS 和 Kalman 三種自適應(yīng) 濾波器，第 600 次迭代之前系統(tǒng)存在 10 個(gè)用戶