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盲源分离(BSS,Blind Source Separation)是指仅从若干观测到的混合信号中提取、恢复出无法直接观测的各个原始信号的过程。独立分量分析(ICA,IndependentComponent Analysis)是盲源分离的主要方法。主分量分析(PCA,PrincipalComponent Analysis)是ICA的预处理和理论前申,也是盲源分离的重要基础。随着研究的深入,盲源分离算法被应用到越来越多的领域,无论是普通的调制信号,还是语音、图像信号等都可以用盲源分离方法进行分离,然而不同信号有着不同的特点,采用不同的盲源分离算法。研究不同算法对不同信号的适用性,不仅有着重要的实际应用价值,也对算法改进有着重要指导意义。
直接序列码分多址(DS-CDMA,Direct Sequence Code Division Multi-Access)技术作为个人通信、卫星通信、无线局域网、第三代无线通信系统等领域的重要技术,越来越受到人们的普遍关注,而扩频码的盲估计成为DS-CDMA技术迫切需要解决的问题之一。传统的扩频码和信息码检测技术主要是盲多用户检测法,然而该技术受先验条件的限制,应用范围较窄。盲源分离算法以其特有的优势,在DS-CDMA信号盲估计中显示出越来越重要的作用。然而该技术尚处于初级阶段,仍需进一步深入地研究。
因此,本文的研究工作主要包括以下几个方面:
第一,细致梳理了一下盲源分离算法的发展历史和研究现状,系统地研究了盲源分离算法理论,并介绍了盲源分离中经常用到的一些基本理论知识,这些知识包括独立分量分析的基本模型、约束条件、基本目标函数和寻优准则等,最后总结了几种常用的盲源分离算法。
第二,针对不同信号适用不同盲源分离算法的问题,详细分析了几种不同信号的特点,并分别采用不同的变步长盲源分离算法进行仿真比较,从而得到了不同信号的最优算法。
第三,针对混合图像难分离的问题,提出了一种基于小波变换的EASI(通过独立性的等变自适应分离,Equivariant Adaptive Separation via Independence)混合图像盲源分离算法。该算法首先对混合图像信号进行小波变换,然后将变换后的稀疏成分作为新的观测信号,采用基于分离度(SD,Separation Degree)的EASI算法对处理后信号进行盲源分离,最后利用得到的分离矩阵分离原混合信号从而将原始图像恢复出来。该算法不仅分离效果好,而且能快速实现较多图像的混合分离。
第四,针对传统盲多用户检测算法受先验条件限制和现有基于盲源分离的DS-CDMA信号盲估计性能较低的问题,提出了一种基于PI(性能指标,Performance Index)变步长的EASI算法应用于DS-CDMA扩频码和信息码的盲估计。该法首先将BSS模型和DS-CDMA模型进行比较,推导出扩频码和信息码分别在盲源分离模型中的对应关系,并用自适应方法估计出混合矩阵从而实现扩频码的盲估计,然后用PI值去改进EASI算法的变步长,最后用这种算法估计出分离矩阵从而实现用户信息码的盲估计。该法只需知道原扩频信号,能有效地克制多址干扰,与其它算法相比性能明显得到提高。
第五,针对低信噪比下多用户多径DS-CDMA系统扩频码盲估计的难题,本文提出了一种基于Givens旋转解特征向量扩频码盲估计的新算法。该法在同步接收扩频信号的基础上,首先利用特征分解法获得用户特征向量子空间,然后利用Givens旋转矩阵对子空间特征向量矩阵进行旋转,当定义的载荷矩阵总方差函数达到最小值时停止旋转,从而得到扩频码的最佳估计。该法克服了传统特征分解法估计多用户扩频码序列的缺陷,具有抗多径干扰的能力,在较低信噪比情况下仍能实现很好的检测效果。
本文紧密联系盲源分离的最新研究方向,在一定程度上改进和完善了盲源分离算法。对以上提出的新算法都进行了MATLAB仿真和分析,验证了所有算法的有效性和优越性,后两种算法都能很好地实现复杂环境下DS-CDMA系统信号盲估计,具有一定的实用价值和应用前景。