专利名称：压缩域直扩接收机的误码性能评价方法
技术领域：
本发明涉及压缩感知技术，属于通信信号处理领域，具体涉及两种压缩域直扩接收机的误码性能评价方法。
背景技术：
根据Nyquist采样定律，接收机为了无失真地接收信号，需要以不低于信号的最高频分量两倍的速率进行采样。随着当今无线通信系统的发展，信号的带宽越来越宽，这就对接收机前端A/D提出了很高的要求。在直接序列扩频通信系统中，由于在扩频过程中，将信号带宽进一步地展宽，使得接收机按照Nyquist采样定律进行采样变得非常困难，这样会增加采样成本和采样复杂度。另外，在扩频之后，即便系统能够以Nyquist速率进行采样，所采得的数据量也会相当的大，这就要耗费后续的数字化处理资源和时间。传统的直接 序列扩频通信系统仍以Nyquist速率进行采样，但是，随着信号频率的提高，系统的A/D部分的采样速率开始逼近物理极限，会造成提高设计难度和增加成本。因此，迫切需要一种方法能够将系统的采样率降至Nyquist速率以下。压缩感知理论出现于2005-2006年，该理论指出利用某个选定的测量矩阵可把一个稀疏的高维信号投影到低维的空间上，并证明了这样的随机投影包含了重建信号的足够信息。即压缩感知理论利用信号的稀疏性(或可压缩性)先验条件，通过一定的线性或非线性的解码模型可以以很高的概率重建原始信号。压缩感知依赖于两个准则稀疏性和不相关性。稀疏性的数学定义是信号S在基ΨΝχυ下的变换系数为5 = 如果§中的非零元素很少，则称信号S在基ΨΝχυ下是稀疏的。只要信号具有稀疏性，我们就可以通过适当的方式来采集和恢复出原信号。不相关性是指，测量矩阵ΦΜΧΝ的任意一列在基Ψ下的表示都是非稀疏的。测量矩阵ΦΜΧΝ需要满足Restricted isometry Property (RIP)的条件，为特定信号专门设计测量矩阵是非常困难的，而高斯随机矩阵和Rademacher矩阵满足这一条件，目前，二者为最常用的测量矩阵。同时，压缩感知理论指出，若信号的稀疏度为K，则存在测量矩阵ΦΜΧΝ，其中，
M=cx(^log-^),M<<N, c为常数，使得信号可以被精确地恢复。对于稀疏信号进行 K
恢复，已经有多种成熟的方法，如通过对I1范数的最优化的方法、利用贪婪算法(greedyalgorithm)以及基搜索(basis pursuit)方法。目前压缩感知理论已经用于直接序列扩频接收机中，如本申请人于2012-5-15日申请的申请号为201210150961. I的“基于压缩感知的直接序列扩频信号采集和恢复方法”。压缩感知辅助的直接序列扩频接收机以一定的信噪比损失为代价，换取了采样率的大幅下降。数字通信系统接收机最重要的指标是误码率，到目前为止，对于该类型接收机的误码率分析依赖于蒙特卡洛仿真。蒙特卡洛仿真本身所需的运算量和运算时间非常巨大。因此，有必要寻找另一种简单的方式来评价接收机的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种压缩域直扩接收机的误码性能评价方法，该方法利用直接序列扩频信号在压缩域的数学模型，给出了最小均方误差(MMSE)接收机的误码率理论值，可以对压缩域直扩接收机的性能进行评价。该方案是这样实现的步骤一、获取压缩域直扩接收机采集和恢复直接序列扩频信号使用的测量矩阵ΦΜΧΝ和基ΨΝχυ ;其中，Μ，N, U均为正整数；步骤二、压缩域直扩接收机的可分辨多径数量为P，信号帧长度为Q，假设已知各可分辨多径的准确延时T1, T2,..., τ P和复幅度Y1, Y 2) , Yp,而实际延时为DXL种，L为一个码元周期Ts内码片周期Tc的个数，D为常数；U= (DXL) XQ ；从DL种延时中，任意选择P种，采用下式计算； if—=去
(J H IK _(q) = Ps[q]/Pn[q] ;QU)=广； σ 2 为信号噪声功率；
χ LKPs = diag[(CM) (CM)H]，Pn = diag[C(MMH+2 σ 2I) Ch-(CM) (CM)H]，Ps[q]、Pn[q]分别为匕和Pn中第q个元素；C = (MhM+ ο 2I) -1Mh, ΜΜ<β = Ιρχ( } ;Θ表示 kronecker 积；设从DL种延时0，δ，2 δ，…，(DL-1 δ )中任意选择P种，选定的P种记为X1 δ , X2 δ , ...，χρδ，Xl Xp的取值范围为(TDL-1 ;则入是从Amxu中选取XiXQ+1 (Xi+1)XQ的列向量组成的矩阵，i取遍I P，Amxu= ΦΨ。步骤三、遍历所有延时组合，得到〔I个，取平均，即为接收机的平均误码率。有益效果本发明所提供的方法，通过分析直接序列扩频信号在压缩域的数学模型，给出了最小均方误差(MMSE)接收机的误码率理论值，可以对压缩域直扩接收机的性能进行评价，该评价方法消耗的时间和资源量远远小于传统的蒙特卡洛方法。
图I为本发明流程图。图2为本发明评价方法与蒙特卡洛仿真结果对比图。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。首先对直扩信号进行介绍。由于电磁波在传输至接收机的过程中，电磁波在无线信道中会受多径效应的影响，因此，接收机所接收到的波形是含有噪声的不同延时信号的叠加。对于直接序列扩频通信系统而言，接收机所接收的直扩信号是对不同传输多径下的扩频波形延时后，进行可分辨多径增益加权并乘以相应的对极码元，最终进行叠加后所构成。在不考虑信号载波且未加噪声的情况下，对于直接序列扩频通信系统，接收机所接收的信号S (t)的等效基带可表示为
权利要求
1.一种压缩域直扩接收机的误码性能评价方法，其特征在于，包括 步骤一、获取压缩域直扩接收机采集和恢复直接序列扩频信号使用的测量矩阵Φ調和基ΨΝχυ;其中，M，N，U均为正整数； 步骤二、压缩域直扩接收机的可分辨多径数量为P，信号帧长度为Q，假设已知各可分辨多径的准确延时T1, T2,..., τρ和复幅度Y1, Y 2) , Yp,而实际延时为DXL种,L为一个码元周期Ts内码片周期Tc的个数，D为常数；U= (DXL) XQ； 从DL种延时中，任意选择P种，采用下式计算Zfwsf ； P，=泣 Q Cf I Kmse(Q) =Ps[q]/Pn[q] =O2 为信号噪声功率； Jx 2πPs = diag[(CM) (CM)H]，Pn = diag[C(MMH+2 σ 2I) Ch-(CM) (CM)H]，Ps[q]、Pn[q]分别为 Ps和Pn中第q个元素; C = (MhM+σ 2D-1MhjMmx0 =A{[ri,r2)...,r/>f I一；0表示 kronecker 积； 设从DL种延时0，δ，2δ，···，(DL-Ιδ)中任意选择P种，选定的P种记为X1 δ，χ2 δ，…,χρδ , X广χρ的取值范围为(TDL-1 ;则又是从Amxu中选取XiXQ+l (Xi+1) XQ的列向量组成的矩阵，i取遍I P，Amxu = Φ Ψ。 步骤三、遍历所有延时组合，得到，取平均，即为接收机的平均误码率。
全文摘要
本发明公开了一种压缩域直扩接收机的误码性能评价方法，步骤一、获取压缩域直扩接收机采集和恢复直接序列扩频信号使用的测量矩阵ΦM×N和基ΨN×U；步骤二，从DL种延时中，任意选择P种，采用当前延时组合对应的理想误码率步骤三，遍历所有延时组合，得到所有取平均，即为接收机的平均误码率。本发明通过分析直接序列扩频信号在压缩域的数学模型，给出了接收机的误码率理论值，可以对压缩域直扩接收机的性能进行评价，该评价方法消耗的时间和资源量远远小于传统的蒙特卡洛方法。
文档编号H04B17/00GK102946287SQ20121045896
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者韩航程, 王帅, 安建平, 王铁星, 方金辉, 卜祥元, 孙磊 申请人:北京理工大学