基于PARAFAC模型的新型DS-CDMA盲接收機(jī)
摘要:根據(jù)平行因子(PARAFAC)模型,研究DS-CDMA盲多用戶檢測算法。將直接三線性分解算法(DTLD)與三線性交替最小二乘(TALS)算法結(jié)合,提出一種新的DTALS-PARAFAC盲接收機(jī),解決了三線性交替最小二乘(TALS)算法中因?yàn)槌跏贾倒烙嫴划?dāng)引起的收斂速度差的問題。仿真結(jié)果表明,與TALS-PARAFAC接收機(jī)相比,DTALS-PARAFAC接收機(jī)改善了誤碼率性能,并且具有更快的收斂速度。
關(guān)鍵詞:盲信號處理;平行因子分析;直接三線性分解;三線性交替最小二乘;直接序列碼分多址
在信號處理和通信領(lǐng)域,盲信號處理已經(jīng)逐漸成為研究熱點(diǎn)。肓信號處理算法能夠在未知信道狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)對信號的檢測和參數(shù)的辨識。PARAFAC(parallelfactor,平行因子)方法最早是用于心理計量學(xué)和應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域的一種三維數(shù)據(jù)分析方法。21世紀(jì)初,Nicholas D.Sidiro-poulos將其應(yīng)用到盲信號處理領(lǐng)域。PARAFAC方法能夠充分利用信號的代數(shù)性質(zhì)和分集特性對接收的信號進(jìn)行處理,通過二三維數(shù)據(jù)的擬合得到信號處理中需要的各種參數(shù)。因其良好的性能,近幾年來相繼被應(yīng)用到信號處理的各種領(lǐng)域,如陣列信號處理、正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency divisionmultiplexng,OFDM)系統(tǒng)、多輸入多輸出(multi-input multi-output,MIMO)系統(tǒng)。
文獻(xiàn)中提出一種性能收斂于非盲MMSE的基于PARAFAC模型的盲接收機(jī)。這種盲接收機(jī)綜合利用了不同用戶信號在時間、空間、擴(kuò)頻碼方面的分集特性,在不需要已知擴(kuò)頻碼、多徑傳輸、DOA校準(zhǔn)信息的情況下將用戶有用信息重建出來。本文將對這種基于TALS算法的盲PARAFAC接收機(jī)進(jìn)行改進(jìn),將TALS算法與DTLD(direct triIinear decomposition)算法結(jié)合起來,提出一種新的DTALS算法,改進(jìn)了TALS算法中用隨機(jī)矩陣進(jìn)行初始估計引起的不穩(wěn)定性和收斂速度差的問題。仿真結(jié)果表明,使用DTALS算法具有更好的擬合精度和收斂速度,在一定程度上降低了算法的復(fù)雜度,提高了算法性能。
文中用到的符號與算子說明如下:diag(.)是對角化算子,表示括號中向量為對角元素形成的對角陣;為Kronecker積;為Khatri-Rao積,它是Kronecker積的列形式;AB=[a1b1,…,aRbR];‖·‖F(xiàn)為矩陣的Frobenius范數(shù),簡稱F范數(shù);(·)+表示矩陣Moore-Penro se逆矩陣;(·)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。
1 數(shù)據(jù)模型
Nicholas D.Sidiropoulos將PARAFAC模型應(yīng)用到DS-CDMA系統(tǒng)中,將接收信號構(gòu)造成一個在時間、擴(kuò)頻、天線3個方向分集的三線性立體模型,如圖1所示。
假設(shè)發(fā)送端有F個用戶發(fā)送數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用基帶信號進(jìn)行直接傳輸,信號經(jīng)過一個加性高斯白信道進(jìn)入接收端,接收端基站(BS)有I個接收天線,用碼片速率對基帶天線輸出進(jìn)行采樣,總共收集到J個符號周期的數(shù)據(jù)。此時,接收端接收到的信號為:
根據(jù)文獻(xiàn)可知,在一定條件下,PARAFAC模型能夠唯一分解。
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