一种DS-CDMA扩频序列的盲估计方法.doc
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1、一种DS-CDMA扩频序列的盲估计方法doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2010.02.068 Approach to blindly estimate spreading sequence of DS-CDMA MIAO Pu, ZHANG Tian-qi, HUANG Yao, LIU Yan-li (Chongqing Key Laboratory of Signal & Information Processing (CqKLS&IP), Chongqing University of Posts & Telecommunications, Chongqing
2、400065, China) Abstract:According to the problem that the blind estimation of direct spread division multiple access (DS-CDMA) signals spreading code was difficult to be obtained in low SNR, this paper proposed a new approach to blindly estimate the spreading code of short code DS-CDMA in synchronou
3、s and asynchronous conditions respectively. The approach bases the analysis to the received signals feature structure and its correlation matrixs structure, then used the obtained estimations to deflate the correlation matrix, so could clear its influence to the estimation of the residual signals. B
4、ased on the approach, reduced the dimension of the signal subspace at each iteration so that the spreading code and desynchronizing point of the next user could be estimated reliably. At last, completed all the users blind estimation. The order of a user signal being estimated is closely related to
5、its power, i.e. the user which has the bigger power is earlier and easier to be estimated. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed approach can effectively estimate the spreading code of DS-CDMA. Key words:desynchronizing point; spreading code; synchronization; asynchroniz
6、ation; blind estimation 0 引言 直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)是一种重要的抗干扰、抗侦察通信技术,已广泛运用在各种军事抗干扰保密通信中。在过去的几十年里,也逐步应用于民用通信。例如现今所有的3G移动通信,以及GPS全球卫星定时定位系统。传统的DS-CDMA主动通信是在已知发送方扩频序列的前提下对用户信息进行解扩接收。然而,在非协作通信(如监视侦察)中接收端并没有扩频序列的先验知识,这种情况下,要想获取所传输的信息就变得异常困难,而最好的办法就是先对所接收到的DS-CDMA信号的扩频序列进行盲估计,再与主动通信一样获取所需信息。 公开发表的扩频序列盲估计的著作大
7、都是针对单用户的,文献1提出了一种稳定的扩频信号的符号周期和失步点盲估计的算法;文献2提出了一种基于接收信号的协方差矩阵分析,通过运用谱范数的方法来实现对直扩信号失步点和扩频码的盲估计;文献3,4在文献1基础上利用接收信号的相关矩阵的Frobenius范数的平方最大化法实现了直接扩频信号的失步点和扩频码的估计,但是这些方法都是针对点对点直扩通信的。在DS-CDMA系统中,用户扩频序列的盲估计将变得更加困难,文献5,6基于期望最大化(EM)算法在实现盲同步后对扩频序列进行了盲估计;文献7应用独立分量分析结合三阶相关分析法对多径环境下的异步DS-CDMA信号进行了扩频序列的盲估计;文献8采用瞬时混
8、合分离算法对DS-CDMA信号的盲估计进行了研究;文献9介绍了使用独立分量分析法和恒模算法,对低信噪比条件下的同步DS-CDMA信号的扩频码进行了盲估计;文献10运用谱相关的方法估计出码片宽度,以及信号功率谱的二次处理方法估计出扩频码的周期,基于此,在下文中可以假设扩频码的码片宽度及周期已知。 1 DS-CDMA信号模型 在不考虑多径的情况下,DS-CDMA系统下行链路的基带信号可表示为 sk(t)=Pkn=-bk(n)uk(t-nTs)(1) 其中:pk为第k个用户信号的功率,bk(n)表示第k个用户的信息码元;Ts为信息码元宽度;uk(t)为第k个用户的特征扩频码波形。 uk(t)=Nc-
9、1l=0ck(l)p(t-lTc)(2) 其中:当t0,NcTc时,uk(t)=0,Tc为chip宽度,ck(l)是第k个用户扩频码的第l个子码,Ts=NcTc,Nc是扩频码长度,p(t)是一个时间宽度为Tc的矩形脉冲,一位信息码同步调制一周期扩频码序列就得到第k个用户的短码调制DS-CDMA?藕拧? 考虑加性高斯白噪声的信道环境,K个用户的连续时间DS-CDMA信号可表达为 x(t)=Kk=1Pksk(t-k)+v(t)(3) 其中:k为第k个用户的随机时延,即失步点,当1=2=K=时,为同步DS-CDMA信号,当12K时,为异步DS-CDMA信号,Pk=kPk为接收到的第k个用户的信号功率
10、(k为路径损耗),v(t)是零均值、方差为2v的高斯白噪声,另外,由于处于非协作通信条件下,接收信号的功率并不?嗟取? 对接收信号x(t)以Tc为采样间隔进行积分清零采样,则第m时刻的接收信号的离散形式可写为 x(m)=Kk=1Pk1TcmTc(m-1)Tcsk(t-k)dt+v(m)= Kk=1Pk1TcmTc(m-1)Tcn=-bk(n) uk(t-nTs-k)dt+v(m) (4) 进一步,以持续时间长度为NcTc的观察窗口对x(m)进行连续无重叠分段接收,形成观察数据向量集x(n)n=1,如图1所示,每个数据向量为Nc1列向量,并包含了每个用户的连续两位信息比特。 假定用矩形脉冲窗口得
11、到x(n)的完整表达式为 x(n)=Kk=1Pkbk(n-1)(Ts-k)crk(k)+ bk(n)kclk(k)+v(n) (5) 其中: crk(k)=ck(k),ck(Nc-1),0,0T(6) clk(k)=0,0,ck(0),ck(k-1)T(7) 它们分别包含一个完整周期扩频码的右边和左边部分,v(n)N(0,2vI)为高斯白噪声向量,数据向量x(n)可以表示srk为(右边部分)与符号bk(n-1)的乘积,再加上slk(左边部分)与符号bk(n)的乘积的和,即 srk=(Ts-k)crk(k)(8) slk=kclk(k)(9) 进一步,数据向量x(n)可以写成矩阵的形式: x(n
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