[發明專利]一種分離時頻域混合信號的方法

有效

• 申請號: 201410099205.X
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103870875A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 沈越泓;蘇巧;袁志剛;簡偉;黃葆華;魏以民
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G10L21/0272
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于統計域分離時間和頻域上相互重疊的無線通信混合信號的分離算法，為一種分離時頻域混合信號的方法，是對現有蜂群算法的改進，簡稱GBCA算法。

背景技術

隨著現代社會的高速發展，如何更有效的開發和利用日益緊張但卻開放的無線頻譜資源成為一個重要研究課題。無線電頻譜是一種在當今信息化社會中廣泛使用的自然資源，由于無線服務業的仍在迅速發展著，人們對無線電頻譜資源的需求越來越高。針對頻譜資源的有效問題，近些年來廣泛并存三類典型的技術，包括頻分復用技術（FDM）、時分復用技術（TDM）和碼分復用技術（CDM），它們能有效解決頻譜匱乏問題。但是TDM、FDM和CDM信號，它們或是在時間間隔上，或是在頻率上，或是在碼制上有所限制，雖然實現了資源的共享，但同時對系統接入的靈活性和用戶容納數量等方面有嚴重限制，導致更多用戶無法有效接入系統以及頻譜資源利用率的下降。因此，需要找到一種技術同時具有以下優點：1、頻帶利用率更高；2、限制條件寬松。目前人們提出了很多分離時間和頻域上相互重疊的無線通信混合信號的分離算法，應用到無線通信中，形成新的技術，如2009年提出的無線信道統計復用技術（WSDM），是通過無線信道同時同頻傳輸多路源信號，接收端由多個天線構成的接收機接收時頻域混合的信號，利用各個源信號之間的統計特性，比如統計獨立性分離混合信號，能有效的實現頻譜的高效利用，且限制條件寬松，只需要源信號具有統計獨立或者統計可分特性，而常見通信信號大多數都滿足這個限制條件。而為更好地解決頻譜匱乏問題，分離時頻域混合信號的算法值得深入研究，算法的優劣直接影響著無線通信的有效性和可靠性。

目前廣泛采用的分離時頻域混合信號的算法之一是盲源分離算法，盲源分離理論與技術中的算法需要根據互信息最小化、信息傳輸最大化、極大似然估計和非高斯極大化等建立目標函數，通過算法對目標函數求極值來實現混合信號的分離。這些求極值的常用算法有：梯度算法、快速不動點算法（FastICA）等。這些算法存在以下問題：1、算法收斂速度慢；2、分離精度低，并且易陷入局部極值點。針對這些問題，近年來，不斷有學者將元啟發式算法引入到盲源分離中，比如遺傳算法(GA)、細菌覓食優化(BFO)，以提高算法的收斂速度，增加分離精度。但是GA收斂速度慢，耗時較長；BFO算法含有較多的參數，且對參數的設置比較苛刻，設置不當可能導致算法陷入局部收斂，分離性能降低。2013年，Ebrahimzadeh將蜂群算法(bees?colony?algorithm,BCA)引入盲源分離中，蜂群算法具有全局收斂能力強、需設置的參數少等優點，應用到盲源分離優化中，較一般的元啟發式算法的分離性能和收斂速度都有較大的提升，但是，蜂群算法存在隨機性較強，魯棒性較差，可能導致分離性能不穩定的缺點，且在復雜度方面一定程度上存在計算效能和資源占用等方面的問題。

發明內容

本發明要解決的問題是：現有無線通信系統研究中提出的時頻域混合信號分離方法收斂速度慢，耗時長，設置要求高，新提出的蜂群算法BCA存在隨機性較強，魯棒性較差，可能導致分離性能不穩定的缺點，且在復雜度方面存在計算效能和資源占用等方面的問題。

本發明的技術方案為：一種分離時頻域混合信號的方法，無線信道統計復用的系統中，信號通過同時域同頻域的混合信道傳輸，設定A)源信號是零均值單位方差平穩的隨機變量；B)各路源信號相互統計獨立，都為非高斯分布；C)無線信道的混合矩陣A為可逆矩陣；D）源信號路數M與接收天線數目N相等；采用帶方向指引的蜂群算法GBCA作為尋優算法尋找最優分離矩陣，用于同時同頻混合信號的盲源分離；

所述GBCA包括以下參數：食物源的個數SN、放棄食物源控制參數limit、最大迭代次數cycle_max和步長μ；SN個食物源的位置對應GBCA的SN個解向量，若某一解向量在位置更新過程中達limit次保持不變，則需進行判定來決定是否放棄此解向量，cycle_max為GBCA尋優迭代的總迭代次數；食物源的好壞程度對應于優化問題的適應度函數，設函數J(w)為GBCA的目標函數，第i個食物源的位置對應解向量w_i，將解向量w_i代入目標函數得函數值J_i(w_i),i=1,2,…,SN，以下簡稱J_i，則適應度函數表示如下：