CN107948114A - 一种mimo盲源信号分离系统及信号分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MIMO盲源信号分离系统及信号分离方法，包括依次连接的时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统，源信号依次经过时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统后完成信号的分离。本发明通过MIMO多天线发送和接收的无线通信系统传输信号，将接收端混合系统中的信号通过白化处理系统对信号进行预处理，再通过能有效降低系统误码率的正交系统，正交系统中在构建迭代函数时，考虑系统误码率性能对迭代函数进行优化，从而提高信号分离效果，进而将混合信号解混，即将此盲源信号分离的方法应用到MIMO系统中对图像信号进行解混，且达到较高的分离精度。
Description
技术领域
本发明涉及盲源信号分离技术领域，具体是一种MIMO盲源信号分离系统及信号分离方法。
背景技术
在现代人们的生活中，人们对信息的获取，分析处理有着较高的要求，然而在大部分的信息中，人们所需的有用信息常常伴有噪声及其他信息源，且经过传感器的过程中信道的特性不仅复杂，人们对此特性也往往是不清楚的，所以，人们希望能从这些混合的复杂的信号中顺利获取自己所需的有用信息，本发明主要分析了MIMO-盲信号的分离系统，MIMO无线通信系统通过增加天线数量来增大系统容量，减轻信号衰落和受噪声影响的情况，提高频带利用率，盲源分离技术就是针对当信息源与信道特性了解较少的状况下，根据观察到的混合图像信号，将所需的有用源信号提取或复原出来的独立成分过程(此方法也被称作独立分量分析ICA)。
本发明主要是提出了一种MIMO盲源信号分离系统及信号分离方法。主要的研究工作内容是，通过MIMO多天线发送和接收的无线通信系统传输信号，将接收端混合系统中的信号通过白化处理系统对信号进行预处理，再通过能有效降低系统误码率的正交系统，进而将混合信号解混，即将此盲源信号分离的方法应用到MIMO系统中对图像信号进行解混，且达到较高的分离精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种MIMO盲源信号分离系统及信号分离方法，该分离系统可以有效扩大源信号容量的同时，进一步提高分离精度，该信号分离方法简化了算法的迭代公式，在不影响信号分离精度的前提下简化了计算的复杂度。
实现本发明目的的技术方案是：
一种MIMO盲源信号分离系统，包括依次连接的时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统，源信号依次经过时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统后完成信号的分离。
所述的时空处理子系统通过无线与混合子系统连接。
所述的时空处理子系统的发射端设有M根天线，混合子系统的接收端设有M根天线。
所述的时空处理子系统，主要用于波束形成、时空编码和时空复用。
所述的混合子系统，用于对采集到的数据进行线性混合进而得到混合信号。
一种MIMO盲源信号分离方法，具体包括如下步骤：
1)从信源中获取源信号，将源信号按照QPSK调制方式进行映射；
2)经过映射后的信号进入时空处理子系统，时空处理子系统对信号源进行波束形成、时空编码和时空复用，抑制共道干扰和提高系统传输速率；
3)经过时空处理后的信号进入混合子系统，对信号进行线性混合，得到混合信号；
4)将步骤3)得到的混合信号进入白化处理子系统，得到去相关性后的白化矩阵
5)经过白化处理子系统上的信号，进入正交子系统，正交子系统构建迭代函数，对信号进行分离；
经过上述步骤，完成了信号的分离。
有益效果：本发明通过MIMO多天线发送和接收的无线通信系统传输信号，将接收端混合系统中的信号通过白化处理系统对信号进行预处理，再通过能有效降低系统误码率的正交系统，正交系统中在构建迭代函数时，考虑系统误码率性能对迭代函数进行优化，从而提高信号分离效果，进而将混合信号解混，即将此盲源信号分离的方法应用到MIMO系统中对图像信号进行解混，且达到较高的分离精度。
附图说明
图1为一种MIMO盲源信号分离系统的结构框图；
图2为源信号波形图；
图3为混合信号波形图；
图4为解混信号波形图；
图5为相关系数统计表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
如图1所示，一种MIMO盲源信号分离系统，包括依次连接的时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统，源信号依次经过时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统后完成信号的分离。
所述的时空处理子系统通过无线与混合子系统连接。
所述的时空处理子系统，主要用于波束形成、时空编码和时空复用。
所述的混合子系统，用于对采集到的数据进行线性混合进而得到混合信号。
一种MIMO盲源信号分离方法，具体包括如下步骤：
1)从信源中获取源信号，按照QPSK调制方式进行映射，已调信号可以表示为S(t)＝I(t)coswct+R(t)sinwct，如图2所示，I(t)、Q(t)分别为同向和正交分路，wc为载波频率。进而改善传输效率和误码性能；
源信号分别为r1＝2sin(2*pi*f1*t),pi＝π，f1为频率取30，t代表时间，r2＝randn(size(t))，表示产生正态分布随机值，r3＝2*sin(0.02*pi*t)；
2)对已调信号进行空时处理，包括波束形成、空时编码、空间复用，进而达到抑制共道干扰、提高系统传输速率等目的；
3)经过空时处理的发射信号在n时刻表示为S(n)＝[s1(n)，s2(n)···，sM(n)]T，其中M表示发射端与接收端都有M根天线；
4)经过传输矩阵H(n)后，n时刻接收到的信号为X(n)＝[x1(n)，x2(n)···，xM(n)]，MIMO系统的输入输出关系为hi,j(n)是信道传输矩阵H(n)的元素，(i，j)表示hi,j(n)在矩阵中的行序号和列序号，并将此式子展开为：
5)在接收端的混合子系统中我们根据接收的信号X(n)，随机产生混合矩阵A，利用混合矩阵对信号X(t)进行线性混合得到混合信号，R(t)参见图3；
6)通过求解混合矩阵A的协方差函数cov(A)，并对协方差函数的特征值进行分解来求解白化矩阵，混合信号矩阵与白化矩阵相乘得到白化后的信号矩阵。
7)将白化处理后的信号矩阵通过正交系统进行处理，正交系统中我们基于自然梯度搜索对构建的代价函数进行优化及规范，参见图4进而得到分离后的解混信号，有效扩大源信号容量的同时保证了分离精度。
8)根据分离系统得到的波形图，可以通过计算相关系数来验证系统性能，如图5所示，统计多次试验相关系数平均值，发现其绝对值接近于1，证明分离精度较高。
Claims (6)
1.一种MIMO盲源信号分离系统，其特征在于，包括依次连接的时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统，源信号依次经过时空处理子系统、信号混合子系统、白化处理子系统和正交子系统后完成信号的分离。
2.根据权利要求1所述的一种MIMO盲源信号分离系统，其特征在于，所述的时空处理子系统通过无线与混合子系统连接。
3.根据权利要求1所述的一种MIMO盲源信号分离系统，其特征在于，所述的时空处理子系统的发射端设有M根天线，混合子系统的接收端设有M根天线。
4.根据权利要求1所述的一种MIMO盲源信号分离系统，其特征在于，所述的时空处理子系统，主要用于波束形成、时空编码和时空复用。
5.根据权利要求1所述的一种MIMO盲源信号分离系统，其特征在于，所述的混合子系统，用于对采集到的数据进行线性混合进而得到混合信号。
6.一种MIMO盲源信号分离方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）从信源中获取源信号，将源信号按照QPSK调制方式进行映射；
2）经过映射后的信号进入时空处理子系统，时空处理子系统对信号源进行波束形成、时空编码和时空复用，抑制共道干扰和提高系统传输速率；
3）经过时空处理后的信号进入混合子系统，对信号进行线性混合，得到混合信号；
4）将步骤3）得到的混合信号进入白化处理子系统，得到去相关性后的白化矩阵
5）经过白化处理子系统上的信号，进入正交子系统，正交子系统构建迭代函数，对信号进行分离；
经过上述步骤，完成了信号的分离。
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