[发明专利]基于变异粒子群粒子滤波的单通道扰信盲分离方法

说明书

技术领域

本发明提供的是一种单通道接收情况下的扰信盲分离方法，具体涉及基于变异粒子群重采样粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法(MPSOPF-SCBSS)，属于通信信号处理和通信抗干扰领域。

技术背景

通信信号与干扰盲分离是提高通信系统可靠性的手段之一。与扩频通信中频谱扩展和干扰抑制抗干扰的原理不同，干扰分离采用盲信号处理的方法对接收到的受扰信号进行分解、估计和成份分离，能够在不损伤通信信号的前提下，最大程度地分离通信信号和干扰，增加系统的抗干扰容限，可处理扩频和非扩频信号，这种方法正逐渐成为提高通信系统可靠性的重要途径之一。

单通道通信信号与干扰盲分离是扰信分离的一个重要研究方向，其主要研究如何从单路接收到的受扰信号(通信信号与干扰的混合)中分离或估计出源信号。相对多通道扰信分离问题而言，这是一个极端病态的难题，解决起来有很大难度。但是由于其只需要一套接收设备，比起多阵元或多信道接收而言，降低了接收设备的结构复杂性，并且在很多通信系统的应用场景中，无法满足多通道盲分离的条件(如卫星通信)。因此，单通道扰信分离具有广阔的应用前景和巨大的实用价值。

目前针对单通道通信信号盲分离问题，主要有三种解决思路：一是通过过采样将单通道转化为多通道，再利用多通道盲分离的方法进行处理，这种方法的缺点是对噪声敏感，并且当信号存在频偏、相偏时分离效果不佳。二是利用通信信号的循环平稳特性，循环谱域上构造滤波器进行分离，这种方法的困难在于，不是所有的信号组合在循环谱域上都具有差异。三是根据贝叶斯滤波原理，将信号盲分离转化状态空间模型中的通信码元和未知参数的联合估计问题，通过序贯估计分离通信信号和干扰，这种方法的优点是以信号的解析表达式为基础，有严格的理论依据，并且可将需要求解的参数(如信息码元、信号或干扰的频偏、相偏、符号位定时、信道传输参数等)作为贝叶斯估计中的待估目标，处理方式相对灵活；目前关于此方面研究主要局限于对两路功率基本相同的通信信号进行盲分离，没有研究存在恶意干扰(人工信比)情况下的盲分离，并且现有的算法要求使用大数量的粒子逼近概率密度分布，并且在通信信号的信噪比较低时分离效果均不理想(目前的研究普遍认为，针对两路功率相当的BPSK信号，在4倍过采样情况下，若要求误码率小于10^-4，则BPSK信号的SNR需大于15dB)。

发明内容

本发明提供一种基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法(MPSOPF-SCBSS)，其目的重在提供一种可满足较大干信比、较少粒子数量和较低信噪比情况下的单通道扰信盲分离方法。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法。本方法采用状态空间模型对遭受干扰的单通道通信信号进行数学建模，将单通道扰信盲分离问题转化为通信码元和系统未知参数的联合估计，并通过粒子滤波实现联合估计达到盲分离的目的。为了改善序贯估计过程中出现的粒子贫化现象，采用变异粒子群优化(MPSO)规则进行粒子重采样(利用基于Metropolis-Hastings变异的粒子群优化操作进行粒子重采样，通过粒子群的速度-位移更新函数，寻找种群的个体最优和全局最优解，同时完成粒子重采样)，既减少了序贯估计过程中需要的粒子数量又保证了粒子集合的多样性。此外，变异粒子群的优化规则，使本文方法能够一定程度上降低对通信信号信噪比的要求(依据不同的干信比而定)。主要实现步骤如下：

第一步：根据通信信号和干扰的解析表达式，建立受扰通信信号的状态空间模型，将单通道盲分离问题转化为多参数(一般是通信码元、信道传输参数或信号表达参数)的联合估计问题；

第二步：利用变异粒子群粒子滤波对模型中的通信码元和未知参数向量进行贝叶斯最大后验估计；

第三步：在序贯估计的过程中，利用基于Metropolis-Hastings变异的粒子群优化操作进行粒子重采样，达到减少所需粒子数量和提高扰信分离性能的目的。

上述中：

1)建立受扰通信信号状态空间模型的具体方法是：

假设数字通信系统单路接收到由通信信号与干扰混合而成的受扰信号(以单音干扰为例)，其下变频后的基带信号可表达为公式(1)：