郎建華，姚金杰，韓 焱

(中北大學(xué)信息探測與處理技術(shù)研究所，山西太原030051)

0 引言

多目標(biāo)檢測是指探測范圍內(nèi)存在多個目標(biāo)，能夠?qū)Ω鱾€目標(biāo)區(qū)分。基于CDMA無線基站的多目標(biāo)檢測［1］，其優(yōu)勢是發(fā)射信號中已知導(dǎo)頻信道的波形為偽隨機(jī)(PN)碼的擴(kuò)頻波形，對這種CDMA信號處理可以獲得極大的擴(kuò)頻增益［2，3］。用功率控制法抗多址干擾是一種原始的抗多址干擾的方法，若采用多用戶檢測技術(shù)抗多址干擾則CDMA系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提高［4］。本文利用CDMA中的LS-CMA算法［5］，對多目標(biāo)檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用以實(shí)現(xiàn)多遠(yuǎn)距離多個目標(biāo)的控制及測量數(shù)據(jù)的傳輸，并對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

1 多目標(biāo)檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

多目標(biāo)檢測系統(tǒng)整體分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分的多目標(biāo)是由多個發(fā)射機(jī)組成，用以發(fā)射不同信號;接收部分為單接收機(jī)。目標(biāo)信號的分離主要依靠信號處理部分。若增加多個接收機(jī)，該系統(tǒng)能組成拓?fù)涞腗IMO(多入多出)系統(tǒng)［6］。

系統(tǒng)整體流程:對每個目標(biāo)信源編碼、卷積編碼、直序擴(kuò)頻、BPSK調(diào)制后發(fā)射。接收部分通過對接收信號BPSK解調(diào)后，進(jìn)行信號處理，使用自適應(yīng)盲多用戶恒模檢測的方法，從接收到的信號中分離出不同目標(biāo)的信號，解碼后還原不同目標(biāo)信號。多目標(biāo)檢測系統(tǒng)總體流程框圖如圖1所示:

圖1 多目標(biāo)檢測系統(tǒng)總體流程框圖

對于接收機(jī)而言，其核心部分在于利用自適應(yīng)盲多用戶恒模檢測為主體，進(jìn)行多個目標(biāo)的檢測和信息還原。通過viterbi解碼器與檢測器聯(lián)合檢測，viterbi解碼器對特定幀頭的軟判決反饋回改進(jìn)后的多用戶檢測器用以控制解擴(kuò)器解擴(kuò)，系統(tǒng)核心部分使用改進(jìn)后的盲多用戶恒模檢測算法進(jìn)行檢測。

2 系統(tǒng)模塊介紹

2.1 發(fā)送部分模塊介紹

發(fā)射部分由信源編碼、卷積編碼、直序擴(kuò)頻、BPSK調(diào)制和射頻發(fā)射5個模塊構(gòu)成。信源編碼分為兩個部分，對于模擬信號信源編碼模塊直接使用PCM編碼，對于控制或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信源編碼模塊使用二進(jìn)制分組的定長編碼。信道編碼使用(2，1，2)的卷積編碼器，通過前向糾錯法實(shí)現(xiàn)部分錯誤數(shù)據(jù)的糾錯，提升系統(tǒng)抗噪性能。經(jīng)過編碼后的數(shù)據(jù)，使用直序擴(kuò)頻后進(jìn)行BPSK調(diào)制后發(fā)射。

2.2 接收部分模塊介紹

接收部分由接收解調(diào)，直序解擴(kuò)，多用戶檢測，信道譯碼，信源譯碼，顯示或控制設(shè)備組成。接收到的信號經(jīng)過接收解調(diào)后，通過多用戶檢測器提升系統(tǒng)性能。多用戶檢測器控制解擴(kuò)器進(jìn)行數(shù)據(jù)解擴(kuò)，再通入viterbi解碼器進(jìn)行信道解碼，通過譯碼器信號，分別送入信源編碼和多用戶檢測器，通過反饋的特殊幀的譯碼優(yōu)化自適應(yīng)多用戶檢測器的權(quán)值，以提高檢測效能。通入信源解碼器的數(shù)據(jù)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)后送入顯示或受控設(shè)備完成設(shè)備功能。

在整個系統(tǒng)中接收檢測是主要部分，而其中自適應(yīng)盲多用戶恒模檢測是系統(tǒng)的主體。根據(jù)擴(kuò)頻碼的自相關(guān)和互相關(guān)特性，使用自適應(yīng)盲多用戶恒模檢測可以區(qū)分出不同的目標(biāo)。恒模檢測算法的特點(diǎn)是收斂不依賴于步長，收斂速度快，穩(wěn)定性能好。窗口長度越長，收斂速度越快，穩(wěn)定性越好，因此需要一定數(shù)據(jù)量。但恒模檢測算法存在多個局部收斂點(diǎn)，對于初始向量和收斂步長參數(shù)的選擇有很大的依賴性，容易收斂到局部最小點(diǎn)上的問題，在數(shù)據(jù)量小于窗口長度時檢測結(jié)果將不能達(dá)到收斂。

為適應(yīng)小數(shù)據(jù)量控制數(shù)據(jù)的多個目標(biāo)的檢測，提高小數(shù)據(jù)量的多用戶檢測性能，多目標(biāo)檢測系統(tǒng)采用折中小數(shù)據(jù)量與窗口的矛盾，使用擴(kuò)展部分?jǐn)?shù)據(jù)的方法改進(jìn)LS-CMA算法。進(jìn)入LS-CMA窗口進(jìn)行檢測器的權(quán)值計(jì)算后，再對小數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。要檢測的數(shù)據(jù)在進(jìn)入多用戶檢測器前，通過對信號的預(yù)處理，進(jìn)行分割加入特定的延時，然后進(jìn)入檢測器，對特定延時處的信號進(jìn)行加強(qiáng)有用信號能量，減小噪聲，數(shù)據(jù)擴(kuò)展等運(yùn)算，使其能滿足最小窗口所需數(shù)據(jù)長度并滿足約束條件。

3 系統(tǒng)整體仿真

采用matlab軟件仿真，仿真中待測目標(biāo)為6目標(biāo)，采用擴(kuò)頻增益為N=31的Gold碼擴(kuò)頻序列對信號進(jìn)行擴(kuò)頻，待檢測目標(biāo)幅度為A=1 V，信道比為10 dB。碼速率為300 kb/s，載波速率為1 MHz，采用直序擴(kuò)頻，BPSK調(diào)制方式。檢測算法采用改進(jìn)后的LS-CMA算法。采用窗口長度為100。系統(tǒng)整體仿真如圖2:

圖2 系統(tǒng)整體仿真

圖3 系統(tǒng)整體性能

圖2中選取6個目標(biāo)中4個目標(biāo)進(jìn)行對比，A為多個目標(biāo)進(jìn)行編碼的波形;B為接收機(jī)通過檢測解碼后恢復(fù)的數(shù)字波形，對比兩圖在10 dB信噪比時系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多遠(yuǎn)距離多個目標(biāo)的控制及測量數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)性能如圖3所示。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗噪性能，通過改進(jìn)自適應(yīng)盲多用戶恒模檢測算法對多目標(biāo)消耗進(jìn)行檢測恢復(fù)數(shù)據(jù)，降低了多址干擾，提高了多用戶檢測性能，能夠完成不同數(shù)據(jù)形式的傳輸。在7 dB信噪比以上時能夠保證絕大部分控制信號的可靠傳輸，可以實(shí)現(xiàn)多遠(yuǎn)距離多個目標(biāo)的控制及測量數(shù)據(jù)的傳輸。

4 結(jié)束語

基于CDMA多用檢測技術(shù)對多目標(biāo)檢測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，應(yīng)用了LS-CMA算法并對其進(jìn)行改進(jìn)，使其對小數(shù)據(jù)量信號能夠得到較好的檢測，通過仿真實(shí)驗(yàn)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠檢測多個目標(biāo)的信號，此外可以通過采用PCM編碼后利用本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對多個模擬信號進(jìn)行有效的傳輸。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多個小數(shù)據(jù)量的目標(biāo)信號的檢測，通過發(fā)送特定遙控指令，可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程分布較廣的多個目標(biāo)的進(jìn)行遙控遙測。但是針對多目標(biāo)檢測系統(tǒng)的具體現(xiàn)實(shí)情況，如何將這些算法應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中去，這是一個值得深入研究的問題，也是以后工作的重點(diǎn)。

［1］焦李成，慕彩紅，王伶成.通信中的智能信號處理［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006:92－96.

［2］Fumiyuki Adachi，Mamoru Sawahashi，Hirohito Suda.Wideband DS-CDMA for Next-Generation Mobile Communication Systems［J］.IEEE Communications Magazine，1998，36(9):56 －69.

［3］劉薇，周爭光，廖桂生，等.一種利用CDMA手機(jī)基站對低空動目標(biāo)檢測的方法［A］.第九屆全國雷達(dá)學(xué)術(shù)年會，2004:451－454.

［4］陳建玲.CDMA通信系統(tǒng)中基于智能優(yōu)化算法的多用戶檢測技術(shù)［D］.廣西大學(xué)，2005.

［5］馬建倉，牛弈龍，陳海洋.盲信號處理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2006.

［6］Martin Haardt，Veljko Stankovic，Giovanni Del Galdo.EFFICIENT MULTI-USER MIMO DOWNLINK PRECODING AND SCHEDULING［J］.IEEE，2005:237 －240.