一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，日益增長的無線通信需求與有限的無線通信頻譜資源之間的矛盾正持 續(xù)加大。如何解決頻譜極度緊缺這一問題，已成為全球通信業(yè)界共同關(guān)注的課題。為 了提高頻譜資源利用效率，最常采用的方法是利用信道多路復(fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用 (Multiplexing)是指某個范圍內(nèi)的多個用戶，其含有的多路信息，通過一個多路復(fù)用器進(jìn) 行匯總，然后將匯總后的合路信息（多路混合信號）通過一條物理鏈路傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備，接 收設(shè)備再通過解多路復(fù)用器將混合信號分離，恢復(fù)出各路單獨的原始信息，分發(fā)給各個用 戶使用。這樣就可以利用一對多路復(fù)用器、一條通信線路，來取代傳統(tǒng)的多套收發(fā)設(shè)備和多 條通信線路，大大提高了信息傳輸通道的利用率，而且在信息傳輸過程中傳送的信號路數(shù) 越多，信息傳輸通道的利用效率就越高。
[0003]目前，常用的信道復(fù)用方式主要包括以下幾種類型：
[0004]時分復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing，簡稱TDM)，頻分復(fù)用 (FrequencyDivision Multiplexing，簡稱FDM)，石馬分復(fù)用（CodeDivisionMultiplexing，簡 稱CDM)，以及近期提出的熵分復(fù)用。
[0005]時分復(fù)用方法缺點：由于時隙預(yù)先固定分配給每路源信號，即使在某個時隙，源信 號并沒有信息可以傳輸，也要將該時隙分配給它，這就不可避免的造成了頻譜資源的浪費。 由于每個時隙被分配給特定的輸入線路，當(dāng)所有的輸入線路不能全部進(jìn)入工作狀態(tài)時，就 會出現(xiàn)空閑的時隙，所以傳統(tǒng)的時分多路復(fù)用技術(shù)信息傳輸效率非常低。
[0006]頻分復(fù)用缺點：為確保信息傳輸過程中，每個子信道上的通信信號互不干擾，時分 復(fù)用技術(shù)需在每個子信道之間設(shè)置一定的保護(hù)時間間隔，頻分復(fù)用技術(shù)則需設(shè)置一定的保 護(hù)頻帶，因此極大地降低了頻帶利用率。
[0007]碼分復(fù)用缺點：碼分復(fù)用方式會受到碼字長度和可用碼字?jǐn)?shù)量的影響，無論采用 什么樣的碼集，總會不可避免的產(chǎn)生多址干擾。
[0008]現(xiàn)有熵分復(fù)用技術(shù)的特點：首次將信息熵譜理論和信道多路復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，可 以分析處理同時同頻傳輸?shù)亩嗦沸盘?，與傳統(tǒng)的復(fù)用方式相比，有非常明顯的優(yōu)點。但是該 技術(shù)在發(fā)送端需要經(jīng)過去冗余熵變換、數(shù)據(jù)壓縮處理，接收端還要經(jīng)過熵解碼和去冗余熵 反變換恢復(fù)等一系列的信號處理過程，處理過程相對比較復(fù)雜，計算步驟相對繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的之一在于提供一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，該方法能夠解決信 息傳輸效率低、頻帶利用率低、多址干擾及信號處理過程復(fù)雜繁瑣的問題。
[0010] 本發(fā)明提供的一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，包括如下步驟：
[0011] 混合信號經(jīng)線性調(diào)制后，通過無線通信信道同時同頻地進(jìn)行傳輸；
[0012] 接收端接收混合信號，接收到的混合信號成為觀測信號；
[0013] 將觀測信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號；
[0014] 將所述零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量；
[0015] 將所述球面化的隨機向量進(jìn)行負(fù)熵值的近似計算，根據(jù)各路信號負(fù)熵值的差異， 實現(xiàn)混合信號的分離。
[0016] 進(jìn)一步的，所述將觀測信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號的步驟中，包括如下 步驟：
[0017] 計算觀測信號向量的均值；
[0018] 在觀測信號向量的基礎(chǔ)上減去觀測信號向量的均值，得到零均值信號。
[0019] 進(jìn)一步的，所述將所述零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量的步 驟中，所述球面化處理通過協(xié)方差矩陣的特征值分解方法實現(xiàn)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明簡化了現(xiàn)有熵分復(fù)用的處理過程，實現(xiàn)了頻譜混 疊信號在熵域的信號復(fù)用，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率及頻譜資源利用效率。
【附圖說明】
[0021] 圖1所示為本發(fā)明基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法流程圖。
[0022] 圖2所示為本發(fā)明將觀測信號進(jìn)行中心化處理得到零均值信號方法流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 下文將結(jié)合具體實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中描述的技 術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的 技術(shù)效果。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，包括如下步驟：
[0025] 步驟S10 :混合信號經(jīng)線性調(diào)制后，通過無線通信信道同時同頻地進(jìn)行傳輸。
[0026] 步驟S20 :接收端接收混合信號，接收到的混合信號成為觀測信號。
[0027] 步驟S30:將觀測信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號。
[0028] 為了簡化信號分離的方法，假設(shè)各個獨立分量和混合后的變量都是零均值的，如 果零均值的條件并不成立，可以通過中心化處理觀測變量，所以中心化處理的方法是減去 觀測信號的均值向量。如圖2所示，該方法如下：
[0029] 步驟S31:計算觀測信號向量x的均值，均值mx=E{x};
[0030] 步驟S32:在觀測信號向量x的基礎(chǔ)上減去觀測信號向量的均值mx，得到零均值信 號，即中心化后的觀測向量為=x-mx。
[0031] 經(jīng)處理后，源信號也變成了零均值信號，這是因為E{s} =A<E|x'}。
[0032] 利用經(jīng)過中心化處理的數(shù)據(jù)計算出分離矩陣后，可采用S(t)ifHx'+nO計算出 源信號的實際估計。
[0033] 從上面可以看出，經(jīng)過中心化處理后，混合矩陣仍保持不變。也就是說，中心化完 全不影響對混合矩陣的估計。所以對于零均值的數(shù)據(jù)，觀測信號的相關(guān)矩陣與其協(xié)方差矩 陣是相同的。
[0034] 向量x的相關(guān)矩陣為：RX=E{xxT}，向量x的協(xié)方差矩陣為：CX=E{(x_mx) (x_mx) T}，
[0035] 利用期望算子的性質(zhì)可得：Rx= Cx+mxmxT，當(dāng)mx= 0時，有Cx= Rx。
[0036] 步驟S40 :將所述零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量。
[0037] 球面化的目的是通過對觀測向量進(jìn)行線性變換，以至于其輸出的各分量互不相 關(guān)，并且具有單位方差。即球面化后產(chǎn)生了一個新的向量Xw，稱為球面化的隨機向量，其協(xié) 方差為單位矩陣。即xw的協(xié)方差矩陣：E{xwXwT} =1。
[0038] 進(jìn)行球面化處理的方法是采用協(xié)方差矩陣的特征值分解（EigenValueDecomposit ion，EVD)。中心化后的觀測向量x'的球面化處理可以通過下面的線性變換實現(xiàn)：
'其中G是E{x'xt}的特征向量組成的正交矩陣。D是E{x'xt}的 特征值組成的對角矩陣，其中\(zhòng)為球面化后的新向量。
[0039] 混合矩陣通過球面化變換，成為了一個新的正交陣xw=GD]Gr；f = GD-因為： E{xwXwT} = VE{sst}Vt= WT= I，艮P xw的協(xié)方差矩陣為單位陣，滿足球面化條件。
[0040] 可以看出，球面化處理把對觀測向量的估計轉(zhuǎn)化成了對球面化后新向量的估計。 因此球面化預(yù)處理能夠減少待估參數(shù)的個數(shù)。
[0041] 步驟S50 :將所述球面化的隨機向量進(jìn)行負(fù)熵值的近似計算，根據(jù)各路信號負(fù)熵 值的差異，實現(xiàn)混合信號的分離。
[0042] 關(guān)于負(fù)熵的簡單近似計算，目前最常用的就是采用的是使用高階矩來計算負(fù)熵。 其表達(dá)式如下
。
[0043] 采用高階矩近似的缺點是：數(shù)據(jù)中的野值點對估計效果影響較大，因此估計結(jié)果 不穩(wěn)健。因此，基于高階矩的負(fù)熵近似計算的魯棒性并不好。為了解決這個問題，可以采改 進(jìn)的負(fù)熵近似計算形式。
[0044] 改進(jìn)的負(fù)商近似計算的表達(dá)式如下：J(x) = [E{G(x)}_E{G(v)}]2,其中x與v為 具有同樣方差的高斯變量。
[0045] 本發(fā)明的發(fā)送端的每路信號不需進(jìn)行去冗余熵變換、熵編碼等處理，只需在接收 端根據(jù)各路信號的統(tǒng)計獨立性，對接收信號進(jìn)行中心化和球面化等簡單的預(yù)處理后，直接 計算各路信號的負(fù)熵值，根據(jù)各路信號負(fù)熵值的差異，實現(xiàn)多路信號的復(fù)用。這樣既可在信 息熵域中實現(xiàn)了時頻混疊多路混合信號的復(fù)用，進(jìn)一步提高了信息傳輸?shù)乃俾屎皖l譜資源 利用率。
[0046] 本發(fā)明對發(fā)送信號占用的頻帶和時隙沒有特殊的要求和限制，其所能達(dá)到的信息 速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時分和頻分復(fù)用方式的信息速率，具有更高的頻帶利用率，與碼分復(fù)用方式 相比，不需要考慮碼字因素的影響，在傳輸帶寬保持不變的情況下，大大提高了系統(tǒng)的頻帶 利用率。
[0047] 本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進(jìn)行改變。上述實施例只是示例性的，不 應(yīng)以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項】
1. 一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，其特征在于，包括如下步驟： 混合信號經(jīng)線性調(diào)制后，通過無線通信信道同時同頻地進(jìn)行傳輸； 接收端接收混合信號，接收到的混合信號成為觀測信號； 將觀測信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號； 將所述零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量； 將所述球面化的隨機向量進(jìn)行負(fù)熵值的近似計算，根據(jù)各路信號負(fù)熵值的差異，實現(xiàn) 混合信號的分離。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，其特征在于，所述將觀測 信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號的步驟中，包括如下步驟： 計算所述觀測信號向量的均值； 在所述觀測信號向量的基礎(chǔ)上減去觀測信號向量的均值，得到零均值信號。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，其特征在于，所述將所述 零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量的步驟中，所述球面化處理通過協(xié)方 差矩陣的特征值分解方法實現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于負(fù)熵的改進(jìn)熵分復(fù)用方法，包括：混合信號經(jīng)線性調(diào)制后，通過無線通信信道同時同頻地進(jìn)行傳輸；接收端接收混合信號，接收到的混合信號成為觀測信號；將觀測信號進(jìn)行中心化處理，得到零均值信號；將所述零均值信號進(jìn)行球面化處理，得到球面化的隨機向量；將所述球面化的隨機向量進(jìn)行負(fù)熵值的近似計算，根據(jù)各路信號負(fù)熵值的差異，實現(xiàn)混合信號的分離。本發(fā)明簡化了現(xiàn)有熵分復(fù)用的處理過程，實現(xiàn)了頻譜混疊信號在熵域的信號復(fù)用，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率及頻譜資源利用效率。
【IPC分類】H04L5/00, H04L1/00
【公開號】CN104883244
【申請?zhí)枴緾N201510131153
【發(fā)明人】吳娜, 衛(wèi)永琴, 郭銀景, 呂文紅, 梁泉泉, 孫紅雨, 陸翔, 衛(wèi)阿盈, 丁慶安, 王正杰, 張瑞, 白星振
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年3月25日