小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在MC—CDMA多用戶檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用研究

梁娜 晁暉 張超

【摘要】 對(duì)多載波碼分多址（MC-CDMA）系統(tǒng)的干擾受限問題，提出了利用小波變換良好的時(shí)頻局部特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的良好自學(xué)習(xí)能力，提高多用戶檢測(cè)性能的原理。同時(shí)為解決網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和參數(shù)修正進(jìn)化緩慢并且容易陷入最小的問題，采用增加動(dòng)量項(xiàng)的方法提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效率。建立了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)器并應(yīng)用于MC-CDMA系統(tǒng)中。用MATLAB/Simulink軟件搭建仿真系統(tǒng)，接收端采用解相關(guān)檢測(cè)（MMSEC）和正交恢復(fù)（ORC）檢測(cè)算法。實(shí)驗(yàn)表明，基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)技術(shù)在誤碼率（BER）性能上更接近單用戶的BER性能。

【關(guān)鍵詞】 多載波碼分多址 多用戶檢測(cè) 小波變換 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 誤碼率

一、引言

隨著移動(dòng)通信系統(tǒng)中用戶數(shù)量和用戶需求的不斷提高，怎樣盡可能的提高移動(dòng)通信系統(tǒng)容量一直是大家關(guān)注的重要問題之一。多載波碼分多址（MC-CDMA）系統(tǒng)將正交頻分復(fù)用（OFDM）與碼分多址（CDMA）結(jié)合，具有較高的頻譜效率與系統(tǒng)容量。眾所周知，CDMA系統(tǒng)是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)，同樣MC-CDMA系統(tǒng)也是一種干擾受限系統(tǒng)，當(dāng)通信用戶數(shù)較多時(shí)，多址干擾（MAI）成為其最主要的干擾。多用戶檢測(cè)技術(shù)（MUD）能有效抵抗多址干擾，是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于多用戶檢測(cè)問題的實(shí)質(zhì)是組合優(yōu)化問題，因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的快速優(yōu)化計(jì)算能力和大規(guī)模并行處理能力使其在多用戶檢測(cè)問題中表現(xiàn)出良好的前景。

二、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值多用戶檢測(cè)算法的基本原理

2.1小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)原理

本文以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，把小波基函數(shù)作為隱含層節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，信號(hào)前向傳播的同時(shí)誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[1]，具體算法流程如圖1。

為解決網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和參數(shù)修正進(jìn)化緩慢并且容易陷入最小的問題，本文采用增加動(dòng)量項(xiàng)的方法提高網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效率。

具體小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正過程如下：

1）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)誤差

2）根據(jù)預(yù)測(cè)誤差e采用增加動(dòng)量項(xiàng)的方法修正小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和小波基函數(shù)系數(shù)，其中小波函數(shù)伸縮因子ak、平移因子bk以及網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)重ωi，j，ωj，k。

2.2 基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)器

根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，本文將-（H-E）設(shè)置為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值矩陣W，其中H為分配給各用戶的特征波形的互相關(guān)矩陣，E為分配給各用戶的特征波形的自相關(guān)矩陣，匹配濾波器的輸出y設(shè)置為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的閾值向量I，各用戶發(fā)送的信息序列b設(shè)置為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量v，這樣將多用戶檢測(cè)的優(yōu)化問題與小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)對(duì)應(yīng)起來。其映射關(guān)系式可概括為

三、仿真結(jié)果

本文采用的小波基函數(shù)為Morlet母小波基函數(shù)，數(shù)學(xué)公式為

用訓(xùn)練數(shù)據(jù)訓(xùn)練小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)反復(fù)訓(xùn)練100次。

假設(shè)MC-CDMA系統(tǒng)收發(fā)端同步，擴(kuò)頻碼為31位的Hardmard碼，QPSK調(diào)制方式，用戶數(shù)為16，接收端采用MMSEC和ORC算法。

仿真流程如圖2所示。

仿真結(jié)果如下：

四、結(jié)束語

小波變換良好的時(shí)頻局部特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的良好自學(xué)習(xí)能力，能夠達(dá)到提高多用戶檢測(cè)性能的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)表明，基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)技術(shù)在誤碼率（BER）性能上更接近單用戶的BER性能。并且此算法的算法復(fù)雜度不高，在實(shí)際應(yīng)用中更加占有優(yōu)勢(shì)。

作者簡介

梁娜（1983-），女，河北唐山人，助教，河北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，主要從事通信算法仿真方面的教學(xué)研究工作，nangchao1@163.com，15932562267

晁暉（1987-），女，河北唐山人，助教，中科院碩士研究生，主要從事數(shù)據(jù)處理方面的教學(xué)研究工作。

參 考 文 獻(xiàn)

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