本發(fā)明涉及M2M通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CDMA的M2M通信中的多用戶檢測方法。
背景技術(shù)：
：M2M是“機(jī)器對機(jī)器通信(MachinetoMachine)”的簡稱。M2M是指一方或雙方是機(jī)器且機(jī)器通過程序控制，能自動完成整個通信過程的通信形式。通過M2M通信，可以降低成本、提高效率、節(jié)約時間等，因而M2M通信得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。相比較傳統(tǒng)的無線通信，3GPP標(biāo)準(zhǔn)中給出了M2M通信的三個特點：1)每一個傳感器節(jié)點只需要傳輸或接收小量的數(shù)據(jù)(小型數(shù)據(jù)傳輸特性)；2)LTE-Advanced網(wǎng)絡(luò)只允許機(jī)器節(jié)點在接入授權(quán)時間段內(nèi)接入到網(wǎng)絡(luò)中(時間控制特性)；3)多個傳感器節(jié)點可以被分組為簇，以便于管理(分組特性)。與傳統(tǒng)通信相比，M2M通信最大的特點是機(jī)器自主完成數(shù)據(jù)感知與傳輸，不需要人為參與。因此，M2M設(shè)備可以代替人類工作在環(huán)境惡劣、對無間斷監(jiān)控實時性要求較高的場合。但是，基于CDMA的M2M上行數(shù)據(jù)傳輸存在以下問題：問題一：干擾多用戶的信號時延估計問題。由于M2M通信中的傳感器節(jié)點往往是能量受限的，傳感器節(jié)點只有發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，不具備接收數(shù)據(jù)的功能。在傳統(tǒng)的移動通信中，用戶具有接收和發(fā)送功能，可以通過下行信道來進(jìn)行同步。然而在M2M通信中，傳感器節(jié)點不具備接收數(shù)據(jù)功能的特點，所以M2M通信不能通過下行信道來進(jìn)行同步?？紤]到每個傳感器的時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間有微小偏差，加上不同傳感器的信號到達(dá)基站的距離不同，基站收到不同傳感器的信號時，有微小的時間差。從而不同傳感器的時間差一般不同，若采用傳統(tǒng)的同步多用戶檢測，將會給信號檢測帶來較大的誤差?；趥鞲衅鞴?jié)點只能發(fā)送數(shù)據(jù)不能接收數(shù)據(jù)的特點，M2M通信中多用戶檢測問題不僅需要檢測出用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)，也應(yīng)該同時檢測出不同傳感器的時延差與信道衰落。又因為傳感器節(jié)點的數(shù)目往往是十分龐大的，一種低復(fù)雜度的信號檢測算法對M2M通信系統(tǒng)顯得尤為重要。問題二：遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。當(dāng)所有的傳感器的發(fā)射功率相同時，距離基站近的傳感器，基站接收到功率就大，對其它遠(yuǎn)處的用戶干擾。然而由于傳感器無接收功能，無法作功率控制，只能通過基站的多用戶檢測算法來完成。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于CDMA的M2M通信中的多用戶檢測方法。技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于CDMA的M2M通信中的多用戶檢測方法包括以下步驟：S1、每一傳感器節(jié)點按照先傳導(dǎo)頻再傳數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，向基站發(fā)送數(shù)據(jù)；其中，導(dǎo)頻序列包含3個符號，即(1，-1，0)；S2、基站根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行碼片單倍采樣得到采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)采樣數(shù)據(jù)采用干擾消除加試探法，計算每一傳感器的時延和信道衰落；S3、基于計算的時延和信道衰落，利用串行部分干擾消除方法檢測出每一傳感器的發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述步驟S2具體包括步驟：S21、基站根據(jù)接收到的信號進(jìn)行碼片單倍采樣得到采樣數(shù)據(jù)r；S22、記r的前3G位數(shù)據(jù)為d，取d的第l位到2G+l-1位數(shù)據(jù)與碼序列(ck,-ck)相乘積再求和得到S'k；其中，ck表示擴(kuò)頻碼，k＝1,...,K，l＝1,...,G+1，K為傳感器的個數(shù)，G為擴(kuò)頻增益；S23、根據(jù)S'k得到傳感器k的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)滑動相關(guān)后求和的最大值為S24、根據(jù)S1和S'1計算得到傳感器1的信道估計值和時延估計值并將迭代次數(shù)n設(shè)為1；其中，Tc是擴(kuò)頻碼片周期；S25、數(shù)據(jù)d去掉前n個傳感器的導(dǎo)頻信息，得到數(shù)據(jù)d'；其中，表示在作用的向量前添加個零；S26、取d'的第l位到2G+l-1位數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼(cn+1,-cn+1)相乘積再求和，得到l＝1,...,G+1；S27、獲取傳感器n+1的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)滑動相關(guān)后求和的最大值為S28、根據(jù)計算得到傳感器n+1的信道估計值和時延估計值其中，S29、將將迭代次數(shù)n＝n+1，返回執(zhí)行步驟S25，直至計算得到所有傳感器的信道估計值和時延估計值。進(jìn)一步的，：所述步驟S3具體包括步驟：S31、在檢測第一個發(fā)送數(shù)據(jù)時，設(shè)第k次干擾消除后，第k+1個傳感器的決策變量為其中Ak+1表示第k+1個傳感器的實際發(fā)射信道，bk+1表示第k+1個傳感器的實際信道衰落，表示未經(jīng)過干擾消除的用戶帶來的干擾，nk+1表示是由于高斯噪聲所帶來的干擾，表示由于不完美的干擾消除所帶來的累積噪聲，Ci表示傳感器i的干擾，ξi表示傳感器i的部分干擾因子，互相關(guān)因子Ii,k(τi,k)為S32、令k＝0,...,K-1，得到?jīng)Q策變量集合{Zk|k＝1,...,K}；S33、若Zk+1≥0，則否則從而得到所有傳感器的第一個發(fā)送數(shù)據(jù)；S34、采用與步驟S31-S33的同樣步驟檢測其他位的發(fā)送數(shù)據(jù)，直到估計出所有傳感器的發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述步驟S2中的試探法具體包括步驟：(a)初始時延估計取為前t次時延估計的加權(quán)平均值；(b)記初始試探點選為k＝k0，初始步長為Δ＝1；(c)若令k＝k+Δ，若令k＝k-Δ，若則k即為所求，終止該算法；(d)重復(fù)進(jìn)行步驟(c)，直至找到最優(yōu)的k，如果連續(xù)兩次增加或減少k，就令步長加倍，即Δ＝2Δ；如果一次增加/減少k，則令步長減半，即Δ＝Δ/2。進(jìn)一步的，所有傳感器只在自身時鐘給出的固定時間段，向基站發(fā)送固定長度的數(shù)據(jù)。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：本專利提出了一種導(dǎo)頻加數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計，并給出了具體的導(dǎo)頻設(shè)計；當(dāng)傳感器節(jié)點采用本專利提出的幀結(jié)構(gòu)來發(fā)送信息，接收利用基于滑動相關(guān)的多用戶干擾消除方法來估計出每個傳感器節(jié)點的信道和時延；在給定傳感器的信道和時延信息后，本專利采用低復(fù)雜度的串行部分連續(xù)干擾消除方法來檢測每個傳感器的發(fā)送數(shù)據(jù)。附圖說明圖1是本實施例的M2M通信系統(tǒng)的示意圖；圖2是幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是部分干擾消除法的流程示意圖。具體實施方式本實施例的M2M通信系統(tǒng)如圖1所示，有一個數(shù)據(jù)收集基站，負(fù)責(zé)收集從屬于這個基站的K個傳感器的數(shù)據(jù)。為了節(jié)省傳感器節(jié)點的耗電，傳感器只在自身時鐘給出的固定時間段，向基站發(fā)送固定長度的數(shù)據(jù)。假設(shè)傳感器發(fā)送喚醒周期長期產(chǎn)度為Ta，每次發(fā)送數(shù)據(jù)時間長度為Td，Td＜Ta。此外，Td發(fā)送周期內(nèi)發(fā)送M個符號，符號周期為Ts，Td＝MTs。K個傳感器發(fā)送時采用擴(kuò)頻碼身份波形，假設(shè)第k個傳感器的擴(kuò)頻波形為sk(t)，sk(t)是定義在區(qū)間[0,Ts)內(nèi)的一個函數(shù)，具有如下表達(dá)sk(t)=Σg=1Gck(g)π(t-(g-1)Tc)]]>其中G是擴(kuò)頻增益，Tc是擴(kuò)頻碼片周期，π(t)是定義在[0,Tc)上的脈沖成型波形，是擴(kuò)頻碼，其分量取值于±1，且滿足<ck,cl>＝Gδkl其中δkl定義為δkl=1,k=l0,k≠l]]>第k個傳感器在一個發(fā)送周期內(nèi)的發(fā)送信號為xk(t)=Σm=0M-1bk(m)sk(t-mTs)]]>其中是第k個傳感器的第m個等概取值于±1的BPSK符號。由于每個傳感器的時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間有微小偏差，加上不同傳感器的信號到達(dá)基站的距離不同，因此基站收到不同傳感器的信號時，有微小的時間差，設(shè)第k個傳感器與標(biāo)準(zhǔn)時間的時間差為τk，并假設(shè)0≤τk＜Ts/2，則基站接收到的K個傳感器的信號疊加為r(t)=Σk=1KAkxk(t-τk)+n(t)=Σk=1KΣm=0M-1Σg=1GAkbk(m)ck(g)π(t-(g-1)Tc-mTs-τk)+n(t)]]>其中Ak是信道衰落系數(shù)，這里已經(jīng)假設(shè)了信道是慢變的，也即在發(fā)送M個符號的時間范圍內(nèi)保持不變，n(t)是均值為零方差為σ2的高斯白噪聲。對r(t)進(jìn)行碼片單倍采樣，得到如下(M+1/2)G向量(在這里假設(shè)G為偶數(shù)，當(dāng)G為奇數(shù)時，向量長度為MG+(1+G)/2，不影響后面的分析結(jié)果)其中n是一個噪聲向量，維數(shù)為(M+1/2)G，h(τk)的表達(dá)式如下是向下取整記號，是一個條件取值函數(shù)，當(dāng)滿足時取值為1，不滿足時取值為0，是一個向量添零算子，一個向量被這個算子作用之后，維數(shù)增加h(τk)維，并且在這個向量的前面添加h(τk)個零元素，也即其中bk=(bk(0)...bk(M-1))T]]>因此要解決的技術(shù)問題可描述為：如何根據(jù)得到的碼片單倍采樣數(shù)據(jù)r來檢測出傳感器的信道衰落、時延以及發(fā)送的數(shù)據(jù)。為了解決上述問題，本實施提供了一種基于CDMA的M2M通信中的多用戶檢測方法，該方法包括以下步驟：S1、每一傳感器節(jié)點按照先傳導(dǎo)頻再傳數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)，向基站發(fā)送數(shù)據(jù)；其中，導(dǎo)頻序列包含3個符號，即(1，-1，0)。幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。S2、基站根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行碼片單倍采樣得到采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)采樣數(shù)據(jù)采用干擾消除加試探法，計算每一傳感器的時延和信道衰落。該步驟具體包括步驟：S21、基站根據(jù)接收到的信號進(jìn)行碼片單倍采樣得到采樣數(shù)據(jù)r；S22、記r的前3G位數(shù)據(jù)為d，取d的第l位到2G+l-1位數(shù)據(jù)與碼序列(ck,-ck)相乘積再求和得到S'k；其中，ck表示擴(kuò)頻碼，k＝1,...,K，l＝1,...,G+1，K為傳感器的個數(shù)，G為擴(kuò)頻增益；S23、根據(jù)S'k得到傳感器k的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)滑動相關(guān)后求和的最大值為S24、根據(jù)S1和S1'計算得到傳感器1的信道估計值和時延估計值并將迭代次數(shù)n設(shè)為1；其中，Tc是擴(kuò)頻碼片周期；S25、數(shù)據(jù)d去掉前n個傳感器的導(dǎo)頻信息，得到數(shù)據(jù)d'；其中，表示在作用的向量前添加個零；S26、取d'的第l位到2G+l-1位數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼(cn+1,-cn+1)相乘積再求和，得到l＝1,...,G+1；S27、獲取傳感器n+1的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)滑動相關(guān)后求和的最大值為S28、根據(jù)計算得到傳感器n+1的信道估計值和時延估計值其中，S29、將將迭代次數(shù)n＝n+1，返回執(zhí)行步驟S25，直至計算得到所有傳感器的信道估計值和時延估計值。其中，可以發(fā)現(xiàn)求Sk時需要進(jìn)行G+1次搜索，當(dāng)G較大時，使用窮盡搜索就需要大量地計算，在這里采用基于前t次時延估計信息的自適應(yīng)步長試探法，具體包括步驟：(a)初始時延估計取為前t次時延估計的加權(quán)平均值；(b)記初始試探點選為k＝k0，初始步長為Δ＝1；(c)若令k＝k+Δ，若令k＝k-Δ，若則k即為所求，終止該算法；(d)重復(fù)進(jìn)行步驟(c)，直至找到最優(yōu)的k，如果連續(xù)兩次增加或減少k，就令步長加倍，即Δ＝2Δ；如果一次增加/減少k，則令步長減半，即Δ＝Δ/2。S3、基于計算的時延和信道衰落，利用串行部分干擾消除方法檢測出每一傳感器的發(fā)送數(shù)據(jù)。具體的，步驟S3具體包括步驟：S31、在檢測第一個發(fā)送數(shù)據(jù)時，設(shè)第k次干擾消除后，第k+1個傳感器的決策變量為其中Ak+1表示第k+1個傳感器的實際發(fā)射信道，bk+1表示第k+1個傳感器的實際信道衰落，表示未經(jīng)過干擾消除的用戶帶來的干擾，nk+1表示是由于高斯噪聲所帶來的干擾，表示由于不完美的干擾消除所帶來的累積噪聲，Ci表示傳感器i的干擾，ξi表示傳感器i的部分干擾因子，互相關(guān)因子Ii,k(τi,k)為S32、令k＝0,...,K-1，得到?jīng)Q策變量集合{Zk|k＝1,...,K}；S33、若Zk+1≥0，則否則從而得到所有傳感器的第一個發(fā)送數(shù)據(jù)；S34、采用與步驟S31-S33的同樣步驟檢測其他位的發(fā)送數(shù)據(jù)，直到估計出所有傳感器的發(fā)送數(shù)據(jù)。以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3