自适应算法在DSSS信号分集接收中的应用

罗小宝　盛文钦　刘林涛

摘 要： 分集接收技术由于能够获得分集增益，可提高多径信号的接收质量，因此在直接序列扩频系统中被广泛采用。常用的信号分集合并方法主要有选择性合并、等增益合并和最大比合并三种，其中最大比合并效果最佳，但需要准确地计算每路信号的信噪比，而采用自适应算法有效解决了准确计算信噪比的问题。因此，提出一种将RLS自适应算法与多径信号分集接收相结合的方法，它首先将接收到的多径信号分离为多路不同延时的信号，然后应用RLS自适应算法根据最小方差准则计算每一路信号的加权系数，通过对加权系数的更新获得最大分集增益，通过对不同的信号合并方式在多径信道下的性能进行仿真比较可知，采用RLS自适应算法的信号合并方式取得的性能最好。

关键词： 直接序列扩频； 最大比合并； 分集接收； RLS

中图分类号： TN911.25+3?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）19?0091?03

Abstract： Since diversity reception technology can obtain diversity gain， and improve the reception quality of multi?path signal， it has been widely used in direct sequence spread spectrum （DSSS） system. The general combining methods of signal diversity include selective combining （SC）， equal gain combining （EGC） and maximal ratio combining （MRC） mainly. The MRC method has the best effect， and it is necessary to calculate SNR of each path signal precisely. The problem of calculation accurate SNR was solved by using adaptive algorithm effectively. The method of combining RLS adaptive algorithm with multi?path signal diversity reception is presented. The received multi?path signal is separated into different delayed signals by the method， then the weighting coefficient of each path signal is calculated according to the minimum variance criterion by using RLS adaptive algorithm， and the maximum diversity gain is obtained by updating the weighting coefficient. The performances of different signal combining ways under multi?path channels were simulated and compared， and it shows that the signal combining way of adopting RLS adaptive algorithm gets the best performance.

Keywords： DSSS； maximal ration combining； diversity reception； RLS

0 引 言

随着无线通信应用的日益广泛，频率资源有限的无线信道也越来越拥挤，信号在传输过程中容易受到各种干扰以及传输环境的影响，导致接收信号质量变差，因此在无线通信中需要克服信道传输带来的影响。直接序列扩频（DSSS）是扩频方式的一种，它通过类似编码的方式达到扩展频谱的目的，由于扩展了信号的传输带宽从而获得了一定的扩频增益，在对抗信道的多径传输以及抗干扰方面具有一定的优势[1]。由于在接收端通过采用分集接收技术可以提高信号传输的可靠性，减少无线信道多径传输及衰落所带来的影响，因此在直接序列扩频中采用分集接收技术能够进一步提高系统的传输性能。分集接收过程主要是对接收的多径信号进行分离，然后再按照一定方式进行合并，从而获得一定的分集增益[2]，分集合并的方式主要有选择合并（SC）、等增益合并（EGC）和最大比值合并（MRC）三种方式[3]，不同的合并方式对性能的改善程度也不一样。

1 分集接收原理

分集接收的主要过程包括多径分离、多径选择与多径合并。其基本原理就是使用相关接收机组对接收的信号进行多径分离，每条路径对应一个相关接收机，不同的相关接收机分别对应信号的一个延迟形式，由于使用的相关接收机数量有限，因此分离出来的只是部分路径，将这些相关接收机的输出根据它们的相对强度进行加权，并把加权后的各路输出相加形成一个输出即完成了合并输出。多径分离与合并的基本原理框图如图1所示。

也就是说，经过等增益合并后输出的信噪比为单路信噪比的2倍。但是，当其中一条路径信噪比很低时，则会影响整个合并后的输出信噪比，甚至相对于单路较好的路径会变得更差，因此等增益合并在每条路径信噪比差不多时分集效果比较好，而路径之间的信噪比相差较大时则分集效果不理想。

2.3 最大比合并

在最大比合并（MRC）方式下，先将每个多径分量乘以一个正比于相应接收信号信噪比的加权值，使得各条路径合并后输出信噪比（SNR）最大，也就是说，MRC方式在合并之前对接收分量进行调整，放大信号质量好的分量，衰弱信号质量较差的分量，从而获得更好的分集增益[4]。endprint

当满足[aini=sini]时，输出信噪比取得最大值，则加权系数[ai=sin2i]与信号幅值成正比，与噪声功率成反比，因此，可以近似用估计的信噪比参数作为加权系数。

最大比合并方式相对于选择性合并和等增益合并对接收信号改善最大，但是这种方式对信噪比计算的准确性要求比较高，在实际无线信道环境中，信噪比的估计总是存在一定的误差，且实时性较差，因此对最大比合并的性能有一定的影响。

3 自适应分集合并

由于MRC合并中，计算信噪比需要一定的统计量且计算存在误差，不能实时进行更新，因此分集合并输出并不能获得最佳的效果，为了提高分集合并输出的增益，在加权系数的计算中应用自适应算法对其进行实时估计和更新十分必要[5?6]，而RLS自适应算法由于具有收敛速度快的突出特点[7?8]，非常适合应用于自适应信号分集合并方案。RLS自适应分集合并的原理图如图3所示。

首先，对接收的多径信号进行多径分离，经信号同步后成为单个路径的信号，不同路径的信号在时间上存在一定的延时，然后对分离出的多径信号进行加权合并得到输出信号[y（n）。]在自适应合并过程中，主要根据参考信号即已知的训练序列[d（n）]利用RLS自适应算法完成对加权系数的训练，使其达到最佳的加权值，输出的误差最小。

4 仿真结果分析

针对以上分集合并方法，在瑞利多径信道条件下对分集接收的性能进行仿真，其中数据信号采用长度为64的walsh序列扩频，[12]码率的卷积码编码以及BPSK的调制方式，且每个数据段包含64个符号的已知训练序列，满足RLS算法的收敛要求；信号经过信道为3径的瑞利多径信道，并加入了高斯白噪声，不同合并方式的仿真性能曲线如图4所示。

从图4可以看出，在瑞利多径信道条件下，采用MRC和RLS自适应合并的性能明显优于SC和EGC；两种较好的合并方式中， RLS自适应合并的性能略优于MRC，在误码率为10-4时，RLS自适应合并相对于MRC有1 dB左右的增益。因此，采用多径分集合并可提高接收性能，不同的分集合并方式，性能存在一定差异，采用RLS自适应分集合并方式实现了对多径信号的动态最大比合并，获得了最佳的分集效果。

参考文献

[1] 张贤达，保铮.通信信号处理[M].北京：国防工业出版社，2000.

[2] PRICE R， GREEN P E. A communication technique for multipath channels [J]. Proceedings of the IRE， 1958， 46： 555?570.

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[4] CHOI W， ANDREWA J G. Improved performance analysis for maximal ratio combining in asynchronous CDMA channels [J]. IEEE Transactions on Wireless Communications， 2007， 6（9）： 3297?3305.

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