基于混沌理論的正交小波變換盲均衡算法.pdf

1、在水下通信系統(tǒng)中，由于聲波傳播的多途衰落和信道失真而引起嚴(yán)重的碼間干擾是水聲通信所面臨的主要障礙之一，使水下數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)傳輸速率都大大的降低。如果可以在跟蹤信道變化的過程中避免使用發(fā)送訓(xùn)練序列，就可以有效克服這些缺點，盲均衡技術(shù)因此應(yīng)運而生，在接收機中采用信道均衡技術(shù)是克服碼間干擾的一種有效途徑。隨著現(xiàn)代高速水聲通信的發(fā)展需求，盲均衡技術(shù)逐漸彌補了傳統(tǒng)自適應(yīng)均衡技術(shù)在應(yīng)用上的缺陷，僅依據(jù)接收序列本身的先驗信息來均衡信道特性，不

2、必借助訓(xùn)練序列來維持正常工作，可有效提高信息傳輸速率和帶寬利用率，改善通信質(zhì)量。因此，研究盲均衡技術(shù)在水聲通信中的應(yīng)用具有重要研究意義和實用價值。利用正交小波的時頻局部化特性處理均衡器輸入信號，并作能量歸一化處理，信號與噪聲的相關(guān)性可以得到有效降低。
　　 MMA算法將均衡器的輸出分為實部和虛部，在同相和正交方向上選取各自的模值，適用于非常數(shù)模信號。混沌是存在于非線性系統(tǒng)中的一種較為普遍的現(xiàn)象，其行為復(fù)雜且類似隨機，并能在一定范

3、圍內(nèi)按其自身“規(guī)律”不重復(fù)地遍歷所有狀態(tài)。利用混沌的這些特點，人們提出了一些混沌優(yōu)化算法，利用混沌的遍歷性特點作為避免搜索過程陷入局部最小。本文將混沌算法用于處理正交小波盲均衡算法中的權(quán)向量，混沌算法所具有的全局搜索特點可以在最短的時間內(nèi)得到權(quán)向量的全局最優(yōu)解，本文針對水聲通信中的碼間干擾抑制問題，綜述了混沌理論的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域，以CMA和MMA為主要研究對象，加入幾種智能優(yōu)化算法，主要用于初始化均衡器的抽頭。在本文的研究中，主要對

4、混沌理論與小波盲均衡算法的有效結(jié)合進行了理論研究和仿真實驗，論文的工作有下述幾個方面。
　　 1基于混沌系統(tǒng)的正交小波盲均衡算法
　　 引入混沌理論到盲均衡算法中，同時加入正交小波變換處理信號，在以混沌通信系統(tǒng)為調(diào)制方式的情況下，提出了另一種改進后的正交小波盲均衡算法(CS-WT-CMA)。該算法充分利用了混沌的許多優(yōu)良特性，如類似隨機性、空間遍歷性以及無限寬帶功率譜等特點，將混沌調(diào)制系統(tǒng)用于產(chǎn)生寬帶混沌信號，使用混沌信

5、號作為載波，以擴頻的形式調(diào)制發(fā)射信號，從而降低了信道輸入信號的自相關(guān)性，碼間干擾以及多徑衰落都能得到更好地抑制;利用正交小波的時頻局部化特性處理均衡器輸入信號，并作能量歸一化處理，信號與噪聲的相關(guān)性可以得到有效降低。理論驗證與實際仿真結(jié)果均論證了該算法在去噪及加快收斂速度方面的優(yōu)越性。
　　 2基于混沌優(yōu)化的正交小波多模盲均衡算法
　　 為了克服多模盲均衡算法(MMA)收斂速度慢、穩(wěn)態(tài)誤差大的缺點，以混沌算法為工具優(yōu)化了

6、的正交小波多模盲均衡器的抽頭，實現(xiàn)了新的算法CO-WT-MMA算法。該算法在MMA算法的基礎(chǔ)上，使用正交小波進行信號的變換(WT-MMA)，混沌變量的遍歷性用于擾動權(quán)向量的當(dāng)前點，搜索時，擾動的幅度會隨著時變參數(shù)的更新逐漸減小，從而達到權(quán)向量的全局最優(yōu)值?；煦缢惴ǖ囊胧沟脵?quán)向量可以被迅速搜索得到其全局最優(yōu)解，將此作為WT-MMA的權(quán)向量初始值。仿真結(jié)果有力證明了這一算法的有效性，不僅具有更理想的收斂速度，還得到了更小的均方誤差。

7、>　　 3基于正交小波的符號判決雙模式加權(quán)多模盲均衡算法
　　 針對多模算法在均衡高階QAM信號時穩(wěn)態(tài)誤差小但收斂速度較慢的缺點，利用高階QAM信號的分布特點，將加權(quán)多模算法(FW-MMA)與符號判決雙模式多模算法(WT-SDDMMA)結(jié)合起來，引入了正交小波變換，提出了一種正交小波變換的符號判決雙模式加權(quán)多模盲均衡算法(WT-FW-SDDMA)。該算法以WT-FWMMA為第一模式，以WT-FW-SDDMA為第二模式，如何在兩

8、種模式之間靈活切換取決于符號判決的結(jié)果。研究仿真表明，這一算法在收斂速度和穩(wěn)態(tài)誤差方面都得到了有效改善，同時具有很好的抗干擾性。
　　 4基于混沌粒子群優(yōu)化的正交小波多模盲均衡算法
　　 多模算法的穩(wěn)態(tài)性能不理想，傳統(tǒng)的粒子群算法容易陷入“早熟”，為了克服以上缺點，使用混沌粒子群優(yōu)化正交小波多模算法(CPSO-WT-MMA)。該算法在MMA的基礎(chǔ)上，混沌變量所特有的遍歷性特點使其可以精確地微擾動PSO算法中粒子的位置向量

9、，在搜索進程中通過混沌擾動使陷入“早熟”的粒子群算法跳出局部極值點，從而使權(quán)向量達到全局最優(yōu)值。研究仿真表明，這一算法在收斂速度和穩(wěn)態(tài)誤差方面都得到了有效改善，同時具有很好的抗干擾性。
　　 5基于免疫混沌優(yōu)化的正交小波多模盲均衡算法
　　 混沌優(yōu)化算法具有極強的局部搜索能力，免疫算法具有極強的全局搜索能力，結(jié)合二者的優(yōu)點，提出了一種免疫混沌優(yōu)化的正交小波多模盲均衡算法(ICO-WT-MMA)。該算法在MMA的基礎(chǔ)上，通