超外差式數(shù)字接收機的非線性消除與主動利用.pdf

1、針對寬帶超外差式數(shù)字接收機通常無法同時滿足高線性動態(tài)范圍、同時多信號接收的現(xiàn)狀,本文提出并設(shè)計實現(xiàn)了一種基于非線性盲辨識技術(shù)的自適應(yīng)寬帶數(shù)字接收機。由于寬帶超外差式接收機輸入信號的時頻特征未知或時變,常規(guī)的基于線性系統(tǒng)框架的定頻窄帶單信號接收和信道化處理技術(shù)不再適用,本文在頻域?qū)拵?shù)字接收機輸出信號中的諧波與互調(diào)分量進行識別和分選,并以其短時能量最小化作為其非線性行為模型參數(shù)的辨識準則,利用最速下降法或遞歸最小二乘算法實現(xiàn)模型參數(shù)的自

2、適應(yīng)提取和更新,然后在線實時地對數(shù)字接收機輸出信號進行非線性補償處理。接下來,本文主動利用通信系統(tǒng)傳輸鏈路的非線性失真特性,提出并試驗驗證了一種基于非線性調(diào)制解調(diào)的新型傳輸鏈路技術(shù)。該技術(shù)利用非線性失真在信息接收和判決環(huán)節(jié)制造障礙,使非授權(quán)用戶難以對通信系統(tǒng)實施有效的攻擊。本文的主要內(nèi)容及取得的成果包括以下幾個方面:
　　1、用理論分析和定量計算的方式描述了超外差式數(shù)字接收機各組成模塊以及整機的非線性失真機制,證明了在對超外差式數(shù)

3、字接收機進行非線性補償時,非線性補償模型不需要含有線性項和二階項,并得出結(jié)論:對于包含射頻前端在內(nèi)的超外差式數(shù)字接收機整機來說,制約其無雜散失真動態(tài)范圍指標的主要因素是低階非線性失真分量。針對超外差式數(shù)字接收機提出了構(gòu)造非線性補償模型的方法,提出了降低非線性補償模型的計算復(fù)雜度以及提高模型對非線性系統(tǒng)擬合精度的方法。用理論分析和仿真實驗的方式對比了幾種記憶非線性模型的計算復(fù)雜度與辨識精度。
　　2、提出了一種超外差式數(shù)字接收機非線

4、性失真盲辨識與補償方法。設(shè)計了一種基于“非線性失真分量總功率最小”的盲辨識準則,說明了準則對超外差式和直接采樣型這兩種不同結(jié)構(gòu)的接收機的適用性。分別用四種最優(yōu)化方法得到了用于非線性補償模型的Volterra模型核向量的自適應(yīng)迭代計算公式,分析了基于這四種最優(yōu)化算法的非線性盲辨識與補償方法的計算復(fù)雜度。用計算機仿真的方式驗證了非線性盲辨識與補償算法對超外差式數(shù)字接收機的無雜散失真動態(tài)范圍的預(yù)期改善量,得出結(jié)論:低階非線性失真分量將被抑制到

5、本底噪聲水平以下。對三款不同結(jié)構(gòu)的超外差式和直接采樣型數(shù)字接收機實際系統(tǒng),用不同類型的輸入信號對非線性盲辨識與補償算法的性能進行了驗證,實測結(jié)果表明:本文所述的非線性失真盲辨識與補償方法是正確有效的,其收斂精度、收斂速度、穩(wěn)定性、對任意信號的適應(yīng)性都滿足實用化需求,并可以使超外差式數(shù)字接收機在同時多信號接收情況下的無雜散失真動態(tài)范圍指標改善約15～20dB,非常有利于對微弱小信號的檢測與后續(xù)處理。
　　3、對超外差式數(shù)字接收機非線

6、性盲辨識與補償方法進行了增強魯棒性的優(yōu)化設(shè)計。為了避免使用RLS算法進行自適應(yīng)迭代計算容易出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定的現(xiàn)象,提出了改進非線性補償模型核系數(shù)迭代過程的收斂速度和收斂精度的方法;針對寬帶超外差式數(shù)字接收機輸入信號可能出現(xiàn)過門限信號個數(shù)較多的情況,提出了優(yōu)化非線性盲辨識準則的方法;為滿足數(shù)字接收機系統(tǒng)實時運行的需求,對非線性盲辨識與補償算法的硬件實現(xiàn)構(gòu)架進行了優(yōu)化,設(shè)計了流水線式的構(gòu)架實現(xiàn)Volterra級數(shù)實時補償模塊,設(shè)計了準流水線

7、式的構(gòu)架實現(xiàn)非線性補償模型核系數(shù)自適應(yīng)迭代模塊;針對定點化算法實現(xiàn)時可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)過沖現(xiàn)象,給出了檢測與避免的方案。
　　4、提出了一種基于非線性調(diào)制解調(diào)的新型傳輸鏈路技術(shù)。從原理上說明了主動非線性變換技術(shù)與傳統(tǒng)安全通信技術(shù)的區(qū)別,分析了非線性變換對的存在性問題;詳細描述了主動記憶非線性變換和非線性逆變換的步驟,針對可能出現(xiàn)的頻譜擴展現(xiàn)象與非線性失真分量丟失現(xiàn)象提出了為合作式接收方設(shè)計的改進的非線性盲辨識準則;分析了合作式接收方在