非協(xié)作數(shù)字通信系統(tǒng)盲解調(diào)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和通信系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，在不干擾正常通信情況下實現(xiàn)系統(tǒng)接入的需求，已經(jīng)在單點對多點網(wǎng)絡(luò)通信、無線電資源管理與監(jiān)控、通信系統(tǒng)故障檢測、通信偵察與對抗等民用和軍事領(lǐng)域內(nèi)不斷增加。這種無授權(quán)接入通信形式，稱為非協(xié)作式通信。 傳統(tǒng)盲解調(diào)技術(shù)主要基于特定信道環(huán)境或特定通信系統(tǒng)，極少對非協(xié)作數(shù)字通信系統(tǒng)中的盲解調(diào)技術(shù)作出較全面的分析討論。由于非協(xié)作通信環(huán)境中存在較多不確定性因素，對盲解調(diào)器結(jié)構(gòu)普適性及其關(guān)鍵技術(shù)的性能指標(biāo)均有

2、較高要求，使得傳統(tǒng)方法在應(yīng)用上受到限制。特別的，針對低信噪比、時變深衰落多徑信道環(huán)境，傳統(tǒng)盲解調(diào)器難以獲得滿意的解調(diào)效果。本文研究了在非協(xié)作數(shù)字通信系統(tǒng)中進行信號盲解調(diào)的相關(guān)技術(shù)和解調(diào)器框架結(jié)構(gòu)，主要集中于盲解調(diào)范疇內(nèi)的信號參數(shù)盲估計和符號序列盲估計理論與算法研究，包括符號率估計、載波頻偏估計與定時恢復(fù)、調(diào)制方式識別、信道盲均衡以及聯(lián)合盲解調(diào)等。 由于非協(xié)作通信模式的特殊性，本文首先簡要介紹了非協(xié)作通信模式下的主要研究方法和采用

3、的技術(shù)，即盲信號處理技術(shù)。利用盲信號處理相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)盲解調(diào)所需的信號參數(shù)估計和信道補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，是進行數(shù)據(jù)可靠、高效解調(diào)的基本手段。在簡要回顧盲解調(diào)器整體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的研究歷史及發(fā)展現(xiàn)狀之后，本文從符號率估計、載波頻偏估計與定時恢復(fù)、調(diào)制方式識別、線性盲均衡、聯(lián)合盲解調(diào)以及降低聯(lián)合盲解調(diào)器復(fù)雜度等六個主要方面進行較為詳細的討論和深入研究。 接收信號調(diào)制參數(shù)對盲解調(diào)的順利實施至關(guān)重要，是盲解調(diào)器的實現(xiàn)基礎(chǔ)。為了正確獲得符號

4、率信息，文章中采用了基于小波變換的方法從接收信號波形中提取符號周期信息。為克服經(jīng)典方法存在的系統(tǒng)模型較為理想，與實際復(fù)雜通信環(huán)境不符的缺點，本文從奇異性和消失矩的角度，分析了在多徑信道模型中進行小波基函數(shù)選擇的基本原則；同時，本文提出了一種歸一化能量譜最大化準(zhǔn)則，并基于該準(zhǔn)則成功實現(xiàn)了一種最優(yōu)尺度參數(shù)選擇方法，解決了小波方法中普遍存在的尺度選擇問題。理論分析與仿真實驗表明，這種基于最優(yōu)尺度小波變換符號率估計方法具有較之經(jīng)典Haar小波方

5、法更低的信噪比估計門限，更少的數(shù)據(jù)量需求，在多徑信道環(huán)境中具有更穩(wěn)健的估計性能。 調(diào)制方式是接收信號的另一項重要的技術(shù)參數(shù)，也是順利進行盲解調(diào)的必要前提。調(diào)制方式識別的研究工作開展得相當(dāng)廣泛，所采用的方法較多，但是傳統(tǒng)的研究多基于平坦衰落信道模型，極少涉及在頻率選擇性衰落信道中的調(diào)制方式識別。事實上，研究在多徑信道模型下的調(diào)制方式識別方法，有利于接收機選擇性能更加優(yōu)良的盲解調(diào)結(jié)構(gòu)和采用更為有效的解調(diào)算法，突破調(diào)制方式未知的限制。

6、本文基于多徑信道模型，根據(jù)循環(huán)統(tǒng)計量匹配思想，先估計信道參數(shù)，然后設(shè)計信道參數(shù)影響因子，構(gòu)造統(tǒng)計矩特征完成基于PSK/QAM類調(diào)制集合的調(diào)制類型盲識別。仿真實驗和分析表明，這種方法具有受信道模型約束較小的優(yōu)勢，能夠在較復(fù)雜信道環(huán)境中有效完成調(diào)制方式識別，為盲解調(diào)器提供準(zhǔn)確的調(diào)制類型。 定時同步與載波同步是相干接收機的基本要求。在盲解調(diào)框架下，定時同步和載波同步技術(shù)多采用開環(huán)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。本文采用了一種基于邊帶譜最大化準(zhǔn)則的定時恢復(fù)方

7、法進行定時相位估計，并結(jié)合基于共軛相關(guān)的載波頻偏盲估計算法，彌補定時算法在接收信號存在殘留載波頻偏時的性能缺陷。性能分析和仿真實驗表明，這種載波頻偏與定時聯(lián)合盲估計方法能有效提高盲解調(diào)器穩(wěn)健性和高效性，不僅可以在盲解調(diào)器前端消除大頻偏的影響，改善定時相位估計的收斂速度，同時還可以提供較準(zhǔn)確的頻偏估計值，有利于盲解調(diào)器后端采用鎖相環(huán)路進行更精細地跟蹤與糾正。盲均衡是盲解調(diào)結(jié)構(gòu)中最重要環(huán)節(jié)，也是復(fù)雜度最大的環(huán)節(jié)。盲均衡算法的選擇與盲均衡器結(jié)

8、構(gòu)的選擇對盲解調(diào)器的解調(diào)性能影響相當(dāng)大。在頻率選擇性衰落信道模型下，本文提出了一種自適應(yīng)加權(quán)多模盲均衡算法，利用線性FIR結(jié)構(gòu)設(shè)計均衡器，改善高階QAM信號的均衡效果。性能仿真和分析表明，該方法比傳統(tǒng)隱含使用高階統(tǒng)計量的盲均衡方法更有效，能充分利用調(diào)制信號星座圖特征，在較高信噪比條件下，可以獲得較顯著的收斂性能改善。 在時變、深衰落多徑信道模型下，線性盲均衡方法基本失效，因此，基于線性FIR結(jié)構(gòu)的或者基于非線性DFE結(jié)構(gòu)的盲解調(diào)

9、器也無法獲得滿意的解調(diào)性能。本文引入了一種基于逐幸存路徑處理原理的盲最大似然序列估計方法(PSP-MLSE)，進行信道和數(shù)據(jù)聯(lián)合盲估計。基于該原理，本文提出了一種聯(lián)合盲解調(diào)的一般性框架結(jié)構(gòu)。理論上，該結(jié)構(gòu)可以將基于數(shù)據(jù)輔助的符號定時、載波頻偏與相位、信道參數(shù)和符號序列估計聯(lián)合進行，且能獲得漸進最優(yōu)的估計性能?？紤]結(jié)構(gòu)實現(xiàn)和控制復(fù)雜度等因素，本文給出了一種簡化實現(xiàn)形式。該形式采用基于PSP的載波頻偏與相位、信道參數(shù)和符號序列聯(lián)合盲估計的盲

10、解調(diào)結(jié)構(gòu)，同時，還融合了前端符號率估計、載波頻偏與定時聯(lián)合盲估計、盲信道估計、調(diào)制方式識別等其它模塊。仿真實驗和分析表明，這種聯(lián)合盲解調(diào)器能夠適應(yīng)時變、深衰落多徑信道環(huán)境，有效提高盲解調(diào)性能，具有較好的普適性和應(yīng)用前景。 為了有效控制基于PSP原理的聯(lián)合盲解調(diào)器計算復(fù)雜度，本文通過降低其核心算法PSP-MLSE網(wǎng)格圖狀態(tài)數(shù)及減少參數(shù)估計器數(shù)目來進一步降低聯(lián)合盲解調(diào)器計算復(fù)雜度。通過對MLSE減復(fù)雜度一般性方法的簡要分析和闡述，本