非線性濾波及其在通信中的應(yīng)用研究.pdf

1、存通信系統(tǒng)中，信號譜重疊導(dǎo)致干擾抑制問題；信道的非線性失真使系統(tǒng)的性能嚴(yán)重惡化，而這些常常需要非線性濾波器來處理。針對通信信號的非線性濾波問題，在前人研究和現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，擬建立基于最低誤碼率(Minimum Bit Error Rate，MBER)準(zhǔn)則的非線性時(shí)域?yàn)V波理論，據(jù)此構(gòu)筑濾波器的實(shí)現(xiàn)形式，并用于高效調(diào)制通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。主要工作包括以下幾個方面： 1)針對非線性濾波器濾除信號的帶內(nèi)非高斯噪聲問題，研究了量子隨機(jī)濾波器

2、的原理和性能。 2)針對通信中頻譜混疊信號的分離，提出了一種幾何特征濾波算法，并利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了一個幾何特征濾波器。 3)考慮到本文研究的主要應(yīng)用背景是通信，而數(shù)字通信系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)誤碼率指標(biāo)，因此研究了基于最低誤碼率準(zhǔn)則的非線性濾波器，并推導(dǎo)了最低誤碼率準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)。 4)對于MBER非線性濾波器，其參數(shù)常采用隨機(jī)梯度算法進(jìn)行訓(xùn)練，但收斂速度較慢且存在局部收斂問題。為改進(jìn)隨機(jī)梯度算法，提出了幾種新的學(xué)

3、習(xí)算法，即遺傳隨機(jī)梯度算法、滑窗隨機(jī)梯度算法以及重置的擬牛頓算法。并針對非凸優(yōu)化問題，在理論上證明了重置的擬牛頓算法的收斂性。 5)Volterra序列可用來實(shí)現(xiàn)非線性濾波器，但Volterra濾波器的計(jì)算復(fù)雜度隨著輸入數(shù)據(jù)維數(shù)及Volterra階數(shù)的增加呈指數(shù)增長。同樣，對于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算復(fù)雜度也隨基函數(shù)的數(shù)量增多而快速增長。為減少計(jì)算復(fù)雜度，提出了一種最低誤碼率準(zhǔn)則的多級軟判決濾波器。 6)除將MBER非線

4、性濾波器用于高效調(diào)制通信系統(tǒng)中擴(kuò)展的二元相移鍵控調(diào)制信號的干擾抑制外，還拓展用于直接序列擴(kuò)譜通信系統(tǒng)的干擾抑制、非線性信道均衡及多元調(diào)制信號的均衡等。 本文的大量仿真表明：量子隨機(jī)濾波器可有效濾除非高斯噪聲；幾何特征濾波器可有效濾除譜混疊干擾；在干擾抑制、非線性信道均衡等場合，非線性濾波器基于最低誤碼率準(zhǔn)則優(yōu)于基于最小均方誤差準(zhǔn)則；遺傳隨機(jī)梯度算法可避免MBER非線性濾波器的參數(shù)陷入局部極小點(diǎn)；相對于隨機(jī)梯度算法，重置的擬牛頓算