盲源分離及其在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái),隨著無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,無(wú)線(xiàn)電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜,基于精確信道先驗(yàn)信息的傳統(tǒng)信號(hào)處理方法將面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。盲源分離可以在沒(méi)有或很少關(guān)于源信號(hào)和混合先驗(yàn)知識(shí)的前提下,從一組觀測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出原始信號(hào),目前已成為信號(hào)處理領(lǐng)域一個(gè)新的研究方向,同時(shí)也是一個(gè)引人關(guān)注的應(yīng)用熱點(diǎn)。結(jié)合無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展需求,本文工作包括通信信號(hào)盲源分離算法研究和盲源分離在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究?jī)纱箢?lèi),具體內(nèi)容如下:
　　 1.FastICA算法

2、因其較快的收斂速度和穩(wěn)定的收斂性能,是盲源分離技術(shù)應(yīng)用最廣泛的算法之一。為了確保每次分離出不同的源信號(hào),算法采用的正交映射過(guò)程會(huì)一定程度上影響系統(tǒng)性能。針對(duì)該問(wèn)題,提出一種多級(jí)快速獨(dú)立分量分析(MSFICA)算法。算法的第一級(jí)用來(lái)獲得一組分離向量的初始值,第二級(jí)利用該初始值和原始觀測(cè)信號(hào),可以無(wú)需正交映射而分離出不同源信號(hào)。同時(shí),為了降低MSFICA的計(jì)算復(fù)雜度,提出一種維度不斷降低(Dimension Decrease)的DD-Fas

3、tICA算法作為第一級(jí)。理論和仿真分析表明所提MSFICA算法在增加少量計(jì)算復(fù)雜度的情況下,成功消除了串行FastICA算法的誤差累積,并且比已有的消除誤差累積的并行算法有更好的SINR性能和BER性能。
　　 2.在移動(dòng)通信中,常采用分集接收、合并處理來(lái)獲得分集增益。借鑒于這一思想,在觀測(cè)信號(hào)個(gè)數(shù)大于獨(dú)立源個(gè)數(shù)的超定混合情況下,提出基于最大比合并(Maximum Ratio Combining)的超定盲源分離算法MRC-Fas

4、tICA。該算法首先利用多組FastICA算法來(lái)獲得同一信號(hào)的多個(gè)估計(jì),然后利用MRC對(duì)這些估計(jì)進(jìn)行合并以獲得最終的估計(jì)信號(hào)。在信道參數(shù)未知的情況下,通過(guò)分析廣義Rayleigh商問(wèn)題最優(yōu)解和基于四階累積量代價(jià)函數(shù)收斂解之間的關(guān)系,提出一種盲MRC算法來(lái)進(jìn)行最大比合并。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MRC-FastICA比已有算法有更好的SINR性能。
　　 3.在盲源分離技術(shù)中,固定點(diǎn)迭代是一種重要的優(yōu)化算法。然而,在復(fù)信號(hào)模型下,現(xiàn)

5、有基于固定點(diǎn)迭代的算法大都受限于循環(huán)源假設(shè),并且分離信號(hào)存在相位模糊性。為了解決這個(gè)問(wèn)題,提出一個(gè)兩級(jí)結(jié)構(gòu)的固定點(diǎn)ICA算法(TS—FPICA)。算法的基本思想是利用包含在觀測(cè)信號(hào)協(xié)方差矩陣中的循環(huán)系數(shù)信息,將復(fù)值信號(hào)模型轉(zhuǎn)化為實(shí)信號(hào)模型,通過(guò)在新的信號(hào)模型下進(jìn)行處理,避免了循環(huán)源假設(shè)和復(fù)信號(hào)固有的相位模糊問(wèn)題。最后,將新信號(hào)模型下的ICA問(wèn)題刻畫(huà)為一個(gè)約束最優(yōu)化問(wèn)題,并利用固定點(diǎn)算法進(jìn)行求解來(lái)恢復(fù)出原始復(fù)信號(hào)。仿真實(shí)驗(yàn)表明,所提算法能

6、夠適用于所有復(fù)信號(hào),并且在不增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下,消除了分離信號(hào)的任意相位模糊。
　　 4.NDMA協(xié)議綜合考慮網(wǎng)絡(luò)層傳輸和物理層信號(hào)處理技術(shù)來(lái)解決沖突分解問(wèn)題,取得了非常不錯(cuò)的效果。基于ICA的盲沖突分解協(xié)議ICA—NDMA克服了傳統(tǒng)NDMA存在的一些缺點(diǎn),但仍存在慢衰落信道下性能惡化、高業(yè)務(wù)負(fù)載時(shí)能量效率不高的問(wèn)題。本文通過(guò)在ICA-NDMA中引入?yún)f(xié)同傳輸,提出一種新的盲沖突分解協(xié)議ICA-CoopNDMA。當(dāng)沖突發(fā)生時(shí),

7、該協(xié)議在每個(gè)重傳時(shí)隙用單個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)碰撞分組來(lái)代替所有沖突節(jié)點(diǎn)重傳源分組,減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗；通過(guò)在不同重傳時(shí)隙使用不同的中繼節(jié)點(diǎn),可以獲得空間分集增益,從而抵抗信道慢衰落對(duì)協(xié)議性能的影響。為了探測(cè)沖突節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)而確定沖突分解周期,提出基于最小描述長(zhǎng)度(MDL)的協(xié)同盲探測(cè)算法,可以在不影響探測(cè)精度的前提下節(jié)省一個(gè)探測(cè)時(shí)隙。理論分析和仿真結(jié)果表明,與ICA-NDMA協(xié)議相比,ICA-CoopNDMA在慢衰落信道下仍然有效,平均分組

8、時(shí)延性能和高業(yè)務(wù)負(fù)載時(shí)的能量效率更優(yōu)。
　　 5.在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中,通?？梢詫?duì)分配的頻譜資源進(jìn)行有效復(fù)用來(lái)提高系統(tǒng)容量,但頻譜復(fù)用會(huì)增加系統(tǒng)的共道干擾,因此容量就取決于系統(tǒng)的干擾抑制能力。本文考慮采用空間復(fù)用和盲源分離技術(shù)來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的共道干擾抑制(CCIS)。針對(duì)ICA的順序模糊性帶來(lái)期望信號(hào)無(wú)法識(shí)別的問(wèn)題,提出兩種解決方法:一是基于相位預(yù)編碼(PP)的PP-ICA-CCIS算法,該算法在發(fā)射端對(duì)期望信號(hào)相位進(jìn)行預(yù)編碼,