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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接入的需求，已經(jīng)在單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信、無(wú)線電資源管理與監(jiān)控、通信系統(tǒng)故障檢測(cè)、通信偵察與對(duì)抗等民用和軍事領(lǐng)域內(nèi)不斷增加。這種無(wú)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(duì)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(duì)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(duì)低信噪比、時(shí)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(jìn)行信號(hào)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(hào)參數(shù)盲估計(jì)和符號(hào)序列盲估計(jì)理論與算法研究，包括符號(hào)率估計(jì)、載波頻偏估計(jì)與定時(shí)恢復(fù)、調(diào)制方式識(shí)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(jiǎn)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(hào)處理技術(shù)。利用盲信號(hào)處理相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)盲解調(diào)所需的信號(hào)參數(shù)估計(jì)和信道補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，是進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠、高效解調(diào)的基本手段。在簡(jiǎn)要回顧盲解調(diào)器整體實(shí)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(hào)率估計(jì)、載波頻偏估計(jì)與定時(shí)恢復(fù)、調(diào)制方式識(shí)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(gè)主要方面進(jìn)行較為詳細(xì)的討論和深入研究。 接收信號(hào)調(diào)制參數(shù)對(duì)盲解調(diào)的順利實(shí)施至關(guān)重要，是盲解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。為了正確獲得符號(hào)

4、率信息，文章中采用了基于小波變換的方法從接收信號(hào)波形中提取符號(hào)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(shí)際復(fù)雜通信環(huán)境不符的缺點(diǎn)，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(jìn)行小波基函數(shù)選擇的基本原則；同時(shí)，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(shí)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(wèn)題。理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)表明，這種基于最優(yōu)尺度小波變換符號(hào)率估計(jì)方法具有較之經(jīng)典Haar小波方

5、法更低的信噪比估計(jì)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(jì)性能。 調(diào)制方式是接收信號(hào)的另一項(xiàng)重要的技術(shù)參數(shù)，也是順利進(jìn)行盲解調(diào)的必要前提。調(diào)制方式識(shí)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(shí)別。事實(shí)上，研究在多徑信道模型下的調(diào)制方式識(shí)別方法，有利于接收機(jī)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(jì)量匹配思想，先估計(jì)信道參數(shù)，然后設(shè)計(jì)信道參數(shù)影響因子，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)矩特征完成基于PSK/QAM類調(diào)制集合的調(diào)制類型盲識(shí)別。仿真實(shí)驗(yàn)和分析表明，這種方法具有受信道模型約束較小的優(yōu)勢(shì)，能夠在較復(fù)雜信道環(huán)境中有效完成調(diào)制方式識(shí)別，為盲解調(diào)器提供準(zhǔn)確的調(diào)制類型。 定時(shí)同步與載波同步是相干接收機(jī)的基本要求。在盲解調(diào)框架下，定時(shí)同步和載波同步技術(shù)多采用開環(huán)實(shí)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(shí)恢復(fù)方

7、法進(jìn)行定時(shí)相位估計(jì)，并結(jié)合基于共軛相關(guān)的載波頻偏盲估計(jì)算法，彌補(bǔ)定時(shí)算法在接收信號(hào)存在殘留載波頻偏時(shí)的性能缺陷。性能分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，這種載波頻偏與定時(shí)聯(lián)合盲估計(jì)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(shí)相位估計(jì)的收斂速度，同時(shí)還可以提供較準(zhǔn)確的頻偏估計(jì)值，有利于盲解調(diào)器后端采用鎖相環(huán)路進(jìn)行更精細(xì)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(duì)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(jì)均衡器，改善高階QAM信號(hào)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(jì)量的盲均衡方法更有效，能充分利用調(diào)制信號(hào)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(shí)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(wú)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(jì)方法(PSP-MLSE)，進(jìn)行信道和數(shù)據(jù)聯(lián)合盲估計(jì)。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(hào)定時(shí)、載波頻偏與相位、信道參數(shù)和符號(hào)序列估計(jì)聯(lián)合進(jìn)行，且能獲得漸進(jìn)最優(yōu)的估計(jì)性能?？紤]結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和控制復(fù)雜度等因素，本文給出了一種簡(jiǎn)化實(shí)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(hào)序列聯(lián)合盲估計(jì)的盲

10、解調(diào)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，還融合了前端符號(hào)率估計(jì)、載波頻偏與定時(shí)聯(lián)合盲估計(jì)、盲信道估計(jì)、調(diào)制方式識(shí)別等其它模塊。仿真實(shí)驗(yàn)和分析表明，這種聯(lián)合盲解調(diào)器能夠適應(yīng)時(shí)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(jì)算復(fù)雜度，本文通過(guò)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(jì)器數(shù)目來(lái)進(jìn)一步降低聯(lián)合盲解調(diào)器計(jì)算復(fù)雜度。通過(guò)對(duì)MLSE減復(fù)雜度一般性方法的簡(jiǎn)要分析和闡述，本