廣義正態(tài)信號(hào)處理理論及在通信中應(yīng)用的研究.pdf

1、在工程上和自然界中常常遇到一些偏離高斯分布的信號(hào)和噪聲，這些信號(hào)和噪聲常常伴有顯著的脈沖性。如果對(duì)這些信號(hào)和噪聲仍然采用高斯分布來(lái)模擬，則信號(hào)處理算法性能的退化是不可避免的。為了從理論上解決這一問題，自從20世紀(jì)90年代以來(lái)，Alpha穩(wěn)定分布以其優(yōu)良的性能被引入作為這些脈沖性信號(hào)和噪聲的分布模型，并在此基礎(chǔ)上逐步形成廣義正態(tài)信號(hào)處理的理論框架。 鑒于各種通信系統(tǒng)中通信信道噪聲表現(xiàn)出顯著的脈沖性特征，比如：無(wú)線信道、淺海水聲信道

2、等等。在研究通信信道噪聲的廣義正態(tài)分布特性后，從恒模波束形成、恒模信道均衡、恒模信號(hào)恢復(fù)、子空間跟蹤、自適應(yīng)陣列和時(shí)間延遲估計(jì)等方面研究改善通信系統(tǒng)在脈沖性噪聲環(huán)境中的性能。本文主要包括以下幾個(gè)方面的工作： (1)提出了廣義恒模算法和廣義恒模陣列。無(wú)線信道和淺海水聲信道的噪聲都表現(xiàn)出較強(qiáng)的脈沖性，常規(guī)的恒模算法和恒模陣列性能出現(xiàn)退化，甚至不能正常工作。在廣義正態(tài)信號(hào)處理理論框架內(nèi)提出了廣義恒模算法，算法韌性得到增強(qiáng)，并且常規(guī)恒模

3、算法還是廣義恒模算法的一個(gè)特例。以兩個(gè)正弦信號(hào)組成的模型分析了廣義恒模算法的增益過(guò)程，得到結(jié)論：在Alpha穩(wěn)定分布噪聲環(huán)境中，廣義恒模算法捕獲信號(hào)的性能由初始權(quán)向量和陣列輸入信號(hào)的相對(duì)功率唯一確定。一般地，廣義恒模算法將在輸出端鎖定具有較大功率的信源，并抑制掉其它信源。研究了淺海水聲信道噪聲的廣義正態(tài)特性，并把廣義恒模算法應(yīng)用到水聲信道均衡中取得了較好結(jié)果。以廣義恒模算法和信號(hào)對(duì)消器組建了廣義恒模陣列，分析并求解了廣義恒模陣列的穩(wěn)定點(diǎn)

4、。研究了級(jí)聯(lián)廣義恒模陣列的多信號(hào)恢復(fù)能力，以及信號(hào)和Alpha穩(wěn)定分布噪聲在級(jí)聯(lián)陣列間的傳遞行為。該項(xiàng)研究在以同信道干擾為主要危害的蜂窩通信系統(tǒng)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 (2)提出了兩種韌性子空間跟蹤算法，以及提出了基于子空間的韌性自適應(yīng)陣列對(duì)用戶信號(hào)的跟蹤算法。①對(duì)最小特征值和相應(yīng)特征向量的跟蹤。把最小特征向量和最小特征值與一個(gè)二次型函數(shù)的最小點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)最小特征向量的韌性跟蹤。②對(duì)信號(hào)子空間的跟蹤。把信號(hào)子空間的求解過(guò)程

5、看作一個(gè)無(wú)約束的優(yōu)化問題，在廣義正態(tài)信號(hào)處理的框架下提出了新型代價(jià)函數(shù)，得到了韌性的信號(hào)子空間跟蹤FLOS-ST算法，并采用M估計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步簡(jiǎn)化，得到了M-ST算法。把子空間跟蹤應(yīng)用在波達(dá)方向估計(jì)上，展現(xiàn)出這些算法的韌性。其中以M-ST算法的性能最好，韌性最強(qiáng)。以子空間的研究為基礎(chǔ)，研究了IS-54/136系統(tǒng)中韌性自適應(yīng)陣列對(duì)用戶信號(hào)的跟蹤。從子空間的角度利用整個(gè)TDMA時(shí)隙內(nèi)的字符估計(jì)期望信號(hào)的傳輸向量，進(jìn)而在陣列輸出端重構(gòu)期望用