超外差式數(shù)字接收機(jī)的非線性消除與主動利用.pdf

1、針對寬帶超外差式數(shù)字接收機(jī)通常無法同時滿足高線性動態(tài)范圍、同時多信號接收的現(xiàn)狀,本文提出并設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一種基于非線性盲辨識技術(shù)的自適應(yīng)寬帶數(shù)字接收機(jī)。由于寬帶超外差式接收機(jī)輸入信號的時頻特征未知或時變,常規(guī)的基于線性系統(tǒng)框架的定頻窄帶單信號接收和信道化處理技術(shù)不再適用,本文在頻域?qū)拵?shù)字接收機(jī)輸出信號中的諧波與互調(diào)分量進(jìn)行識別和分選,并以其短時能量最小化作為其非線性行為模型參數(shù)的辨識準(zhǔn)則,利用最速下降法或遞歸最小二乘算法實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的自

2、適應(yīng)提取和更新,然后在線實(shí)時地對數(shù)字接收機(jī)輸出信號進(jìn)行非線性補(bǔ)償處理。接下來,本文主動利用通信系統(tǒng)傳輸鏈路的非線性失真特性,提出并試驗驗證了一種基于非線性調(diào)制解調(diào)的新型傳輸鏈路技術(shù)。該技術(shù)利用非線性失真在信息接收和判決環(huán)節(jié)制造障礙,使非授權(quán)用戶難以對通信系統(tǒng)實(shí)施有效的攻擊。本文的主要內(nèi)容及取得的成果包括以下幾個方面:
　　1、用理論分析和定量計算的方式描述了超外差式數(shù)字接收機(jī)各組成模塊以及整機(jī)的非線性失真機(jī)制,證明了在對超外差式數(shù)

3、字接收機(jī)進(jìn)行非線性補(bǔ)償時,非線性補(bǔ)償模型不需要含有線性項和二階項,并得出結(jié)論:對于包含射頻前端在內(nèi)的超外差式數(shù)字接收機(jī)整機(jī)來說,制約其無雜散失真動態(tài)范圍指標(biāo)的主要因素是低階非線性失真分量。針對超外差式數(shù)字接收機(jī)提出了構(gòu)造非線性補(bǔ)償模型的方法,提出了降低非線性補(bǔ)償模型的計算復(fù)雜度以及提高模型對非線性系統(tǒng)擬合精度的方法。用理論分析和仿真實(shí)驗的方式對比了幾種記憶非線性模型的計算復(fù)雜度與辨識精度。
　　2、提出了一種超外差式數(shù)字接收機(jī)非線

4、性失真盲辨識與補(bǔ)償方法。設(shè)計了一種基于“非線性失真分量總功率最小”的盲辨識準(zhǔn)則,說明了準(zhǔn)則對超外差式和直接采樣型這兩種不同結(jié)構(gòu)的接收機(jī)的適用性。分別用四種最優(yōu)化方法得到了用于非線性補(bǔ)償模型的Volterra模型核向量的自適應(yīng)迭代計算公式,分析了基于這四種最優(yōu)化算法的非線性盲辨識與補(bǔ)償方法的計算復(fù)雜度。用計算機(jī)仿真的方式驗證了非線性盲辨識與補(bǔ)償算法對超外差式數(shù)字接收機(jī)的無雜散失真動態(tài)范圍的預(yù)期改善量,得出結(jié)論:低階非線性失真分量將被抑制到

5、本底噪聲水平以下。對三款不同結(jié)構(gòu)的超外差式和直接采樣型數(shù)字接收機(jī)實(shí)際系統(tǒng),用不同類型的輸入信號對非線性盲辨識與補(bǔ)償算法的性能進(jìn)行了驗證,實(shí)測結(jié)果表明:本文所述的非線性失真盲辨識與補(bǔ)償方法是正確有效的,其收斂精度、收斂速度、穩(wěn)定性、對任意信號的適應(yīng)性都滿足實(shí)用化需求,并可以使超外差式數(shù)字接收機(jī)在同時多信號接收情況下的無雜散失真動態(tài)范圍指標(biāo)改善約15～20dB,非常有利于對微弱小信號的檢測與后續(xù)處理。
　　3、對超外差式數(shù)字接收機(jī)非線

6、性盲辨識與補(bǔ)償方法進(jìn)行了增強(qiáng)魯棒性的優(yōu)化設(shè)計。為了避免使用RLS算法進(jìn)行自適應(yīng)迭代計算容易出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定的現(xiàn)象,提出了改進(jìn)非線性補(bǔ)償模型核系數(shù)迭代過程的收斂速度和收斂精度的方法;針對寬帶超外差式數(shù)字接收機(jī)輸入信號可能出現(xiàn)過門限信號個數(shù)較多的情況,提出了優(yōu)化非線性盲辨識準(zhǔn)則的方法;為滿足數(shù)字接收機(jī)系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行的需求,對非線性盲辨識與補(bǔ)償算法的硬件實(shí)現(xiàn)構(gòu)架進(jìn)行了優(yōu)化,設(shè)計了流水線式的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)Volterra級數(shù)實(shí)時補(bǔ)償模塊,設(shè)計了準(zhǔn)流水線

7、式的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償模型核系數(shù)自適應(yīng)迭代模塊;針對定點(diǎn)化算法實(shí)現(xiàn)時可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)過沖現(xiàn)象,給出了檢測與避免的方案。
　　4、提出了一種基于非線性調(diào)制解調(diào)的新型傳輸鏈路技術(shù)。從原理上說明了主動非線性變換技術(shù)與傳統(tǒng)安全通信技術(shù)的區(qū)別,分析了非線性變換對的存在性問題;詳細(xì)描述了主動記憶非線性變換和非線性逆變換的步驟,針對可能出現(xiàn)的頻譜擴(kuò)展現(xiàn)象與非線性失真分量丟失現(xiàn)象提出了為合作式接收方設(shè)計的改進(jìn)的非線性盲辨識準(zhǔn)則;分析了合作式接收方在