【摘要】：軟件無(wú)線電(Software Defined Radio,SDR)技術(shù)的出現(xiàn)滿足了復(fù)雜電磁環(huán)境下不斷增長(zhǎng)的無(wú)線通信需求。要想發(fā)揮SDR后端軟件靈活配置的技術(shù)優(yōu)勢(shì),接收前端必須是寬帶大動(dòng)態(tài)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全頻帶范圍內(nèi)信號(hào)的全概率接收。然而,寬帶接收前端的一些非線性器件(如放大器、濾波器、混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter,ADC)等)級(jí)聯(lián)產(chǎn)生的非線性失真分量嚴(yán)重制約了接收系統(tǒng)的無(wú)雜散失真動(dòng)態(tài)范圍(Spurs-Free-Dynamic-Range,SFDR),影響頻帶內(nèi)微弱信號(hào)的接收性能。因此,提高寬帶接收前端SFDR是發(fā)揮SDR技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)關(guān)鍵所在。目前,提高接收前端SFDR的主要手段是通過(guò)數(shù)字后補(bǔ)償方式減小或消除非線性器件產(chǎn)生的非線性失真。然而研究較為成熟的頻域盲辨識(shí)補(bǔ)償方法不僅只適用于窄帶接收前端,并且計(jì)算復(fù)雜度高,不能在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償。因此,本文提出了兩種時(shí)域數(shù)字后補(bǔ)償算法用于寬帶接收前端線性度的改善,并提出了單通道辨識(shí)-多通道同步補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ糜谔嵘嗤ǖ狸嚵薪邮涨岸说木�性度。另外,提出并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于主動(dòng)非線性變換的新型信道加密技術(shù)。該物理層信道加密技術(shù)利用主動(dòng)加入的非線性失真對(duì)非合作方的信息接收、判決環(huán)節(jié)制造障礙,增強(qiáng)加密信號(hào)的抗截獲能力。本論文的主要貢獻(xiàn)可歸納為以下四個(gè)方面:1、在對(duì)單通道寬帶射頻接收前端的非線性失真機(jī)制進(jìn)行定性、定量分析的基礎(chǔ)上,提出了一種旨在消除其非線性失真的基于參數(shù)化模型的非線性盲辨識(shí)補(bǔ)償算法。該算法首先采用基于減譜法原理的減譜-時(shí)頻變換(Spectrum Reduction Algorithm based on Time-Frequency Conversion,SRA-TFC)方法分別在時(shí)域提取接收前端輸出信號(hào)的大信號(hào)成分(大功率基波信號(hào))和小信號(hào)成分(主要包含非線性失真信號(hào));然后以大信號(hào)的非線性逆模型(補(bǔ)償模型)與小信號(hào)的殘差平方和最小作為系統(tǒng)逆模型參數(shù)的辨識(shí)準(zhǔn)則,并利用改進(jìn)的加權(quán)迭代改善算法實(shí)現(xiàn)逆模型參數(shù)的自適應(yīng)提取和更新;最后在線實(shí)時(shí)地對(duì)接收機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行非線性失真補(bǔ)償處理。最后,仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,該時(shí)域非線性盲辨識(shí)補(bǔ)償算法能消除絕大部分的非線性失真分量,能使寬帶射頻接收前端的SFDR提高15-20 dB,增強(qiáng)了在強(qiáng)干擾存在時(shí)對(duì)微弱信號(hào)接收與檢測(cè)的能力。2、本文通過(guò)數(shù)字后補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)消除陣列接收前端輸出信號(hào)的非線性失真分量,提高了被非線性失真分量所掩蓋的微弱目標(biāo)信號(hào)的信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR),相當(dāng)于從根本上減少導(dǎo)致陣列信號(hào)參數(shù)估計(jì)精度過(guò)低和不穩(wěn)定的重要因素。針對(duì)多通道陣列接收前端非線性失真的補(bǔ)償,提出了單通道辨識(shí)—多通道同步補(bǔ)償?shù)拿け孀R(shí)補(bǔ)償方法,并對(duì)該方法的可行性進(jìn)行詳細(xì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)采均勻圓陣(Uniform Circular Array,UCA)天線陣列信號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果表明:該算法可以使寬帶陣列接收前端的各通道SFDR在全頻帶內(nèi)均增加5-15 dB,并且提高了微弱目標(biāo)信號(hào)的二維波達(dá)方向(Two-Dimensional Direction Of Arrival,2-D DOA)估計(jì)精度。3、提出了一種基于最小二乘支持向量機(jī)(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)的寬帶數(shù)字射頻前端非線性補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)利用LS-SVM超強(qiáng)的擬合能力對(duì)非線性逆系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)與建模,以使整個(gè)射頻接收前端的輸入輸出趨于線性映射,從而提升其動(dòng)態(tài)范圍。該技術(shù)首先要構(gòu)建合適的訓(xùn)練樣本集,然后通過(guò)LS-SVM回歸算法進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí),得到射頻接收前端的LS-SVM逆模型,接著對(duì)逆模型的超參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并求解逆模型的最優(yōu)參數(shù)。最后以射頻接收前端的輸出信號(hào)為測(cè)試樣本進(jìn)行數(shù)字域后補(bǔ)償處理。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,該技術(shù)可使接收前端的SFDR提高20 dB左右,增強(qiáng)了在強(qiáng)干擾存在時(shí)接收前端對(duì)微弱信號(hào)接收與檢測(cè)的能力。4、提出了一種基于主動(dòng)記憶非線性變換的物理層信道加密技術(shù)。區(qū)別于信源加密等傳統(tǒng)安全通信技術(shù),該技術(shù)在加密信息發(fā)送前通過(guò)非線性模型而主動(dòng)加入強(qiáng)非線性失真分量,使得非合作方難以截獲、恢復(fù)、破譯原始信息。而合作接收方則根據(jù)已知的非線性模型進(jìn)行逆變換,從而消除主動(dòng)加入的非線性失真分量,并恢復(fù)出加密信息,最后利用解密密鑰破譯出原始信息。首先詳細(xì)描述了該信道加密技術(shù)的原理與步驟。然后設(shè)計(jì)了三種非線性模型,并詳細(xì)地理論推導(dǎo)出它們?cè)趶?qiáng)非線性的情況下是可逆的。并基于這三種非線性模型的循環(huán)變換,設(shè)計(jì)了一種增強(qiáng)該信道保密技術(shù)抗截獲能力的優(yōu)化機(jī)制。最后仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該保密技術(shù)的有效性和安全性。
【圖文】：

圖 1-1 前饋技術(shù)原理框圖預(yù)失真技術(shù)是過(guò)去 20 年來(lái)一個(gè)富有研究成果的技術(shù)，成為商用無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的線性化技術(shù)[26-29]。如圖 1-2 所示，預(yù)失真技術(shù)預(yù)先對(duì)系統(tǒng)的輸入信號(hào)進(jìn)行非線性變換，如果主動(dòng)附加的非線性失真分量恰好與射頻電路的非線性失真分量

化技術(shù)[26-29]。如圖 1-2 所示，，預(yù)失真技術(shù)預(yù)先對(duì)果主動(dòng)附加的非線性失真分量恰好與射頻電路消除功率放大器輸出信號(hào)中的非線性失真分量。預(yù)失真技術(shù)更多的應(yīng)用于提升功率放大器的
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2709982