【摘要】：隨著無線通信的迅速發(fā)展,移動(dòng)通信終端數(shù)量龐大、無線頻譜資源越來越擁擠、通信調(diào)制方式復(fù)雜多樣,這些因素對(duì)無線通信的服務(wù)質(zhì)量構(gòu)成威脅。為了降低不利因素對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量的影響,目前亟需解決的重要問題就是如何在復(fù)雜干擾環(huán)境中對(duì)有用信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),恢復(fù)出有用的原始信號(hào),提高通信的服務(wù)質(zhì)量。針對(duì)無線通信中對(duì)淹沒在噪聲中信號(hào)檢測(cè)的需求,隨機(jī)共振引起了眾多學(xué)者的關(guān)注,隨機(jī)共振屬于非線性學(xué)科中的一種非線性共振現(xiàn)象,主要描述微弱信號(hào)和噪聲在非線性系統(tǒng)作用下,三者達(dá)到一種協(xié)同共振的現(xiàn)象,即,在非線性系統(tǒng)的作用下,噪聲能量向信號(hào)能量轉(zhuǎn)移,使非線性系統(tǒng)的輸出信號(hào)能量得到增強(qiáng)。由于隨機(jī)共振具備上述特性,本文將非線性隨機(jī)共振理論應(yīng)用于對(duì)微弱通信信號(hào)的檢測(cè)方面展開研究。本文主要在復(fù)雜干擾環(huán)境下,圍繞著陣列隨機(jī)共振理論、參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振理論和基于粒子群算法和遺傳算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振理論,對(duì)二進(jìn)制脈沖幅值調(diào)制信號(hào)的波形檢測(cè)方法進(jìn)行研究,從輸出信噪比、信噪比增益以及誤比特率等方面對(duì)檢測(cè)性能進(jìn)行理論分析,全文的研究?jī)?nèi)容和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)概括如下:1、在高斯和非高斯噪聲條件下,把陣列隨機(jī)共振理論和多天線接收分集的合并算法相結(jié)合,提出了基于陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)各支路輸出的合并算法。主要研究了基于最大比合并、等增益合并和選擇式合并等三種算法的陣列隨機(jī)共振輸出信噪比增益,并提出把陣列隨機(jī)共振作為無線通信系統(tǒng)的接收機(jī),對(duì)比分析基于三種合并算法的通信系統(tǒng)輸出誤比特率,探索陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)最優(yōu)的合并算法。采用理論和數(shù)值仿真結(jié)合的方式對(duì)陣列隨機(jī)共振輸出信噪比增益和誤比特率進(jìn)行分析,得出結(jié)論:陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)的性能與單支路隨機(jī)共振系統(tǒng)相比較,具有較好的性能。相同支路數(shù)目條件下,最大比合并算法的性能較好,等增益合并算法的性能次之,選擇式合并算法最差。在非高斯條件下陣列隨機(jī)共振性能比在高斯噪聲條件下,對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)性能有較大改善。這些研究結(jié)論對(duì)陣列隨機(jī)共振各支路輸出合并算法的選擇提供了理論依據(jù)。2、將參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振理論和并行陣列思想相結(jié)合,提出了參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)。參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振是通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)a、b的方式,使噪聲、信號(hào)和非線性隨機(jī)共振系統(tǒng)產(chǎn)生共振現(xiàn)象,利用并行陣列的思想進(jìn)一步提高參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)性能,主要方式是將參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振系統(tǒng)各支路的輸出相加求平均,通過把單支路輸出信號(hào)的概率密度分布近似為高斯分布模型,推導(dǎo)出參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)的信噪比增益和誤比特率表達(dá)式,并仿真分析參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振的支路數(shù)目與信噪比增益和誤比特率的關(guān)系。得出結(jié)論:針對(duì)微弱二進(jìn)制脈沖幅值調(diào)制信號(hào)的檢測(cè),參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振系統(tǒng)相比單個(gè)參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振系統(tǒng)的具有良好的性能,并隨著支路數(shù)目的增加,參數(shù)可調(diào)陣列隨機(jī)共振的輸出信噪比增益得到顯著提高,誤比特率明顯降低,使參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振系統(tǒng)在信號(hào)檢測(cè)方面的研究得到有效的推進(jìn)。3、提出了基于粒子群算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振微弱信號(hào)檢測(cè)方法,以系統(tǒng)輸出的信噪比和把雙穩(wěn)態(tài)隨機(jī)共振系統(tǒng)作為無線通信接收機(jī)時(shí)輸出誤比特率作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù),利用粒子群算法循環(huán)迭代搜索最優(yōu)解的原理,解決非線性隨機(jī)共振系統(tǒng)參數(shù)a、b和龍格庫塔法的計(jì)算步長(zhǎng)h的自適應(yīng)選取的難題,將自適應(yīng)隨機(jī)共振問題轉(zhuǎn)化為多參數(shù)全局尋優(yōu)問題,獲取自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的最佳參數(shù),保證系統(tǒng)產(chǎn)生更佳的共振特性,從而能夠最優(yōu)地檢測(cè)出噪聲背景下的微弱信號(hào)。得出結(jié)論:針對(duì)微弱二進(jìn)制脈沖幅值調(diào)制信號(hào)的檢測(cè),基于粒子群算法的隨機(jī)共振系統(tǒng)相比參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振系統(tǒng)和恒參隨機(jī)共振系統(tǒng)的具有良好的性能,基于粒子群算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的輸出信噪比增益得到顯著提高,誤比特率明顯降低。4、提出了基于遺傳算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振微弱信號(hào)檢測(cè)方法,利用遺傳算法的選擇、交叉、變異算子,實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)共振系統(tǒng)的參數(shù)a、b和龍格庫塔法的計(jì)算步長(zhǎng)h的自適應(yīng)同步優(yōu)化,將自適應(yīng)隨機(jī)共振問題轉(zhuǎn)化為多參數(shù)全局尋優(yōu)問題,獲取自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的最佳參數(shù),使自適應(yīng)隨機(jī)共振更好地檢測(cè)出微弱信號(hào)。針對(duì)微弱二進(jìn)制脈沖幅值調(diào)制信號(hào)的檢測(cè),對(duì)比參數(shù)可調(diào)隨機(jī)共振系統(tǒng)和恒參隨機(jī)共振系統(tǒng),從輸出信噪比和誤比特率等兩方面分析基于遺傳算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)。得到結(jié)論:基于遺傳算法的變步長(zhǎng)自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)使隨機(jī)共振系統(tǒng)一直處于最佳共振狀態(tài),使系統(tǒng)輸出信噪比最大化、誤比特率降低到最小。并通過粒子群算法和遺傳算法的輸出誤碼率對(duì)比分析,驗(yàn)證了基于優(yōu)化算法的自適應(yīng)隨機(jī)共振已達(dá)到微弱信號(hào)的最優(yōu)檢測(cè)性能。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN911.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2797967