[01810825]面向信道均衡的自适应仿射投影算法研究

①课题来源与背景; 自适应滤波技术在目标跟踪、终端控制、系统辨识、干扰消除、状态预测和信道均衡模型等方面得到了广泛应用。特别是对同一频率的干扰信号,即有用信号和干扰信号分布在同一频率时,如何消除干扰信号,去除干扰,是项目研究的主要目的之一。研究方案从自适应滤波器的迭代方向入手,消除同一频率的噪声信号。研究结果可应用在目标跟踪领域,以实现对变化频率系统的快速跟踪。 ②研究目的与意义; 自适应信道均衡技术已经成为通信领域中一个非常活跃的研究热点,特别是在无线数字通信系统中,它对抑制符号间的干扰,提高数据的高速、高效传输起着非常重要的作用。本研究的主要目的是提出并建立一套高效的具有强抗干扰能力的自适应滤波器,并具备在受限的环境如嵌入式系统中快速实现,由此建立新型网络控制器以满足工程应用的实际需要,具备替代国外先进产品、降低企业成本的同时提升企业经济效益。 ③主要论点与论据; 信道均衡技术是指为了提高衰落信道中通信系统的传输性能而采取的一种抗衰落措施。它主要是为了消除或者减弱宽带通信时的多径时延带来的码间串扰问题,其机理是对信道或整个传输系统特性进行补偿。针对信道恒参或变参特性以及数据速率大小不同,主要分为线性与非线性的信道均衡两类。其中带通信道的均衡较为困难,大多待接收端解调后在基带进行均衡。在实际中,一般是加入自适应滤波器来实现信道均衡。根据通信系统不同可分为频域均衡和时域均衡两种方式。频域均衡是利用可调滤波器的频率特性来弥补实际信道的幅频特性和群延时特性,使包括均衡器在内的整个系统的总频率特性满足无码间干扰传输条件。时域均衡是直接从时间响应角度考虑,使包括均衡器在内的整个传输系统的冲激响应满足无码间干扰的条件。频域均衡满足奈奎斯特整形定理的要求,仅在判决点满足无码间干扰,限制条件相对宽松一些。因此,在数字通信中一般采用时域的信道均衡,项目将基于时域研究分析信道均衡的技术。 ④创见与创新; （1）.基于几何理论建立的自适应仿射投影算法,相比基于自回归模型、滑动平均模型、自回归滑动平均模型,以及自适应滤波NLMS-OCF等算法具有更好的稳定性和收敛速度。 （2）.面向信道均衡,建立一种快速自适应滤波NLMS-OCF算法,极大地降低了算法的计算复杂度,收敛曲线与自适应滤波NLMS-OCF算法基本重合,且稳态误差也非常的接近。 （3）.在零均值且广义平稳信号的假定条件下,面向信道均衡模型,为使集平均代价函数最小,通过分析法的参数迭代步长,获得了对参数迭代步长的一个实时估计值,建立一种自适应滤波NLMS-OCF-AG算法,促进了滤波器的快速收敛,在算法处于稳定状态时,参数迭代步长变小,具有较小的稳定状态误差。 （4）.基于输入信号的方向向量与最近的输入向量相互正交,揭示了自适应仿射投影算法获得快速收敛速度的直接原因。通过给出五个假设条件,建立权值误差的随机统计模型,解决了迭代方向修正估计的权值时受到其它方向的干扰问题,促进了自适应滤波器的收敛。 （5）.在五个给定条件下,建立了基于回归估计误差的自适应仿射投影算法的均方误差随机统计模型,以及权值均方误差的回归迭代模型,给出了基于回归估计误差的自适应仿射投影算法收敛的充分条件,分析了算法的失调量。 （6）.通过分析自适应仿射投影算法迭代方向的误差,建立一种基于直接迭代误差的自适应仿射投影算法,在不考虑系统测量噪声的条件下,其迭代方向与引起迭代误差的方向完全相同,解决了传统自适应仿射投影算法两者方向不相同的问题,并获得更快的收敛速度。 （7）.建立权值均方误差的回归迭代方程,分析了算法稳定条件,给出了参数迭代步长的取值范围。在自适应滤波器迭代次数趋向无穷大时,给出了基于直接迭代误差的仿射投影算法的稳态误差,给出了参数优化迭代步长的迭代方程,研究结果表明,建立的理论随机统计模型与算法的仿真结果有较好的一致性。 ⑤社会经济效益 自2012年以来,研究成果分别在网络控制器、智能机器人系统以及煤炭能源等产业和科研中得到了广泛的实际应用。其中杭州戴盟信息技术有限公司合作研制的SCADA网络化液压控制系统累计销售560万元;浙江保融科技有限公司开发的网络同步控制器产品系列,为客户减少能源消耗500万元,减少污染物排放费1200万元,提质提升产值1000万元,为企业带来了显著的经济效益增长。