自适应滤波算法的改进及其在短波信号处理中的应用

摘要

自适应滤波算法的研究是当今自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一。近年来，无线通信技术在全球范围内表现出旺盛的生命力和巨大的市场潜力。在无线通信技术飞速发展的过程中，通信速率不断的提高。但是，在无线信道上进行高速率通信时，信号在传输过程中由于多径效应、信道带宽的有限性以及信道特性的不完善性不可避免地会导致码间干扰，这将使通信的质量严重受到影响。
　　 为了克服码间干扰所带来的信号畸变，通常在通信系统的接收端采用均衡滤波技术来抵消。在新一代无线通信系统中，如短波通信中，数据传输的高速性和实际信道的快速时变性要求均衡滤波器必须能够自适应地跟踪信道参数的变化而不断地修正权系数，以达到消除码间干扰的目的，这就使得寻找收敛速度快、计算复杂度低、数值稳定性好的自适应均衡滤波算法具有非常重要的意义。
　　 本文首先概述了课题的背景及研究意义，介绍了自适应滤波技术的国内外现状和自适应滤波器的基本原理。接着分析了自适应滤波器的各种算法及算法比较和自适应滤波器的应用。然后基于已有算法的基础上，提出了一种新的变步长自适应滤波算法和这种算法在某些功能上的改进，并对自适应均衡滤波中的经典算法和新算法通过MATLAB进行了性能仿真和比较。仿真结果表明，改进的算法比原算法收敛速度更快，稳定性更好。
　　 最后，将本文提出的改进算法应用在了短波通信信号处理系统中，在计算机仿真中，选用伪随机二进制序列作为参考信号和经典的Watterson信道作为短波信道模型，在短波通信系统环境下对新算法和经典算法进行仿真，仿真主要基于Matlab的Simulink组件，同时也有部分仿真直接使用Matlab的m代码完成，仿真过程也利用了Matlab强大的绘图功能直观的说明结果。通过经典算法和新算法在通信系统中的仿真结果表明，改进的算法收敛速度快而且收敛后更趋于稳定，使用改进后的算法与单独使用LMS算法的效果证实了改进的新算法的有效性，使用新算法可以从很大程度上减少和消除多径产生的影响，大大地提高系统的均衡性能。

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摘要

第一章 绪论

1．1．论文的研究背景

1．2． 自适应滤波技术的国内外现状

1．3． 本文的主要工作

第二章 自适应滤波器的相关算法

2．1 自适应滤波器的基本原理

2．2 自适应滤波算法的种类

2．2．1 LMS自适应滤波算法

2．2．2 RLS自适应滤波算法

2．2．3 变换域自适应滤波算法

2．2．4 仿射投影算法

2．2．5 共轭梯度算法

2．2．6 基于子带分解的自适应滤波算法

2．2．7 基于QR分解的自适应滤波算法

2．3 经典算法的比较

2．4 自适应滤波器的应用

2．4．1 信号增强器

2．4．2 自适应回波抵消

2．4．3 自适应均衡

2．5 本章小结

第三章 改进的自适应滤波算法

3．1 一种新的变步长LMS自适应滤波算法的导出

3．2 计算机仿真与性能分析

3．3 基于新算法的进一步改进

3．4 仿真与分析

3．5 本章小结

第四章 短波信道和信号模型

4．1 短波的特点与短波通信概况

4．1．1 短波通信的特点

4．1．2 短波通信的发展

4．2 短波信道的特性

4．2．1 多径与多普勒对信号的影响

4．2．2 信道群时延对信号的影响

4．2．3 衰落现象和噪声干扰对信号的影响

4．3 短波信道模型建模

4．4 信号模型

4．4．1 高斯白噪声信号

4．4．2 伪随机二进制序列

4．4．3 正弦信号

4．5 信号通过短波信道的仿真图

4．6 本章小结

第五章 自适应滤波器在短波信号处理中的应用

5．1 短波通信系统逻辑框图

5．2 均衡滤波器的原理与作用

5．3 均衡滤波器的位置放置问题对于滤波算法的研究

5．4 算法的比较与仿真

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

附录

作者在研究生期间发表论文情况

致谢