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《天津大学》 2009年
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通信信道建模的神经网络优化技术研究

马永涛  
【摘要】: 通信技术与控制理论的融合已经成为一个重要的科学研究方向,论文将智能控制理论中的人工神经网络技术应用在通信信道建模中。在仿真得到表征信道特征数据的基础上,研究了典型通信系统信道建模的人工神经网络优化方法。 信道是通信系统的传输媒介,为了在有限的频谱资源上高质量、大容量地传输信息,就必须掌握电波在信道中的传播特性及变化规律,建立信道模型。人工神经网络是具有并行信息处理能力、自适应处理能力及优异的学习和模仿能力的非线性动力学系统。其特点包括良好的自组织、自学习能力;善于在复杂环境下充分逼近任意非线性系统,快速获得满足多种约束条件的最优化答案;具有高度的鲁棒性和容错能力等。相比传统信道建模方法—理论计算方法和实际测量方法,人工神经网络技术既能减少繁杂的数值计算,又具有灵活性和精度高的优点。 首先,论文作者研究了人工神经网络的基础理论和模型开发的若干基本问题,分析了神经网络信道建模的方法步骤,比较了已有神经网络建模的训练算法、结构和不足。另外,针对信道建模数据量获取难度问题、系统建模所需灵敏度信息问题、模型的高复杂度和非线性问题,阐述了用于建模的改进神经网络结构形式。 其次,提出了电力线噪声信道和多径信道的神经网络优化建模方法。为了获取神经网络模型训练和测试数据,论文在Matlab中建立了电力线多径和噪声信道(包括有色背景噪声、窄带噪声和脉冲噪声)模型并进行了数据分析,研究了分群Markov链在信道脉冲噪声特性中的应用。基于训练数据,选择了神经网络结构和算法,进行了电力线背景噪声、窄带噪声、多径信道和脉冲噪声特性建模;比较了不同的网络结构和训练数据量对模型的影响。仿真结果表明该信道模型性能好,运算速度快。 再次,论文针对DRM短波信道高斯功率谱特性滤波器设计的复杂性和精确度问题,提出了高斯功率谱特性滤波器的神经网络优化设计方法。在深入研究DRM标准的基础上,实现了DRM接收系统的仿真构建,并采用二维维纳滤波算法进行了信道数据的获取。然后,基于信道估计的方法,进行了DRM信道时域和频域特性的神经网络逼近。结果表明,神经网络模型运算速度快、精度高,是加快系统仿真的信道模型选择方案。 最后,论文中提出了针对无线移动信道特性的神经网络建模技术。提出了多径信道的神经网络模型结构和频域神经网络模型。所建立的瑞利和莱斯衰落信道神经网络模型的CDF和PDF曲线与Matlab数值仿真基本一致。论文根据3GPP2标准中给出的多普勒衰落信号产生方法,提出了基于抽头延迟神经网络结构的时域多普勒信道优化模型。用余弦基神经网络方法优化设计了频域多普勒衰落成形滤波器。经仿真验证设计符合要求,并且有计算速度快,精度高,过渡带和阻带可控等优点。论文还针对加性高斯白噪声和3GPP2标准中规定的路径损耗进行了神经网络建模。对天线间距与信道相关系数曲线和不同倾斜角度下极化天线相关性曲线进行了神经网络逼近。从模型的测试结果中得到结论,神经网络是快速、有效的建模方法。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP183

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