文档介绍：电子科技大学
博士学位论文
粒子滤波及其在MIMO无线通信中的应用研究
姓名:杜正聪
申请学位级别:博士
专业:信息与通信工程
指导教师:唐斌
20080301
器一加权序贯重要性重取样粒子滤波器,证明了其中心极限定理并通过两个常摘要粒子滤波是一种基于贝叶斯理论和蒙特卡罗方法的在线推理算法,通过加权样本集非参数化地近似后验分布。因其具有使用灵活、易于编程实现、适于处理非线性、非高斯系统的状态估计问题等特点,而受到了越来越广泛的重视,已成为应用数学、信号处理、自动控制、人工智能、机器学习等领域的研究热点。由于粒子滤波的研究仍处于起步阶段,许多关键技术还未能有效解决,目前对粒子滤波的大量研究主要集中在提高滤波性能、理论分析和扩展应用领域三方面。本文针对粒子滤波存在的权值退化、样本衰竭和计算量大等主要问题,从粒子滤波的理论基础、建议分布函数、重取样等方面开展研究,并将粒子滤波算法应用于无线通信。主要工作和贡献有:⒀芯苛嘶玖W勇瞬ㄋ惴ù嬖诘闹饕N侍猓隽颂岣吡W勇瞬ㄐ视刖度的主要方法与措施,基于转移核函数对粒子滤波算法的均方误差界、几乎处处收敛性、中心极限定理和下界进行了讨论。⒀芯苛肆W勇瞬ǖ慕ㄒ榉植己4永砺鄯治龊褪捣抡媪椒矫娑猿S媒议分布函数对粒子滤波器的性能影响进行了比较与分析,归纳总结了两大类建议分布函数的主要优缺点和建议分布函数的一般设计原则。基于状态分解和噪声统计特性来设计建议分布函数,提出了一种新的粒子滤波器——混合退火粒子滤波器。针对观测噪声较小、状态过程存在分离部分以及后验分布的拖尾问题,基于对观测噪声的加权处理,从设计建议分布函数的角度,提出了一种新的粒子滤波见动态状态空间模型的数值仿真实验对其性能进行验证。⒀芯苛肆W勇瞬ǖ闹厝⊙惴ā6远嘞钍街厝⊙⒎植阒厝⊙⑹S嘀厝样和系统重取样等四种基本重取样算法的工作原理进行了详细分析,从理论分析和数值仿真两方面对四种基本重取样算法的性能进行了比较。针对重取样导致的样本衰竭等问题,在剩余系统重取样算法的基础上提出了一种改进算法——邻域剩余系统重取样算法。对重取样时刻的自适应选择、重取样算法的自适应选取和重取样粒子数目的自适应确定进行研究,在相关研究基础上给出了一种基于的完全自适应重取样算法。
⒁孕诺栏俸头偶觳馕@芯苛肆W勇瞬ㄔ贛尴咄ㄐ胖械挠τ谩针对非高斯噪声环境下的时变信道跟踪问题,建立了相应的动态状态空间模型,并用退火粒子滤波器对其进行信道跟踪与符号检测。研究了非高斯噪声环境下频选低车姆偶觳馕侍猓谛诺谰卣蟮腝纸夂团芯龇蠢【衡原理建立了适于粒子滤波求解的动态状态空间模型,针对频选低澈系统,分别提出了基于粒子滤波的空时分层检测算法与空频分层检测算法,并对上述算法进行了数值仿真和性能分析。关键词:粒子滤波,建议分布函数,重取样,重要性权值,权值退化摘要
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瑃瑀瓵,,.,阭,..,甊瑄瓵瓹.:琾,,.,.畐琽.,甌,,,.
签名:—名雩侠驳际η┟签名:—么窖之』墟日妇:跹迥瓯力日独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑日期:
第一章绪论引言弟一早珀下匕经济社会的发展对无线通信提出了越来越高的要求。无线通信的发展水平很大程度受限于通信信号处理技术的发展。例如功耗、传输误码率、频带利用率和空间自由度等无线通信系统性能指标的提高最终都离不开高性能的信号处理方法来尽可能准确地获取信道状态。为便于处理,现代通信信号处理常常将无线通信系统建模为线性、高斯动态状态空间模型。即将无线通信系统目标状态的转移和观测函数都认为是线性的,过程噪声和观测噪声都假定是高斯噪声。事实上,发射功率放大器并非完全工作在线性状态,室内外人为和自然的电磁干扰使得无线信道中存在大量的冲激噪声,因此观测噪声是非高斯的,等人对实际无线通信记录的实验测试表明动态噪声是亚高斯的。因此,无线通信系统实际上为非线性、非高斯系统。无线通信的信号处理问题实际上也就是非线性、非高斯系统的状态估计问题。最优贝叶斯滤波适用于处理非线性、非