（通信与信息系统专业论文）频移滤波器信号分离的dsp实现及其抗干扰性能研究.pdf

摘要 本课题是国家自然科学基金项目“循环平稳理论在复杂无线通信系统中的若干算法研究” ( 6 0 4 7 2 0 5 3 ) 和江苏省高技术研究项目“个人信息终端在智能化信息家电中的应用技术研究” ( b g 2 0 0 6 0 0 2 ) 的研究内容之一，其主要任务包括频移滤波器的性能分析、频移滤波器的数字信号 处理器( d s p ，d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 实现、频移滤波器抗干扰应用的研究以及家域网系统的开 发四个方面。理论部分重点研究了直接序列扩频系统中的频移滤波器窄带干扰抑制的性能分析和频 移滤波器在多个无线个域网接入家域网场景中的抗干扰应用；实践部分主要是参与在d s p 平台上实 现用于频谱重叠信号分离的频移滤波器以及参与实现基于蓝牙的家域网多重接入控制系统。 论文首先对直接序列扩频系统中的频移滤波器窄带干扰抑制进行了性能分析。在循环平稳理论 和频移滤波器原理的基础上，提出了频移滤波器在直接序列扩频系统中的窄带干扰抑制模型与算 法，分析了频移滤波器最小均方误差在不同训练序列下的等效性及其随数据积累点数变化的收敛特 性，推导了基于近似高斯分布假设下系统误码率的表达式，分析了频移滤波器和传统时域滤波器抗 干扰性能的差异，并给出了这种差异与系统扩频因子以及所采用的循环频率个数的关系。仿真结果 验证了理论分析和推导，论证了该模型和算法的可行性与优越性。 在频移滤波器的d s p 实现方面，参与了d s p 信号分离程序的编写与调试工作。论文在分别介 绍了d s p 系统和d s p 开发平台之后，重点论述了d s p 程序设计与系统调试情况，阐明了用于频谱 重叠信号分离的频移滤波器的d s p 实现过程，并通过一系列的频谱重叠信号分离前后的频谱效果对 比图论证了d s p 实现的频移滤波器优良的信号分离性能。 在抗干扰应用方面，介绍了家域网和无线个域网的总体结构及其使用的主要无线通信协议，提 出了多个无线个域网接入家域网的总体结构和安全接入机制，分析了i e e e8 0 2 1l b 、b l u e t o o t h 与 z i g b e e 的频谱互干扰问题以及频移滤波器信号分离的原理，提出了频移滤波器在多个无线个域网接 入家域网场景中的抗干扰模型。仿真结果验证了频移滤波器在2 4 g h z 频段良好的抗干扰性能。 在家域网系统的设计与实现方面，参与研制了基于蓝牙的家域网多重接入控制系统，主要工作 侧重于家域网网关程序和信息家电蓝牙模块程序的编写与调试工作。基于蓝牙的家域网多重接入控 制包括家域网i n t e m e t 接入控制、家域网p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 接入控制和家 庭控制子网的实现。此外。还简单论述了基于i e e e8 0 2 1 l b 的家域网视频传输的设计与实现。 关键词：循环平稳；频移滤波器；性能分析；d s p ：信号分离；抗干扰；无线个域网；家域网 a b s t r a c t t h er e s e a r c hs u b j e c to ft h i st h e s i si ss u p p o r t e db yt h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a a n dt h eh i g l lt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo fj i a n g s up r o v i n c e w h i c ha l en a m e d r e s e a r c ho fc y c l o s t a t i o n a r yt h e o r yi nt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ( 6 0 4 7 2 0 5 3 ) a n d a p p l i c a t i o n s o fp e r s o n a li n f o r m a t i o nt e r m i n a li ni n t e l l e c t i v eh o m ee l e c t r i c a la p p l i a n c e sm g 2 0 0 6 0 0 2 ) r e s p e c t i v e l y i t sm a i nt a s ki n c l u d e st h e p e r f o r m a n c ea n a l y s i so ft h ef r e s h ( f r e q u e n c y s h i f t ) f i l t e r , t h e i m p l e m e n t a t i o no ft h ef r e s hf i l t e ro nad s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) b o a r df o rs i g n a ls e p a r a t i o n t h e r e s e a r c ho nt h ea n t i i n t e r f e r e n c ea p p l i c a t i o no ft h ef re s hf i l t e ra n dt h ed e s i g n & i m p l e m e n t a t i o no fh a n ( h o m ea r e an e t w o r k ) i nt h et h e o r yr e s e a r c hp a r t ，t h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i so ft h ef r e s hf i l t e ri nd s s s ( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) s y s t e mf o rn b i ( n a r r o wb a n di n t e r f e r e n c e ) s u p p r e s s i o na n dt h e a n t i i n t e r f e r e n c ea p p l i c a t i o no ft h ef r e s hf i l t e ri nt h es c e n a r i oo fm u l t i p l ew p a n s ( w i r e l e s sp e r s o n a l a r e an e t w o r k ) a c c e s s i n gi n t oh a na r ei m p o r t a n tt o p i c st ob es t u d i e d i nt h ep r a c t i c a ld e v e l o p m e n tp a r t ， t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ef r e s hf i l t e ro nad s pb o a r df o rs p e c t r a l l yo v e r l a p p i n gs i g n a ls e p a r a t i o na n d t h ei m p l e m e n t a t i o no fh a nw i t hm u l t i p l ea c c e s s i n gc o n t r o l sb a s e do nb l u e t o o t ha r ed i s c u s s e d f i r s t l y , t h ep e r f o r m a n c eo ft h ef r e s hf i l t e ri nd s s ss y s t e mf o rn b is u p p r e s s i o ni sa n a l y z e d b a s e d o nt h ec y c l o s t a t i o n a r yt h e o r ya n dt h ep r i n c i p l eo ft h ef r e s h f i l t e r , am o d e lo fn b is u p p r e s s i o nu s i n gt h e f r e s hf i l t e ri nd s s ss y s t e mi sp r o p o s e d t h ep e r f o r m a n c e so ff r e s hf i l t e rm m s e ( m i n i m u mm e a n s q u a r ee r r o r ) w i t hd i f f e r e n tt r a i n i n gs i g n a l sa r ec o m p a r e da n dt h ec o n v e r g e n tp r o p e r t yo fm m s ew i t ht h e c h a n g eo fd a t ap o i n tn u m b e ri sa n a l y z e d ，b a s e do nt h eg a u s sd i s t r i b u t i o nh y p o t h e s i s ，ab e r ( b i te r r o r r a t e ) e x p r e s s i o no ft h es y s t e mi sg i y e n f u r t h e r m o r e ，c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a lt i m e - d o m a i nf i l t e r , t h ep e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n to ft h ef r e s hf i l t e ri sa n a l y z e d f i n a l l y , t h er e l a t i o no ft h i si m p r o v e m e n t a n dt h es p r e a d i n gf a c t o r , t h er e l a t i o no ft h i si m p r o v e m e n ta n dt h en u m b e ro fc y c l e f r e q u e n c i e s a l e s e p a r a t e l y g i v e n a l lt h es i m u l a t i o nr e s u l t sh a v ep r o v e nt h ef e a s i b i l i t yo ft h et h e o r ya n a l y s e sa n dt h e s u p e f i o d t yo ft h i sm o d e l i nt h er e s e a r c ho f t h ei m p l e m e n t a t i o no f t h ef r e s hf i l t e ro nad s pb o a r d ，t h em a i nt a s ki st od e v e l o p a n dd e b u gt h ep r o g r a mo nad s pb o a r df o rs i g n a ls e p a r a t i o n a f t e rt h ed s pt e c h n o l o g ya n dt h ed s p d e v e l o p m e n tb o a r da r es e p a r a t e l yi n t r o d u c e d ，t h ed s ps o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dt h ew h o l es y s t e m d e b u g g i n ga r ed i s c u s s e d a ni m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h ef r e s hf i l t e ro nad s pb o a r df o rs p e c t r a l l y o v e r l a p p i n gs i g n a ls e p a r a t i o ni ss p e c i f i c a l l yd e s c r i b e d t h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo ft h ef r e s hf i l t e r i m p l e m e n t e do nad s p b o a r di sc l e a r l ys h o w ni nas e r i e so fs p e c t r u mc o m p a r i s o nf i g u r e s i nt h er e s e a r c ho ft h ea n t i i n t e r f e r e n c e a p p l i c a t i o n ，t h em a i na r c h i t e c t u r ea n dm a i nw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l so fh a na n dw p a na r er e s p e c t i v e l yi n t r o d u c e d t h em a i ns t r u c t u r ea n ds e c u r e m e c h a n i s m so fm u l t i p l ew p a n sa c c e s s i n gi n t oh a na r ep r o p o s e d 。t h ep r i n c i p l eo ft h ef r e s hf i l t e rf o r s i g n a ls e p a r a t i o na n dt h em u t u a li n t e r f e r e n c e sa m o n gi e e e8 0 2 1l b ，b l u e t o o t ha n dz i g b e ea r ea n a l y z e d t h ef r e s hf i l t e ra n t i - i n t e r f e r e n c em o d e li nt h es c e n a r i oo fm u l t i p l ew p a n sa c c e s s i n gi n t oh a ni s p r o p o s e d s i m u l a t i o nr e s u l t sh a v ep r o v e nt h ee x c e l l e n ta n t i - i n t e r f e r e n c ep e r f o r m a n c eo ft h ef r e s hf i l t e r a tt h e2 4 g h zs p e c t r u m i nt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fh a nw i t hm u l t i p l ea c c e s sc o n t r o l s ，t h em a i nt a s ki st od e v e l o p a n dd e b u gt h eh a ng a t e w a yp r o g r a ma n dt h ei a ( i n f o r m a t i o na p p a r a t u s ) b l u e t o o t hm o d u l ep r o g r a m m u l t i p l ea c c e s sc o n t r o l so fh a ni n c l u d et h ei n t e m e ta c c e s sc o n t r 0 1 t h ep s t n ( p u b l i cs w i t c h e d t e l e p h o n en e t w o r k ) a c c e s sc o n t r o la n dt h eh o m ec o n t r o ls u b n e t w o r k f u r t h e r m o r e ，t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no fh a n f o rv i d e ot r a n s m i s s i o nb a s e do ni e e e8 0 2 1l bi sb r i e f l yd e s c r i b e d k e y w o r d s ：c y c l o s t a t i o n a r y ；f r e s hf i l t e r ；p e r f o r m a n c ea n a l y s i s ；d s p ；s i g n a ls e p a r a t i o n ；a n t i - i n t e r f e r e n c e ； w p a n ；h a n 图表目录 图2 1 自适应横向滤波器结构图9 图2 2 循环维纳滤波的基本结构1 0 图2 3 频移滤波器的基本结构图1 2 图2 4d s s s 系统频移滤波器抑制窄带干扰模型13 图2 5 直扩系统频移滤波器抑制窄带干扰的基本结构1 4 图2 6 系统最小均方误差的收敛特性图2 0 图2 。7 误码率性能差异随扩频因子的变化图2 l 图2 8 误码率性能差异随循环频率数的变化图2 1 图3 1 典型d s p 系统构成2 4 图3 2d s p 系统的开发流程2 4 图3 3t l v l 5 7 2 ，1 r i 5 6 1 7 a 与t m s 3 2 0 c 6 7 1 3 的连接示意图2 7 图3 4s e e d d e c 6 7 1 3 目标板与仿真器平台2 8 图3 5c c s 开发流程图2 9 图3 6c c s 集成开发环境编辑界面2 9 图3 。7 系统主程序流程3 0 图3 8 信号频谱效果对比图3 3 图3 9 信号频谱效果对比图3 4 图3 1 0 信号频谱效果对比图3 4 图3 1 l 信号频谱效果对比图3 5 图3 1 2 信号频谱效果对比图3 5 图3 1 3 信号频谱效果对比图3 6 图3 1 4 信号频谱效果对比图3 6 图3 1 5 信号频谱效果对比图3 7 图4 1 家域网的总体结构4 0 图4 2 无线个域网总体结构( 1 ：b l u e t o o t h ，2 ：i e e e8 0 2 1 1 b ，3 ：z i g b e e ) 4 2 图4 3 多个无线个域网接入家域网的总体结构框图。4 4 图4 4 接入点的m a c 层协作方案框图( 1 ：b l u e t o o t h ，2 ：i e e e8 0 2 1 l b ，3 ：z i g b e e ) 4 5 图4 5 三种无线通信物理层频谱图4 6 图4 6 循环平稳信号的三维频谱示意图4 7 图4 7 频移滤波器抗干扰模型( z i g b e e 抗e e8 0 2 1l b 干扰) 4 8 图4 8 频移滤波器抗干扰模型( i e e e8 0 2 1l b 抗跳频扩频干扰) 4 8 图4 9 频移滤波器抗干扰效果图( z i g b e e 抗i e e e8 0 2 1 l b 干扰) 4 9 图4 1 0 频移滤波器抗干扰效果图( i e e e8 0 2 1 1 b 抗跳频扩频干扰) 5 0 图5 。l 蓝牙协议栈( 蓝牙技术标准1 o ) 5 2 图5 2 嵌入式系统的基本结构5 4 图5 3 家域网网关的硬件结构5 6 v 图5 4 家域网网关的软件总体结构5 7 图5 5 移动控制终端的硬件实现。5 8 图5 6 信息家电终端的硬件实现5 9 图5 7 用户通过i n t e r n e t 控制家电的协议结构6 0 图5 8w e b 界面与c g i 程序的结构6 0 图5 9 家域网p s t n 接入的硬件系统框图6 1 图5 1 0p s t n 接入控制软件结构框图6 2 图5 。1 1 家域网p s t n 接入的软件流程图，6 2 图5 1 2 用户通过移动控制终端控制家电的协议结构6 3 图5 1 3 基于i e e e8 0 2 1 1 b 的家域网视频传输系统的实现框图6 5 表4 1 三种无线通信标准的参数比较( 2 4 g h z ) 。4 3 表5 1i e e e8 0 2 1 l b 、i e e e8 0 2 1 l a 和i e e e8 0 2 1 l g 特性的比较5 3 表5 2c g i 程序功能6 l 表5 3p s t n 用户控制命令格式6 3 v 1 ( ) + ：( ) 的共轭 ( ) 1 ：( ) 的转置 ( ) h ：( ) 的共轭转置 o ：卷积 ：无限时间平均 e ：统计平均 ：求和 1 7 ：连乘 ：范数 i ：积分 ) ：集合 d e f ：定义式 e x p ( x ) ：e r ：矩阵r 的逆 r a i n ：取最小值 m a x ) ：取最大值 li ：实数取绝对值或者复数取模 r e - 】：取实部 q ( ) ：q 函数 v a r ：取方差 o ( t ) ：同阶 符号说明 一v i i 缩略语 a c l ( a s y n c h r o n o u sc o n n e c t i o n l e s s ) 异步无连接 a m ( a m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 振幅调制 a p ( a c c e s sp o i n t ) 接入点 a s k ( a m p l i t u d es h i f tk e y i n g ) 幅移键控 a w g n ( a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a n n o i s e ) 加性白色高斯噪声 a d ( a n a l o g d i g i t a l ) 模数 b e r ( b i te r r o rr a t e ) 误码率 b d m ( b a c k g r o u n dd e b u gm o d e ) 背景调试模式 b i o s ( b a s i ci n p u to u t p u ts y s t e m ) 基本输入输出系统 b p s k ( b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g ) 二相相移键控 b s i g ( b l u e t o o t hs p e c i a li n t e r e s tg r o u p ) 蓝牙特殊兴趣小组 c c k ( c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ) 补偿编码键控 c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 通用网关接口 c m o s ( c o m p l e m e n t a r ym e t a lo x i d es e m i c o n d u c t o r ) 互补金属氧化物半导体 c p u ( c e n t r a lp r o c e s s i n gu n i t ) 中央处理器 c s ( c y c l o s t a t i o n a r y ) 循环平稳 d a ( d i g i t a l a n a l o g ) 数模 d r t o s ( d s pr e a lt i m ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ) d s p 实时操作系统 d s k ( d s ps t a r tk i t ) d s p 入门套件 d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) 数字信号处理器 d s s s ( d i r e a s e q u e n c es p r e a ds p e c t n n n ) 直接序列扩频 d t m f ( d u a lt o n em u l t i f r e q u e n c y ) 双音多频 e e p r o m ( e l e c t r i c a l l y e r a s a b l ep r o g r a m m a b l er e a d - o n l ym e m o r y ) 电可擦可编程只读存储器 e m i f ( e x t e mm e m o r yi n t e r f a c e ) 外部存储器接口 f f t ( f a s tf o u r i e rt r a n s f o r m ) 快速傅立叶变换 f h s s ( f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m ) 跳频扩频 f i r ( f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e ) 有限长冲击响应 f m ( f r e q u e n c ym o d u l a t i o n ) 频率调制 f r e s h ( f r e q u e n c ys h i f t ) 频移 f s k ( f r e q u e n c ys h i f tk e y i n g ) 频移键控 g e l ( g e n e r a le x t e n s i o nl a n g u a g e ) 通用扩展语言 g f s k ( g a u s s i a nf r e q u e n c ys h i f tk e y i n g ) 高斯频移键控 g p i o ( g e n e r a lp u r p o s ei n p u to u t p u t ) 通用输入输出 g u i ( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ) 图形用户界面 h a n ( h o m ea r e an e t w o r k ) 家域网 h o m e r f ( h o m er a d i of r e q u e n c y ) 家庭射频 h p i ( h o s tp o r ti n t e r f a c e ) 主机接口 v i i i i a ( i n f o r m a t i o na p p a r a t u s ) 信息家电 i a c ( i n f o r m a t i o n a p p a r a t u sc o n t r o l l e r ) 信息家电控制器 i i c ( i n t e li n t e g r a t e dc i r c u i t ) 英特尔集成电路 i s m ( i n d u s t r i a ls c i e n t i f i cm e d i c a l ) 工业、科学、医学 i s r ( i n t e r f e r e n c et os i g n a lr a t i o ) 干信比 y f a g ( j o i n tt e s ta c t i o ng r o u p ) 联合测试行动小组 k s p s ( k i l os a m p l e sp e rs e c o n d ) 每秒采样千次 l c l ( l i n e a r - c o n j u g a t e l i n e a r ) 线性。共轭线性 l m p ( l i n km a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 链路管理协议 l m s ( l e a s tm e a ns q u a r e ) 最小均方 l s b ( l e a s ts i g n i f i c a n tb i t ) 最低有效位 l t i ( l i n e a rt i m ei n v a r i a n t ) 线性时不变 l 2 c a p ( l o g i cl i n kc o n t r o la n da d a p t a t i o np r o t o c 0 1 ) 逻辑链路控制和适配协议 m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 媒介访问控制 m c a s p ( m u l t i c h a n n e la u d i os e r i a lp o r t ) 多通道音频串口 m c b s p ( m u l t i c h a n n e lb u f f e r e ds e r i a lp o r t ) 多通道同步缓冲串口 m f l o p s ( m i l l i o n f l o a t i n gp o i n t sp e rs e c o n d ) 每秒百万个浮点操作 m i p s ( m i l l i o ni n s t r u c t i o n sp e rs e c o n d ) 每秒百万条指令 m i i ( m e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 媒体独立接口 m m s e ( m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r ) 最小均方误差 m m u ( m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t ) 存储器管理单元 m p s d ( m o d u l a rp o r ts c a nd e v i c e ) 模块化端口扫描设备 m p u ( m i c r op r o c e s s i n gu n i t ) 微处理器 m s p s ( m i l l i o ns a m p l e sp e rs e c o n d ) 每秒采样百万次 o b e x ( o b j e c te x c h a n g ep r o t o c 0 1 ) 对象交换协议 o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i l ：i l e x i n g ) 正交频分复用 o q p s k ( o f f s e tq u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g ) 偏移正交相移键控 p c ( p r i v a t ec o m p u t e r ) 个人电脑 p c b ( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ) 印刷电路板 p d a ( p e r s o n a ld i 昏t a la s s i s t a n t ) 个人数字助理 p m ( p h a s em o d u l a t i o n ) 相位调制 p s k ( p h a s es h i f tk e y i n g ) 相移键控 p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 公共交换电话网 p t v ( p o l y p e r i o d i c a l l yt i m ev a r y i n g ) 多周期时变 q a m ( q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 正交振幅调制 q p s k ( q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g ) 正交相移键控 r a m ( r a n d o ma c c e s sm e m o r y ) 随机存取存储器 i l l s ( r e c u r s i v el e a s ts q u a r e ) 递归最小二乘 r o m ( r e a d o n l ym e m o r y ) 只读存储器 r t d x ( r e a lt i m ed a t ae x c h a n g e ) 实时数据交换 s b s r a m ( s y n c h r o n o u s b u r s ts t a t i cr a n d o ma c c e s sm e m o r y ) 同步突发静态随机存储器 - - s d p ( s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 服务发现协议 s d r a m ( s y n c h r o n o u sd y n a m i cr a n d o ma c c e s sm e m o r y ) 同步动态随机存储器 s n r ( s i g n a lt on o i s er a t i o ) 信噪比 s o c ( s y s t e mo nc h i p ) 片上系统 s o i c ( s m a l lo u t l i n ei n t e g r a t e dc i r c u i t ) 小输出线集成电路封装 s p i ( s e r i a lp e r i p h e r a li n t e r f a c e ) 串行外设接口 s p p ( s e f i f lp o r tp r o f i l e ) 串口应用模型 t a m s e ( t i m ea v e r a g e m e a ns q u a r ee r r o r ) 时间平均均方误差 u a r t ( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u sr e c e i v e rt r a n s m i t t e r ) 通用异步收发器 u d c p ( u n i v e r s a ld e v i c ec o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 通用设备控制协议 u d s ( u n i v e r s a ld e v i c es e q u e n c e s ) 统一设备序列号 u s b ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) 统一串口总线 u w b ( u l t r aw i d eb a n d ) 超宽带 w a p ( w i r e l e s s a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 无线应用协议 w p a n ( w n l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) 无线个域网 w s c s ( w i d es e n s ec y c l o s t a t i o n a r y ) 广义循环平稳 x d s ( e x t e n d e dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 扩展开发系统 x 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南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已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：始垩噬日期：如吣i 冬 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公稚( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：始里啦师签名： 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 在通信、遥测、雷达和声纳等系统中经常遇到的许多信号，它们的各阶统计特征参数往往是随 时间周期变化的，这类信号统称为“循环平稳”( c s ，c y c l o s t a t i o n a r y ) 信号。如模拟通信系统中的 各种振幅调制( a m ，a m p l i t u d em o d u l a t i o n ) 信号、相位调制( p m ，p h a s em o d u l a t i o n ) 信号、频 率调制( f m ，f r e q u e n c ym o d u l a t i o n ) 信号，数字通信系统中的各种幅移键控( a s k ，a m p l i t u d es h i f t k e y i n g ) 信号、相移键控( p s k ，p h a s es h i f tk e y i n g ) 信号、频移键控( f s k ，f r e q u e n c ys h i f tk e y i n g ) 信号，很多都具有循环平稳特性【l 7 】。除此之外，由于地球自转和公转的周期性，一些具有昼夜或季 节性规律变化的自然界信号( 如水文数据、气象数据、海洋潮汐) 等，都是典型的循环平稳信号： 心电图等人体信号也具有循环平稳性【1 】【3 】【4 】【7 】。循环平稳信号作为一类特殊的菲平稳信号，由于其信 号统计量变化的周期性是可以充分利用的重要信息，因此在通信中受到越来越多的重视并得到广泛 的应用。 w a g a r d n e r 已经在【1 】中证明，直接对循环平稳信号进行最佳滤波的滤波器应是一个线性周期 时变系统，该系统的时变参数与信号的循环平稳特性密切相关，且其处理性能要优于传统的线性时 不变处理方法。1 9 9 3 年，g a r d n e r 教授在频域又重新研究了对循环平稳信号的滤波问题【8 】，形成了 一套所谓的频移( f r e s h ，f r e q u e n c y s h i f t ) 滤波理论。该滤波理论的依据是循环平稳信号的信号 谱平移特定值后得到的信号谱与原信号谱是相关的。因此，通过对原信号谱与信号平移谱适当的加 权处理就能增强或者减弱特定频率分量的信号。频移滤波器可用于干扰抑制、信号分离、信号检测、 频谱感知等领域。把频移滤波器应用于实际的复杂无线通信环境，有利于保证各种广泛存在的循环 平稳信号的正确接收，进而提高多种通信系统交叠环境下系统的抗干扰能力以及频谱的利用率。因 此，提出并且实现频移滤波器进行干扰抑制或信号分离