粒子滤波在无线通信中的应用综述new

《粒子滤波在无线通信中的应用综述new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn1粒子滤波在无线通信中的应用综述侯睿,张三同,朱刚北京交通大学电子信息工程学院，北京(100044）E-mail：05120309@bjtu.edu.cn摘要：粒子滤波是一种基于贝叶斯原理的序贯Monte-Carlo方法。序贯重要性采样（SIS）算法是粒子滤波的核心算法。粒子滤波算法在处理非线性、非高斯系统的状态估计问题上优于其他滤波方法。本文对粒子滤波算法的基本原理及其在无线通信中的应用进行综述，并重点介绍其中的几种典型应用：在盲均衡、衰落信道下的盲检测、多用户检测和衰落信道下的空时解码中的应用。分别

2、阐述了状态空间模型、权值更新公式和算法应用过程，并从性能、复杂度和适应性的角度分析了粒子滤波的应用优势。最后展望该算法在无线通信领域应用的发展方向。关键词：粒子滤波，无线通信，序贯重要性采样中图分类号：TP141．引言粒子滤波算法是近年来提出的一种较新算法，其基本思想是用状态空间中未知状态的随机采样点（粒子）及相应权值近似期望的连续概率分布，并在更新粒子的同时根据算法递推更新权值。这种以样本均值代替积分运算的方法，在粒子数目足够大时，可以获得状态的最[16]小均方误差估计，达到最优贝叶斯估计的效果。该算法在处理非线性、非高斯系统的状态估计问题上优于

3、其他滤波方法，因为它利用离散随机采样点及其权值估计期望的概率分[15,17]布，而不是把非线性系统线性化。近年来粒子滤波算法在目标跟踪与导航、故障诊断、以及金融等许多领域得到广泛应用。粒子滤波在无线通信中的应用可以分为两类：应用于单用户系统和多址系统。图1给出了粒子滤波在无线通信中的典型应用图示。图1粒子滤波在无线通信中的典型应用图示Fig1Problemsincommunicationsaddressedinthearticle用粒子滤波算法解决无线通信系统中的状态估计问题，首先应建立状态空间方程。目标是利用接收信号估计传输符号和/或者信道参数。

4、本文将分别介绍其中几种典型应用。1本课题得到国家自然科学基金（项目编号：60272011）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn2．粒子滤波粒子滤波算法中，概率密度p()x的估计式为：N()ii()p()xx≈−∑ωδ(x)（1）i=1()i()i其中，x是第i个粒子，ω是相应的归一化权值，N是采样点数，δ()⋅是迪拉克函数。如果从期望的概率密度p()x中直接采样，则每个粒子具有等权值。然而这通常不可行，iN因此一般通过对一个重要性密度函数qx()的采样来获取粒子{}x，粒子权值定义为：i=0*()iii()()ω=p()xq

5、/()x（2）归一化的粒子权值为：N()ii*()*()iω=ωω/∑（3）i=1定义yy={,,...,}yy，对具有该形式的其他变量也作类似定义。重要性密度函数0:tt01q()x

6、y可作如下分解：0:tt0:qqq()xy

7、=

8、(,xxyxy)(

9、)（4）0:tt0:ttt0:1−−0:0:1t0:1t−()ii()N假设用{,}xω估计后验概率密度p()xy

10、的计算步骤已经完成，则粒子0:1tt−−1i=10:1tt−0:1−()i(ι)()i(ι)xxq()

11、y可以从上一步计算得到的粒子xxq()

12、y以及新状态0:tt0:0:t0:1

13、tt−−0:10:1t−()ii()()ixxq(,

14、xy)的联合求解中得到。tt0:1t−0:t()i()ip()xy0:1tt−−

15、0:1通过ω∝容易得到权值的递推更新式：t−1()iq()xy

16、0:1tt−−0:1()ii()()i()iipp()yxtt

17、

18、()xxtt−1()ω∝ω（5）tt()ii()−1q(,xxy

19、)ttt0:1−0:[18]以上方程即为基本的SIS算法。可是，SIS算法在高维空间通常效率很低。随着时间t的增加，重要性权值的分布变的越来越倾斜，除了极少数粒子外，所有粒子只具有微小的权值，这将使期望的后验概率的估计值

20、与真实值之间产生较大偏差，这就是由SIS粒[19][1]子滤波器引起的退化现象。衡量退化现象的一个恰当的测度是有效采样尺度N，小eff的N意味着存在严重的退化现象。eff[2]为了避免退化现象的产生，引入一步重采样。重采样的主要思想是去除权值小的粒子，保留并复制权值较大的粒子。通过从p(

21、)xy的近似离散表示中再一次采样N次产生一tt0:*()iN个新的粒子集{}x，重采样后的粒子具有等权值1/N。ti=1综上，粒子滤波算法可以总结为三步：初始采样、权值更新和重采样。图2所示为粒子滤波算法的算法流程。-2-http://www.paper.edu.

22、cn图2粒子滤波算法的算法流程图Fig2Ablockdiagramofparticlefiltering3．粒子滤波在单用