自适应均衡算法的研究 - 图文

自适应均衡算法的研究第１章绪论１．１课题背景及意义在信息业快速发展的今天，进行快速准确的通信是各个行业的基本要求。影响移动通信质量和通信速度的一个重要因素是码间干扰，产生码间干扰的主要原因是信道的非理想特性，多径传输是导致移动无线信道非理想特性的重要因素，目前传输中克服多径效应的主要技术手段是信道均衡。所谓均衡技术是指用来处理码间干扰的算法和实现方法，它在信息传输过程中起着重要作用，能够补偿信道的非理想性，使得高速通信成为可能。带均衡器的通信系统框图如图１．１所示。由于移动通信环境的时变性，要适应信道的时变多径传输，均衡技术必须具有自适应能力。均衡算法应能以某种速度自动跟踪信道或信号统计特性的变化。当信道特性变化较快时，对均衡算法的跟踪能力要求也较高。在自适应均衡技术中，为了获得信道的统计特性，发端往往需要定时发送特定的训练序列，接收机通过接收该序列快速得到信道的响应特性，使均衡器与信道的响应特性相匹配，从而使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码问干扰的条件。然而，在某些特殊的应用场合，接收机可能无法得到训练序列，因而均衡器就无法通过训练模式的学习来获得与信道匹配的参数设置。在这种情况下，均衡器只能利用接收机接收到的信号本身来获得与信道参数的匹配，具备这种不需要训练序列就能均衡信道的均衡器被称为盲均衡器。盲均衡应用的领域很多，如地震监测系统，通过接收的地震信号反演出地质结构的变化特性；另一个典型情况是点对多点的网络，由于各子站接入的时刻不同，主站不可能在每一个子站的接入时刻中断正常的传输来发送训练序列，在这种情况下具有盲均衡能力的接收设备是使系统正常工作的前提。此外在某些情况下接收机也会要求工作在不使用或未知训练序列的盲接收状态，在这些应用中盲均衡技术是必需的。由于盲均衡技术不具备训练序列的先验信息，与有训练的自适应均衡相比，收敛时间要长得多，有时收敛速度在数千点以上。第１章绪论图１．１带均衡器的通信系统框图ｒｉｇ．１．１ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗｉｔｈＥｑｕａｌｉｚｅｒ１．２信道均衡基本概念和基础为了便于研究信道均衡器，首先定义一个离散时间信道模型，如图１．２所示。码闻干扰和信道噪声是影响通信质量的重要因素。在图１．２的模型中，将信道等效成工个延时器和Ｌ＋１个抽头的线性滤波器。各延时单元的延迟时间相等。通常等于码元宽度瓦；抽头权值序列为｛ｑ，…，ｃＬ＋１），该滤波器用来模拟信道产生的码间干扰；信道噪声用序列ｖ（以）表示ｐ１。对于一般的无线信道而言，抽头权值ｃ，和延时器的个数工都是随着时间而变化的。ｙ伽）图１．２码间干扰加噪声的信道模型Ｆｉｇ．１．２ｔｈｅＣｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｏｆＩｎｔｅｒｓｙｍｂｏｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｎｏｉｓｅ在数字传输系统中，如果调制带宽超过了信道的相干带宽，将会产生码间干扰，而在无线通信中，多径传输是产生码间干扰的主要原因。码间干扰是制约通信速２自适应均衡算法的研究率和质量的主要障碍。均衡正是用来克服各种码间干扰的信号处理操作。接收机中能够补偿或减小接收信号的码间干扰的补偿器，就称为均衡器（Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）。１．２．１均衡的分类均衡分为两种方式，一是频域均衡，二是时域均衡。频域均衡是使整个系统的频率传递函数满足无失真传输的条件，即满足日（珊）＝ｙ＠）／ｚ（∞）＝Ｋｅ一慨Ｏｌ。时域均衡是直接从时间响应出发，使整个系统的冲激响应满足无码间干扰的条件。频域均衡满足上式的条件是比较严格的，而满足奈奎斯特脉冲整形定理的要求，即仅在判决点满足无码间干扰的条件相对宽松一些。所以，在无线通信中一般采用时域均衡。时域均衡器可以分为两大类，一是线性均衡器，二是非线性均衡器。如果接收机中判决的结果经过反馈用于均衡器的参数调整，则为非线性均衡器；反之，则为线性均衡器。如图１．３是均衡器的基本分类框图，图中给出了各类均衡器的结构和使用的主要算法ｐ１。图１．３均衡器的结构分类框图Ｆｉｇ．１．３ｔｈｅＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｃｌａｓｓｏｆＥｑｕａｌｉｚｅｒ由于移动无线传输信道一般是未知的和时变的，此时，为了准确地补偿信道的传输特性，必须动态地跟踪信道的变化，以便及时调整均衡滤波器系数，具有３第１章绪论这种“智能特性”的均衡器称之为自适应均衡器（ＡｄａｐｔｉｖｅＥｑｕａｌｉｚｅｒ）。自适应均衡的工作模式一般包括训练和跟踪两个阶段。在训练模式，发端发送一已知的定长序列。接收机通过该已知信号获得信道的响应特性，并快速的调整均衡器的抽头系数，使得均衡器的特性正好能补偿传输信道的特性，从而使接收机能够从均衡器的输出中得到几乎无差错的发送信号。这～过程被称为训练阶段，即发射机对接收机的训练。相应地所发送的已知序列称为训练信号，此时均衡器工作在训练模式。训练过程结束后，紧接着数据传输开始，此时接收的信号是未知的，由于均衡器处于最佳状态，接收机正确接收概率很高，利用正确的接收数据来修正均衡器的参数，使均衡器的特性跟着信道的特性交化，这时均衡器的工作模式称为跟踪模式或判决修正模式。接收机的训练时间与均衡器的收敛时间有关，它是均衡算法、均衡器结构、传输信道等因素的函数。由于信道的时变特性，均衡器需要周期的重训以使均衡器始终工作在最佳状况。１．２．２横向均衡器在实际应用中，在接收机前端往往要有匹配滤波器等抗噪接收滤波器，为了方便起见，往往也会把接收滤波器合并到等效信道模型中一起考虑，如图１．４所示。图１．４有接收滤波器的基带数字传输系统模型Ｆｉｇ．１．４ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆＢａｓｅＢａｎｄｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈｒｅｃｅｉｖｉｎｇＦｉｌｔｅｒ图１．４中的虚线框部分等效为图１．２表示的信道模型。在接收端，信道的输出序列ｘ（ｎ）输入到均衡器中进行均衡处理，其表达式为：Ｌ＋Ｉ‰＝∑ｃ，磊。¨Ｉ－Ｉ（１．３）图１。４中接收滤波器手‘（口）后面加上了一个均衡器也（出），整个系统等效的频４