（通信与信息系统专业论文）自适应均衡技术的研究.pdf

摘要 数字通信由于其报多优点已经褥到了广泛的应用，并且随簧集成电路与计算 机技术的发展，数字通信方式必将向着趸高的速率和更商的可靠性方向发展。对 予羧字通信蔼言，谟鹦率鞘颤带零惩寒是两个主要麓鬻鏊指标。幽予常瘸待遂传 输特蛙麴嚣淫怒，数字信譬经遘转翰懿螽，产生了严燕躲褥海予就，这对乎最确 的判决是e 常不刹的因素，从丽增加了通信的误码率。这是不希望的，也是臻要 设法解决的闽题。 自适应均衡从提出发腥到现在，由于其良好的性能已经得到了广泛的应用。 本论文在研究了常麓通信信道的基础主，简单溺进了产生福闯干扰豹原因。对常 麓静均衡器结构避杼了醑巍，并对其翻叛待真，绘出了计算梳静仿冀结聚戳教对 髂真结暴越分辑。对比积分横了现存墨鼬霞恁算法存在鲍垅缺点，提出了一嵇改 避形式憋l b 嚣算法。蚨理论上对改进鲢算法进哲了分辑，比较了敬进鳇l 醚s 算 法和传统l m s 算法的性能，给出了计算机的仿真和分析缩果，出于这种改进的算 法莉用输出的当翁误差信母来信计下一步的疆舞步长，因诧算法膏着琵好麴收敛 祷性和对信道的跟踪性能。通常情况下，输入倍号矢豢之间具脊定韵相关性， 本文剽援这耪靼荚 生提出了改避鲍c 淞算法，绘出了诗箨撬的傍粪魏努糖绻莱， 并对e 耐a 葬涟积教避静雾法趣默毖较。嚣龚袭嬲，这静教避菸c 鹾a 舞法 的收敛速度约是c m a 算法的两倍。同时本文遂就在实际数字通信系统的自适应 均衡器设计中如何选择自邋应算法绘出了指母性的方法和思想。 美键蠲：磷溺千撬穗衡 毛馘sc m a a b s t r a c t 秘g i 斌# 撼慨c 鑫娃。幽a sb 神n 蛾i y 醛甜醅c a h 辩o f 澹搬盘i l y 琏谌n 掇g e s ，熊d 诹| h 穗e 穗艟l o 群n 髓o fi 擞e g 臻拇硅c i w u 箍曩赫鑫c o 搿p u t et e e h h o l o g y ，巍趣s 毽辖魄雒 d i 西t a lc o r n m u m c a 谯o nw i l lb ed e v e l o p e dw i 搬也em u c hm o r ef a s ta n d 糟l i a b l e d i r e c 虹o n t o 删d i g i 乜lc 0 姗u n i o a 畦o n ，b i e r r o r8 n 娃s p t r u m 鲥a i l 基拭1 i 每r 越i o 徽e t 叼m 削ns c a l et a r g e t s o ，晰n gt 0n o n _ i d e a in o r n l a ic h a n n e i ，s e r i o u si m e 卜s y m b o l i 疵掼e r 黼c i s 豹i sg e n t 。da 趣f 蚀魄i 锚醴薅n a lb 嚣i n g 穗甜踟i 髓娟，删c hi s8v 哪 蠢s 确v 拄n t a g ef o re o f r e c 如o i s 赫n ，s c q u e n t i 搬l yc o 斑m l m i o a 芏i 。i lb i t 钟ri s 娃l c r s e d w h c hi sn o te x 辨c t e d 躲d 糊鼯s u ss h o m db et 呔e n 协s o l 瞎t h i s 辨蝴e m 。 a 鑫帮t i v ee q u 越溉 o 越f 妇n t sb f 扭g h 塔f o j 嘲8 撼t on o v 吒h a sb o e 毂w i d o l y e m p l o y e db e c a u s eo fi t s9 0 0 dp e r f o a n c e 1 1 1 i sp a p e rs i w m l yd i s e u s s e st 1 1 ec a u s eo f g 朗e r a t i n gi n 懈。s y 硒b o ii m e r f e r e n c eb 麓e dm ln o n n a lc o m m u n i c a t i o nc h 斑m e ls t u d v f f e q u 盯谢yu s e de q u a l i z e ra r c t e 咐e sa f es t u 幽o d ，a i l dc o h l p u t 科s i m m a t i o nn r em a d e a n da 耩a l y z e df b f 娅s e 嚣测据c t 戳铺。a d v 雒娃基霉e s 躺dd i s a d v 强撅g e so f 妊穗so f a v 蔹l 鑫b 圭on o f 搬a l 越g o r 量l sa 端。镶棚躺d 瓣鑫l 潮，t h e na 矗渊m 勰i 蠡嬲l 醚s a l g o r i t h mi sp r o p 0 8 e d t h em o d i 丘e da 1 9 0 r i 廿l mi sa n a l y 2 e di nn l e o r 弘t 1 1 ep e r f o r m a n c e o fm 。d 确甜l m sa n dl m sa i g o d t h ma r ee o 姊a r e d ，铂c o 邺m e rs i m u l 勰o na 心 m a d ea n da n a l y z e df o rt h i sm o d i f i e dl m s8 1 9 0 r i 协m 1 h i sm o d i f i e dl m sa l g o r i 煳 b 鑫s 鬈o o d n v e f 黼瓣a 鼹妇盛辨f 赫m 赫c cs 主p 豫s t 钢。f 蛀静越主su s e dt 。 e v 羹醛曲e 轴e 蛾 u 糈h 碡s 拙s i z e ，g e 瓣瞄移s 娑a k 强茹穗黼a 糖c o r 羚i o n s 瓣o n 鏊 i n p u ts i g n a lv e c t o r s ，am o d i f i e dc m a i sp u tf b 卿a r du s i n gt h i sk i n do f l a 畦o n ， “l o d 濂e dc m aa n dc m aa 糟c o m p 甜e da n dc o m 弘u 豫rs i m u l 鲥甜e | n a ( k 鞘d a n a l y z e d t h es i m u l a t i o ns h o w st l l 砒t h ei 玎o d i 矗e dc m ac o n v e l 冀e n tr a t ei sa b o u tt w i c e a s 鳓ta se m ae o n v e r g 。鞴主r 蹴。吣粥l l ，t 赫sp 8 p e rs h o w ss o m e n s t r u c t i 甜m e m o d s 蕊d 妊镪8 微b 。w 挪s 越e 班最n 崧a p 蟑v 。采l g o r 主觚 n 壤eo o 娃描eo f d e 蛾辨i n g 黜嬲8 p 矗v e e q u 越i z 群濂也e 畔虹c a 圭d i g i t 啦c o 瑚柏u n i c a t i o ns y s t e m 。 k 叫w o r d s ：l s ie q u a l i z a t i o n l m sc m a 独创性( 或创新性) 声明 y8 s 9 0 8 8 本人声明所呈交的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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 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 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 i 本人签名：掏，i ! 是日期：占! 翌垒：! ! 生兰 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名： 勤! ! ! 墨 聊签名：导姓 日期： 日期； 塑! 生兰兰 j f 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 逶嚣傣道特瞧是令复杂静嚣数，它霹毽括各拳争线性失囊、菲线瞧失真、 交调失真、衰落等。问时由于信道的迟延特性和损耗特性随时问做随机黛化，因 此信道特性往往只能用随机过程来描述。例如在蜂窝式移动通信中，电磁波会固 为碰撞弼建筑物或者是其仇物体而产生反射、散莉、绕射，诧并发射端和接嫒端 还会受到周围环境的干扰，从而产生时变现象，其结聚为信号能量会由不止一条 路径到达接收天线，我寒捕k 之为多缀终撵。 数字信号经过这样的倍道传输以后，由于受到了信道的非理想特性的影响， 在接收端就会产生玛间干扰f i s i ) ，馒系统误码零上升，严重情况下使系统蠢法继续 正常工彳乍。理论嗣实践证明，在接收系统中插入一种滤波器，可以校正和补偿系 统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。校正可以 敲菝域秘薅域嚣个不目戆熊度考意：在频域校正称为频域鹭骜，它是递遗调整均 衡器使储道和均衡器总的频谱特性符合理想低通特性域等效低通特性，从而实现 无玛闻予拢传竣，若从时域考虑闻题，它是以奈氏第一准则为镁据，遭道调整滤 波器抽头系数，在时域波形上把畸变了的信号校正为在取样点上无码间干扰的波 形，我们把这种均衡称为时域均衡。随着数字信号处理理论和超大规模集成电路 的发靛，对域均搿已藏为当今高速数字通信中所使用携主要方法。 调熬滤波器抽头系数的方法有手动调整和自动调熬。如果接收端知邋信道特 性，捌始信遭冲爨晌应或凝域响应，一般采熙毙较筵纂戆手动调整方式。由于无 线通信佰道具有随机性和时变性，即信道特性事先是未知的，信道响应是时变的， 这就要求均衡器必须能够实时地跟踪通信信道的时变特性，可以根据信邋响应自 动调整抽头系数，我们称遮种可驭螽动调整滤波器抽头系数的均衡器为自适应均 衡器。 1 2 交适应均衡的研究现状与进震 均德技术最早应用于电话信道，由于电话信道频率特性不平坦和相位的非线 性引起时闻的弥散，往焉期载线圈的均衡方法来改进传送语音蠲的双绞线电缆的 特性。上世纪六十年代以前，均衡器的参数是固定的或平调的，其性能很差。l u c k v 对彭垂应均鬻器鹣礤究终了提大豹囊献，1 9 6 5 年，绝掇据投毒缀大难妥 | 援出了一 种“迫零自适应均衡器”。蒲二年，他又将此算法推广到跟踪方式。l u c k y 的工作 推动了对自适应均衡器的研究。1 9 6 s 年d i t o 独立把照适应均锈器应用予对摭码 闯干扰对高频链路数据传输的影响。1 9 6 7 年，a u s t i n 提出了判决反馈均衡器。 自适应均衡技术的研究 1 9 6 9 年，g e r s h o 以及p r o a k i s 和m 1 l e 使用最小均方误差准则独立的重新描述了自 遗应均衡器问题。1 9 7 0 年，b r a d y 掇出分数间隔自适应均衡器方案。1 9 7 2 年， u n 鹰e 南o e c k 对采_ 籍l 盘适盛最，j 、均方谖差算法静均衡器静收敛性进行了详细的势 析。1 9 7 4 年，g o d a r d 应用卡尔曼滤波器理论推导出了调整横向均衡滤波器抽头加 权系数的一秘裹效葵注妖逮卡尔爨篓洼。1 9 7 8 年，f 蠢c 目帮毯h g 介绍了块 速卡尔曼算法的一种修正，从而将其计算复杂性简化到可与简单的l m s 算法比较 盼程度。s a t o r i u s 和a l “a n d # 在1 9 7 9 年、s a t o 咖s 和p a c k 在1 9 8 1 年证明了色散 倍道格型妇适应均衡器算法的实并 性础“。 均衡器从结构上可以分为三大类即线性、非线性均衡器和格型均衡器；从延 遮线弦头瓣疆主势为羁元阉鞴擅头积分数淹隔麴头均衡器。垒逮癍均麓技术主要 有三类：线性均衡、判决反馈均衡和最大似然序列估计f m l s e ) 。许多滤波器结构 都用来实瑷线性和非线性均筏器，露照，每耪续掬郡有许多算法耀寒调整均衡器。 如果判决信号不作为均衡器的反馈信号，这样的均衡器称为线性均衡器；相反， 如果判决信号d 谯输出的同时又被反馈回均衡器的前端。这样的均衡器叫做非线 健蚜衡器。 自适应均衡器本质上是一个能够自动对系数进行调燕的滤波嚣，自适应均衡 嚣壹于是对未知的辩变售遒挥出於偿，匪秀它嚣要寿特裂蝗算法来更薮系数，竣 雌踪信道的变化。臼适应算法的研究是很复杂的，从总体上可分为迫零算法、最 小均方( l m s ) 算法、递归最二乘s ) 算法和曹自适应算法。其中抽头延迟的线性 澹渡器结褥是均衡器结构中最简单最常用魏模麓。 盲自邋应均衡( 以下简称亩均衡) 这一概念域早由日本学者s a t o 于1 9 7 5 年提出 “，它不 i 嚣要参考傣号来维簿正霉豹z 捧秘转失锬理象发生。困魏，在数字逶售 系统中可以提高信道效率，同时获得更好的均衡性能。商均衡从根本上避免了参 考信号的使恩，收敛范围大，应用范搠广，克服了传统盎适应均铤的缺点，扶露 降低了对倍道和信号的要求，并简恍了通信系统的设计。 盲均榭算法发展到现在可以说是种类繁多，各算法实现的原理、采用的方法 驻及性能搬标氇大穗径庭。衡量一静嚣法豹毪艇主要有潋下，l 方嚣： ( 1 ) 收敛速度如何，在官均衡中这决定该算法能否用于实时系统中。 ( 2 ) 能否获得最优解，在齑均衡中鄄代价甬数缝否收敛至全局矮小点，斑裁是 代价函数的凹性。 ( 3 ) 均衡器收敛到最优解后的剩余误差，这决定了均衡器收敛后系统的误码 黎。 ( 4 ) 算法对计掉量的要求，实现越来的难易程度。 第一章绪论 1 3 本课题的研究内容及主耍工作 第一章簿挚的赍绍了邑透应均衡技术，以及其硪究现状与发攫等。 第二章描述了通信倍道的特性，对无线信遒做了比较详尽的分析，并且给出 了通信信道的傍真模型，介绍了产生褐阍千我的原因戳及一些减少码闯干撬莳措 施，橇述了鲁适瘟均衡匏藤瑷和穗点。 篱三章分缨了囊逢盛均衡器魏继橡，靓括线性撰彝均衡嚣，姆型均簿器，判 决反馈甥簿器以及分数间隔均鸯器喾。对一些缱构邋褥了蕊真。 第四章中对常用的一些自适应算法做了阐述。主要包括追零算法、l m s 算法、 r l s 算法和e 擀a 冀法。路出了上述箨种算法的仿真结聚。 第五章程摇前面静研究缩果，提出了一种改进的快速收敛的l m s 算法，不仅 默理谂土黠这弛改避豹算法避抒了分辑，述给密了铐囊缝果。瑾论分攒帮仿真结 聚都袭冁，这糖改进敷毛m s 算法蠢饕捷嶷游牧敛蛀辘。阉时还挝爨了一静敬进麴 c m a 算法，给出了计算机仿真结果，这种改进的c m a 算法比基本的c m a 算法 阊样裔饕优良的收敛特性，其收敛速魔是c m a 算法的两倍左舞。 第二章傣道、码闻干扰及均衡 第二簟信道、码闻干扰及均衡概述 数字信号臻过信道静蒋输到遮按敢端，雨实际上通信信道是一个梅健复杂翡 函数而且还是时变的。因此接收剿的信号已经发生7 严重的畸变从面产生了码阉 干扰，自适应均德瓣能够孙偿馆邀掰产生的嗡变，著虽投据攘牧馈号的变纯自逶 应算法自动调节均衡器的抽头系数，以跟踪信遂的时变特性。 2 1 信道 任何一个通信聚统可视为由发送设冬、馕遨与接收设餐三大部分组成。赝谓传 输信道指的是以传辕媒质为基础的焦号通路。具体麴谎，它是由凑线和秃线麴电 线路提供的信号通路。它允许信号通过同时又给信号以限制和损害。按传输媒介 豹不同，物瑗信道努为肴线倍道和秃线信道两大类。有线信道包括羽线、对称电 缆、弱辅电缆戳笈先纤等。觅线倍遒商遣渡传播、簸波嚷离藤反射、超短液或微 波无线电接力、人造卫星中继、教袋以及移动无线电痿邋f l ”。 在信邋中发生憋基本物理过程是避磁渡的转援。翔果不管旗滋波传播鹣舆体方 式，则可以发现信道有咀下其同特征：( 1 ) 所霄信道都有输入端和输出端，待传信 母作用在输入端，而输出信号由输出端送给接收设备；( 2 ) 观察表明，缝丈多数俄 道是线性的，齐都输出和输入量的关系满足叠加原理，但在菜些情况下信遒可能 努在 线一陡效应：( 3 ) 售号遥避信道磊量被衰减，戢者谈传播过程中； 入了损耗， 瓣星攒趣缝往燕隧嬖尊援变耗懿；( 4 ) 接号自输入端到臻蹬端要经掰一定豹髓延：f 5 ) 所有信道都存在噪声或者干扰，也就是说，即使没有输入信号，信道也舂输出。 根据以上描述，可以用一个如图2 所示的麟端鼹络来攒述偿道模型，越输出 倍号是 y 9 ) = ，p 】+ 口( 2 1 ) 斌中，【x ( 嘲代表输入信号x o ) 的线性或者非线性变换，”( f ) 代袭加性噪声。 璃二二i 穗嘲 鹫2 ；l 信遘摸溅 在线性条件下，信道的传输特性决定于等效四端网络的传输黼数f t ( w ) 。在一 个相当长的对问斑够( w ) 保姆恒定的储道，称为恒参傣道；否则称为变参铸遂。下 面分别讨论他们的特性及对数据传输的影响。 i 。慑参信道 藿参信道的搀输蘧鼗哥激表示为 自适应均衡技术的研究 只( 们刊皿( ”l p ” ( 2 2 ) 式孛：w z 2 z ，代表角频擎；| 玩 柳| 是信遣瓣捶痉赞经；妒跫信遵豹耀醢特 性。 妥鲤，群对箍定义为 f f ：塑! 塑( 2 3 ) 击v 任何个现实韵信号都将占据菜一频带，即它是出许多不阁频率的分艇构成 的。如果在信号频带内，信道的幅度响应 皿( i 不是常数，信号的各频率分量将 受到不溺豹衰减，在输出蠛凝掬嚣将发生波形舱薄变鬣失粪，这耱失真称为幅度 失真。 如果焱信号额帮蠹，9 ( 呐不是频枣的线性函数，即f ( 哟不是鬻数，那么谊号 的各个频帮分量通过信道后将产生不同的时延，从而引起波形失真。这种失真称 为相位失真或群时豫失真。 一般谎来，信遴扮带宽慧是有疆豹。这静带限信道对数字信号转输静圭瑟影响 是引起码元波形的腠宽，从而产生码间干扰。为了使码间干扰减少到展少的程度， 裁需要采翅垂适应均键技术。 2 变参信道 信道的传输特 眭e 一般都是随时间变化的。邈些变化弼以分为慢变化( 或称长期 赛纯) 和茯交纯( 又称短翁变纯) 。慢变纯和快变化没有十分明确的分界，僵一般认 为在5 分钟或更长时间内才鼎现的变化属于慢变化，而在分秒间恩现的变化属于 恢变纯。 两种变化的原因是截然不同的。慢变化是与传播条件( 如对流屡气象条件、电 离层的状态等1 的变化相关联的。面快变化，又称为快衰落，表璎为接收傣母振憾 和相经的随税起伏，起源予墩波的多径传播。 ( 1 ) 两条射线的雾径 为了矮子裴确多径传搭效痊，首先讨论被瓣线多经僚道。设第二条垂于线稿对 于第一条射线的时瓣为f ( f ) = f 。+ r ( f ) ，这里f 。是f ( r ) 的平均值，f 是r ( f ) 中 随时间变化的部分。一般来说a f ( f ) 是细微的，毽它是以g l 起射频螺位戆显蒜变诧。 如果不考虑信道的醐定衰减，则可得到如图2 2 所示的信道等效模型，图中1 表 示第一条射线，2 表示第二条射线，是第二条射线相对于篇条射线的幅度比。 驻然信道等效模型的传翰函数为 = 1 + ，p j 【埘+ 帅) l ( 2 4 ) 第二章信道、码间干扰及均衡概述 式中妒o ) = w 苫( r ) ，w = 2 玎，。 鸯或拉一4 ，经过一鉴代数运舞哥褥售邂豹摄疆特穗帮群辩延特蛙分裂为 一( w ，f ) = 1 十2 r c o s w o + 妒( f ) 】+ r 2( 2 5 ) 撕即。高器器 ， 瓣延 图2 2 取射线信道等效模型 援应的特性遗绫絮墨2 + 3 簇示，这蔗菜一藿裳舞劐瓣培遵特性。 t ( a ) w ( b ) 窭2 。3 躜嚣线 g 莲黄辕特性 由式( 2 5 ) 可以看出，当。+ 妒( ，) = ( 2 h + l 研时，出现幅度谷点。相应有 氏= l r = 导 当w + 妒( f ) = 2 时，出现幅度峰值，稆应有 如。= 】+ r 瓦。= 鲁 闵为妒( ) 是随列阍变化的，故峰筐移谷点在频率辘t 鲢未戋鹾瞧将陵蓑时闻不鞭 移动。信道的这种时变特- 睫对信号传输的影响可分为下列两种情况。 鑫逶麓辫瓣技术鸵礤竞 寒带信号；这是揆傣号频带嚣“i ，气魏馕况。窜带信号谶过信道囊，剐频 率分蠹静辆度帮鞠位一致瓣戒程关麓) 随程瓣燮纯，嚣露波形不会失真，这静翡形 称为平瑷衰落。主要润题楚髂号电平陡瓿熬扶，在慕嫠辩闻下海剩指定静门限以 下，甚至嚣致遥穰舔薅中断。我外，襄蘑s l 藤粒稿毽戆柱季萼动鼹予慕黪鼹稔系统 瞧是螫绥考露鹣骧素。 ( 婶寒带蘩号：出图2 3 可知，警绥号鼹宽与i 哥耀毙较对，信号麴务频攀 分量将经受不稳荚麴褒落，这藏燕瓣潺麴频攀选择程衰落。它豹主要影蟪是；| 趣 德号渡澎失真。对子数字邋薅来说，菇主要髋密是造成弼阗予挽。 斑蕊囊黪分氍霹驻弼遴，；l 起侠衰落蕊主要器溅燕貉镁薅延差矗f 辞。闲 舻) ；w - 矗雄) ，矗f 8 ) 鹣确，j 、变纯簸会使羹重额傣母变佑款孤发，嚣条隽乎线对箍溺 穗耱热，聪露爱稠抵溃，敬合成爨母鹣潺瘦发生大越大蒋。毽寝落躲深瘦及颤率 选择瞧决定予骥液跣r 与露惩差驰秘篷气。r 越羧运予l ，衰落深嶷越太。龟蘧大， 匏散( 务频率分蠡传播速度不同) 越严蓬，信瀵允许遥避豹薅号频爨越低。 ( 2 ) n 条囊垂线瓣多较 设傣筵耋辕入为x 擘) = e w ( 旗囊为i 勰正弦渡) ，臻穗道懿输出为 j ，譬# 一“ 】8 ” ( 2 7 ) f 式中琏，t 分划是簿f 象瓣线瓣壤瘦秘臻霞。 考纛烈 f ；g ) 嚣f + 矗t 9 ) i = 寺t 显褰疆斑缀定f 楚与时阉无荧懿鬻数，式稼一7 ，可变或 爽婷= 【辱p 8 扣”+ ( 2 一s ) 式中识 k 时，判以为“1 ”； 当( 瓦+ 岛) 时，判镶为“o ”。 鼹然，灵有当码间干扰值和噪声足够小的时候，才能基本保证上述判决的正确， 否则，有可能发生锚判，造成误码。因此，为了使误码窭尽可能的小，必须最大 隈疫静减少码淹予魏和隧祝噪声的影璃。 由式( 2 2 2 ) 可知，若想消除码间干扰，应该有 q 自f ( 女) t + 气】= o ”# 女 由于d 。是随机的，臻想通过备项相互抵消使码问干扰为0 是不行的，这就需要对 女( ) 魄波形接 e 要戡，魏累掇邻玛元竣翦一个鹤元终波形到达瑟一个码元撼咎判凌 时刻时已缎衰减到o ，就能满足要求。但这样的波形不易实现，因为实际中 ( r ) 的 第章信道、码间干扰及均衡概述 渡形有很长的“拖尾”，也正是由于每个码元的“拖尾”造成对相邻码元的干扰， 但只要让它在岛+ ，f 。+ 2 z 等屠面码元抽样时刻上正好为0 ，就能消除码阅干扰。 遮也是清除码淘干扰韵基本憋憨。 由 ( f ) 和日( w ) 之间的关系可知，如何形成台适的 ( r ) 波形，实际上就悬如何 设计丑( 蚋特性靛蠢题。在不考虑噪声鹣蘩嚣下，馁设莹遴耱接瞧滤波器赞造藏豹 延迟 = o 时，无码间干扰的系统冲击响应应该满足f 式： s 暇) = 为妻盏数 ：峭) 式( 2 2 3 ) 说蹲无码阍千抗的数字通信系统蝇冲蠢喃应除# 一o 时亥4 取值甭为o 於， 其他抽样时刻f = 上的抽样值均为o 。由 ( f ) 和日( 呐之阙的装系可以捺导出 ( w ) 满足如下关系式： 科( w + 三笋) = i ，| w 悔- 争 ( 2 2 4 ) 该萘 孛豫为奈奎赣黪第一难测。它为我嚣j 提供了糗验一个绘定系统褥注目( 均是否 产生码间干扰的方i 去。 2 4 翻适应均衡的原理和特点 理论豁实践谨鞠，在数字逶售系绞中捶入一静可谓滤渡嚣可戬校正帮 偿系 统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。图2 8 是 带均衡器的数字通僚系统的等效模型 发送 接较 聪靠) 图2 8 带均衡器的数字通信系缆的等效模捌 由鼹2 s 可知，整个数字逶售系统蒽鲢传辕特戆为 h ( w ) 嚣q ( w ) c ( w ) g 。( w ) 晚( w ) ( 2 2 5 ) 逶霉饕发送滤波嚣霉嚣接收滤波器竣诗成匿酝祷，焉均衡器薅米 偿信遂静畸 变，即均衡器的传输函数满足： 净赢2 表丽8 ”3 ( 2 t 国 p鐾萎 觑适应均樾技术的研究 均衡嚣通常是弼滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得 到的释调辍爨样搴，燕经过均豁器修正趱鲍或者瀵除了鹦燃于摭之簸豹撵本。垂 逶瘦均赞器蠢接扶蒋输翡实舔数字信号中摄摇菜种算法不凝诿墼壤藏，困猫戆适 应倍道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的工作状态，从而有更好的失真补偿 性熊。 自适废均衡器一般包含两种工作模式，即训练模式和跟踪模式。酋先，发射机 发射一个基鬟嚣醣定长舱诞练窍捌，疆便蔹投撬楚黪均衡器珂班擞出_ j _ i 三确静设嚣。 典型熬替；练垮捌是一个= 进瓤伪疆撬嵇琴或是一攀预先指定拣数据经，蔼紧撩在 训练序列履被传送的魁用户数据。接收机处的均镦器将通过递归簿法来评估傣道 特性，并且修正滤波嚣系数以对信遭做出补偿。在设计l l 练序列时，要求骰到即 使在最差的信道条件下，均衡器也能通过这个训练序列获得正确的滤波系数。这 样裁可鞋在收到剥练潆列看，使得筠衡器的滤波系数己经接近予敲俊值。丽在接 收数据对，均衡器靛秘适应簿滚就可黻舔踪不断楚仡酌僚遵，自适应均衡器褥不 断改变其滤波特性。 均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程是均簧爨算法、终梅和退嬉变戴率 的函数。为了能有效的消除码间干扰，均衡器需要周期性的做重复训练。在数字 通信系统中弼户数据怒被分为著干段并被放在捅废的时间段中传送的，每当收到 新的时蠲段，筠衡器将用同样韵诩练序弼进行修正。均衡器一般被放在接收机的 纂豢或中频部分实现，基带包终鳇复数表达式霹娃籀述带邋信号波形，所鞋信遵 畹瘦、解调壤号霸蠡逵应算法避常都霹鞋在基喾帮分被铸冀和实观。 2 5 本蘩小缀 套子楼道托嚣理想特性楚产生玛溺手撬鳇主要霾素，鞠建本攀越先分耩了各 耪遴信信邀魏特蛙，建j 迦基戳上提出了透信信避麴数学 一w 。( 哟x ( 磅0 2 ) 显然，自适应均衡器的原理是用误差序列e ( n ) 按照某种准则和算法对其系数 w 锄进行调整，最终使自嚣癍均餐嚣瓣伐给( 嚣挺) 函数爨枣纯，达至l 最鹱缝衡薛 网的。实际使用中，均衡器系数可通过迫零准则或最小均方准则( m m s e ) 获得。对 予迫零准则，调整均循器系数使稳定烯的所有栉值冲击响应具有最小的码间干扰； 褥m m s 准则前均衡器系数调整是为了使期勰倍号靠( ) 和均衡器输出倍号y 枷) 之间的均方误差最小。无论是基于m m s e 准则还是迫零准则无限抽头的线性横向 均餐器在秃曝情况下壹嚣上酃跫羡遭懿遂滤渡嚣，麴采鸯崽噪声嚣耱准剽间会有 麓别【4 。在m m s e 准则下，均衡器抽头对加性噪声和信道畸变均进行补偿，补偿 包括相位鞠幅度鹾个方西；蕊基于追零准则的如鼍忽略噪声的影嚷。 线性横向均衡器最大的优点就在于其结构非常简单，容易实现，因此在各种 数字通信繇统中得到了广泛的应用。但是其结构决定了两个难以克服的缺点：其 靛是噪声静壤强会使线毪横蠢筠衡器无法均衡其有深度零点懿信道为了 偿信道的深度零点，线性横向均衡器必须有高增益的频率响应，然而同时无法避 免的也会放大噪声；另一个翘题是线性横向均袋器与接收信号魄摄度信息关系密 切，而幅度会随着多径衰落信道中相邻码元的改变而改变，因此滤波器抽头系数 的调整不是独立的。出于以上两点线性横向均衡器在畸变严重的信道和低信噪比 ( s n 鼬环境中性能较差，耐虽均衡器的抽头调整相互瓣晌，孰丽需要更多的擒头 第三章均衡器魏络鞫 数秘。 3 。2 线性格型均衡器m l 酗 格罄滤波嚣 l 饿t i c e 秘l t c 甥凝旱是穗m a 醅l 。迸予i 9 7 7 年挺出的壮”，错袋耀豹方 法在当时被称为线性预铡的糨激方法，瞒被称为椿型滤波器。这种格型滤波嚣其 露_ 荚据辩拣翁结秘：瓣趣爱瓣蒜数怒嚣翻菠射系数豹共据。耩塑滤波器鼗突密豹 特点是髑部相差联的模块他结构。格凝系数对于数值扰动静低灵敏型，以及格型 黪法对予攘号娅方蓑鳆簿姆缎慧扩数麴锶对穰蠖，使褥其簿法基鸯抉速收敛敬往 遵数馕特链。 因为蜜际中，镄道特性秃法知道，掰以也就难以健计需簧的滤波嚣阶数。蔼 翔猿整滤波祷稼为巍遁斑稳衡器静结橡对，可棼王麓态静调熬囊逡疲均衡器豹缝鞫 以满足实际的均衡稀球面不必薰新设定均衡器的阶数和璧新扁动自遗应算法。 露黧3 ，2 辑拳为襁型均鹰嚣麴臻构搀嚣，簸入信芎x 糖) 棱转羧藏一缀n 蹬戆 裁商积葳向误蒺髂弩，石( 螂( = o ，一1 ) 鲻佟蕊法器的输入，熟( f = 毽，1 ) 餍予计算照勰系数，格篷滤波器的每一步可耀一f 蕊鳇式子袋征m l ： ( 谚兰魂辩) 譬x ( n )( 3 3 ) f 丢秭) = x 瀚髟# 一力。，磅+ 墨，( 国每一，0 一1 ) 一4 ) 如l 鱼h ) = x 西一蛰一艺为x ( 扮一f + 力= 岛一；如一蛩+ 嚣。枷南嵇) ( 3 一匐 脚 j 一一丛生 麓3 2 线性拣# 均翡嚣 蒸中茂( n ) 燕捺爱滤波器簿f 步的反射系数。痰馈疆蒺信号巍掰作衡缀均衡器的捷 头系数。 鑫遥感鹭鬻技术懿磷究 令均衡器抽头聚数矢繁为w ( 璃= 【鹄哟喝( # ) w k ；和磅r ，b ( 固为爱镶误 差信号矢爨，静b ( ”) = 魏国) 琏( # ) k 。( ”疹，鞫垮畿器豹辏壅霹表示鸯 绷 一 y ( ”) = 乞磷( # 强( 国= w ( # 撙( 口) ( 3 一婶 * 耀 雩可褥调整骞邋斑赣法麴谈麓率剜麓 霉( 毋= 寤( 辩) 一炎n ) = d ( 啦w 。( 妨b ( 国( 3 一动 貉黧均衡器巍予在动态调整蹬数静对镁不嚣要重薪藏动蠡逐斑冀法，因嚣在 露法丈壤楼诗信邀耱蛙懿蹲馁嚣露寄秘，可敬嶷瑶格黧均簿器豹逐步遮我斑褥羁 最佳缒狳数，另雏戆鍪蚜衡器考骜挽趣豹牧教特矮秘数壤稳定瞧，这些郝毒剩予 在囊速豹数字运铸魏深度囊落戆信邀中壤矮撬型均衡器。但是辩蓊嚣辑讨论匏那 襻，穰麓均磐嚣懿缝褥毪较囊杂，蜜凌怒寒潮黩，扶嚣袋裁了椿囊稳饕嚣在数享 邂壤中静您矮。 3 3 爨决蔽谈均德器 7 动 谚鲡疆鼍瓣绫瞧穗餐器蔑了於簇僚遵豹深度零赢露壤大壤黢鼠嚣惫旅大了嗓 声，囡藏程商深纛谱零点熟带遥偿邋串线性垮辍器 生糍不健。然孺对予这样的恶 鍪信遵，箩# 决反馈稳餐器 _ 予存在蘑不受噪声增羲影灏瓣反馈郄分嚣磊链辘圣| | l 予 线瞧横彝均辫嚣1 7 j 。 判决厦馈均餐鹣基本方法就是一量绩息簿母经撞瓣犟拜潮块以蘑，它对骧惹露 号戆予貔在其捡溅之蕊霹淤被继诗劳涟藏。莛绣鞠翔囊3 。3 掰承。龟撬嚣个接头 延迟滤波器：一个是翦囊滤浚嚣( 鞭f ) ，曼一个怒反淹滤波嚣疆8 f ) 。f f f 魏翰 蜒! 。 餐3 3 决夏续篷麓器 入悬接收滤波器鹩输出，其 乍嚣l 翻瑷理与裁蕊讨论的线蠖横向均衡器娄钕；f 8 f 的壤入憝魏决器瓣燕裁辕斑，冀系数可以遥过调整减弱警蕊髂诗中静弼瓣予撬。 冀孛f f f 抽头系数瓣个数为l 两f 8 f 孝垂头系数豹个数为m 。 第三章均衡器麴缩构 令礤f 的糖头幕数矢整为w ，( n ) = f 敝。( 两m 。( n ) ( n 掺，f b f 瓣 螽头 系数矢蛩为w 。( ) = 鸭( 哟也( w k ( 哟r ，两滤波瓣组合接头系数艇避 w = 融，7 ) w 2 7 ( ”溪，麟 w ( # ) = 【憋。”) 址( ) ( ) 啦( ) ”k ( # ) r 鞠避群令疆# 豹辘a 穗学舞鬃鸯x ) = 【x 协十三) x 国+ 玲磅尹，文”) 为 判决嚣的输粥嵇弩，剃f 抟f 锯缓延遮褥刘静信母矢鲎必截= 【蔽”一1 ) 毒国一2 ) 0 印一耐。因此硪定义f f f 秘f b f 联合弱信号矢鲎为i ( # ) = 【x 7 睁妒( ) 罗， 剡 i ( 砖。缸缔+ 上) j 伽士1 ) z 吐毒轴一1 ) 文n 一2 ) 反”一硝谬 内强3 。3 碍褥巍决蔽馈均衡嚣孵输出为 爽哟。粒，( # 扭如+ o + 磷反# 一 兰w 1 7 ( 趋) x ( 群) 十w ，( 妨a ( h ) 硼帅。叫猢 = w 7 翰l ( 栉)箨一8 ) 予漫谟蒺e ( 啦垮劐巍 e ( 辩) 搿d ( 嚣) y ( 哟 * 疗f 国一w 2 ) x ( 撵)( 3 9 ) d f 嚣邋道使帮f f f 粼f b f 努剐补偿出信道将来鞠过去时荆的 中击嫡应产生靛 信号瓣交。f f f 暹过麓蟋寒寒l 到懿磷元游豫l s l ，薅鸯獬个拣燕熬f 嚣f 莲 | 溪避 镁鞠过去时剿鹣璐无疑警蓊嵇诗德中消豫1 s l ，鞠张f 猕涮前翱千就，雨h 谗抑铡 感续于扰。 潮决菠镄均衡器( d f 黝的缬掏是霄诲多优点，誊剿浃整错瓣瞧簸粒影嘛胃忽踌 附d f e 优于线性均衡器，垦蕊县见相对予线性均衡器加入判决反馈部分彳罨到蛙 熊土稠警夹瓣改善，爱馊酃分溃除了爨巍蘸镀检测镑号# | 越豹符警翔予撬，铡赫 确对予疆e 较小躺嗓声蹭益和m s e 、榴对于粥l s 8 和播囊绪构的低逡算复杂麓、 期黠予攮彝煞霉驽更辔耪达到穗悫饿篷等等释j 。 然j | id 鞭续梅黼褊熬主蜜越题之一怒错误穆播，镄瀑抟撩是出于对信息的不 藏确判决黼产生的，铺瀑信恩的反馈会影响：f b f 穗分扶斑影响来来信息的剡决， 自适斑均衡技术的研究 在，j 、信蠛比( s n r m 。在 许多实际应用中，经常使蝴z 2 删隔的均衡器。 第三章均衡器的雅构 分数阐隅均衡始的频翠嗣压为 扩印= 蛳e 一“” 式中f ；a 缳，。嬲均赞嚣瓣频谱为 y y w ) 篇妒哪爿。( w ) 圳( 叻毒莓脚一等擎 圳c 嚣砂一得肿等瑚 由于当i w p 笔芽时，置( w ) = o ，所以式( 3 一1 5 ) 可以表示为 y 蝴= 扩劝z 奶 = 矽聊置( 奶e 蠊， w 鲁 ( 3 一1 4 ) ( 3 一1 5 ) ( 3 1 6 ) 可以看出，分数间隔均衡器避免了因欠采样引起的频谱混疆，因而可用于补 髅接收傣号中弱倍道畸变。这正是分数阚隔均衡器对输入信号摇( i + 芦) ，速率进 行采榉静秘的辨在。 在输出端，分数间隔均衡器和碣元间隔均獬器一样，也是熙码攀对均糍爨输出 信号采样。由式( 3 一1 6 ) 易知，分数间隔均簿器簸出信号的频谱由下式绘擞； y 舻￥。一型豫细望一静f 卜1 7 ) ? ? ：霉 综上所述，最健分数问隔均衡器等价于由践配滤波器后接波特间隔均衡器的 糍佳线涟接牧枫。线性调毒l 系统静最键接救滤波器是级袋予实际惯道魏一个匹配 滤波器。瓣对交债遒系统豹簸佳接粳蹙采用蕊配滤波器和一个黼隔抽头静均衡 器。一个以码元速率取样的置闻隔均德器不能形成匹怒滤波器，趱f s e 是以不甄 予奈奎斯特速率取样，可以达到匹簸滤波器帮阔嗫均缀嚣特性的最好缀含，嚣 f s e 可以构成一个最好的自适应匹配滤波器，且f s e 在较低噪声环境下可以补偿 受严重的时延和幅度失真。f s e 对采样器噪声不敏感，这也是由于没有频谱重叠 魏象而产生韵优点。 置闻隰均鬻爨与墨，2 黪f s e 期比较，具蠢阁样抽头系数翡f s 嚣( 憨戆潮黪距为 f 阚瞩均攥器的一半建e 能髋予或相凰予t 闻蕊垮囊器。，2 静 s 鬈不蓠簧羧竣璐 成滤波器。在严蘑延时失真的信道，r 间隔均衡器明慰茬子t 2 的f s e 。 另外，分数润黼均衡器的必要憔也可从