毕设阅读文献报告

通信在日常生活中已经成为不可或缺的一部分 为人们的学习 生活提供服务与帮 助 在人们的生活水平日益提高的今天 对通信行业的发展要求也与日俱增 怎样使通信 技术提高 通信质量良好以及通信服务的完善已经成为通信行业必须攻克的难题 在未来 的通信发展起着决定性的作用 在这里 不得不提到通信质量的问题 从有线链路到无线 链路 从 2G 网络到 3G 网络 面临的干扰与衰落问题越来越复杂 如何进一步保证其接受 信号的质量呢 有很多种方式 也有很多种技术 大体分为四种 一 信道编码 通过引入可控制的冗余比特使信息序列的各码元和添加的冗余码之 间存在相关性 在接收端信道译码器根据这种相关性对接受的序列进行检查 从中纠错来 减少信道噪声或干扰的影响以改善通信链路性能的技术 二 均衡技术 在接收端设计一个称之为均衡器的网络以补偿信道引起的失真 三 扩频技术 在频率个时间上分集来克服多径干扰 是第三代移动通信无线传输 的主流技术 这些技术都能够有效地抗干扰 抗衰落 使接收信号能够以良好的质量传输 这里要仔细说明的是随参信道的自适应均衡技术及其仿真 四 分集技术 把接受到的多个衰落独立的信号加以处理 合理地利用这些信号的 能量减小在平坦性衰落信道上接收信号的衰落深度和衰落的持续时间 来改善接受信号的 质量 信道是通信系统必不可少的组成部分 其特性对于信号传输有很大的影响 而信道 中的噪声又不是不可避免的 从信号传输的角度看 信道特性和信道加性噪声是影响通信 系统性能的两个重要因素 信道有多种分类方法 比如按信道的物理性质 信道可以分为 有线信道 光信道和无线信道 按接收码元序列中 错码分布的不同 信道分为 随机信 道 突发信道和混合信道 按信道的组成分又为狭义信道和广义信道 狭义信道就是信号 的传输媒质 如光线 铜线 无线 微波等物理信道 如果除传播媒质 还包括通信系统 的某些设备 如收发机 调制解调器等构成的系统成为广义信道 我们重点区别恒参信道和随参信道 以便更能了解掌握随参信道的基本特点及怎样 准确建立随参信道的模型及其仿真方法 有线信道 典型特例 部分的无线信道 例无线 电视距中继信道 卫星中继信道 被看做是恒参信道 其特点是信道的性质 参数 相对 稳定 不随时间变化或基本不变 也就是说 不考虑信道加性噪声时 恒参信道的数学模 型可以看作是一个非时变线性网络 而随参信道则大不相同 会由于传输煤质的随机变化 和电磁信号的多径传输而随机变化 其中传输媒质的影响比较主要 而转换器的特性的影 响是次要的 甚至可以忽略不计 随参信道的传输媒质具有以下三大特点 一 对信号的衰减随时间而变化 二 传输的时延随时间而变 三 多径传输 这些都会导致对传输信号质量的影响 影响分为两类 一 多径传播造成瑞利型衰落及频率弥散 信号的包络随时间变化 接收信号变成 衰落信号 包络服从瑞利分布的衰落 称谓瑞利型衰落 频率也有了扩展 从频谱上看 多径传播引起了频率扩散 即由单个频率变成一个窄带频谱 二 多径传播可能产生频率选择性衰落 即信道对信号的不同频率分量将收到不同 程度的衰减 相对时延差是随时间变化的 故传输特性也随时间变化 典型的随参信道模型有短波电离层反射信道 超短波及微波对流层散射信道和移动通信信 道等无线信道 在移动无线信道中 当电磁波的传播延迟与码元间隔 如高传码率 相比 不能被忽略时 表现为频率选择性信道类型 出现这种情况时 数字信号波形产生严重失 真 引起很大误码 严重时不能正常通信 此时采用自适应均衡技术来减少频率选择性衰 落的影响 以保证通信质量 什么是均衡技术呢 它的原理及特点是什么呢 具体分类又有哪些呢 通过阅读大 量的文献书籍 我收获颇多 并且对均衡技术有了更深一层的认知 也希望可以通过自均 衡技术改善随参信道的频率选择性无线移动通信的通信质量 均衡技术的基本原理 理论 和实践证明 在数字通信系统中插入一种可调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 它加载在信号接收端 能够有效的补 偿信道引起的失真 均衡器通常是用滤波器来实现的 使用滤波器来补偿失真的脉冲 判 决器得到的解调输出样本 是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本 自适 应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益 因而能适应信道的随 机变化 使均衡器总是保持最佳的状态 从而有更好的失真补偿性能 自适应均衡器的工作模式 即训练模式和跟踪模式 首先 发射机发射一个己知 的定长的训练序列 以便接收机处的均衡器可以做出正确的设置 典型的训练序列是一个 二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位 而紧跟在训练序列后被传送的是用户数据 接收机处的均衡器将通过递归算法来评估信道特性 并且修正滤波器系数以对信道做出补 偿 在设计训练序列时 要求做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 这样就可以在收到训练序列后 使得均衡器的滤波系数已经接近 于最佳值 而在接收数据时 均衡器的自适应算法就可以跟踪不断变化的信道 自适应均 衡器将不断改变其滤波特性 均衡器从调整参数至形成收敛 整个过程是均衡器算法 结 构和通信变化率的函数 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 在数字通信系统中用户数据是被分为若干段并被放在相应的时间段中传送的 每当收到新 的时间段 均衡器将用同样的训练序列进行修正 均衡器一般被放在接收机的基带或中频 部分实现 基带包络的复数表达式可以描述带通信号波形 所以信道响应 解调信号和自 适应算法通常都可以在基带部分被仿真和实现 均衡器的结构分类 可以分为两大类 线性和非线性均衡器 这些种类是由自适 应均衡器的输出接下来是如何控制均衡器来划分的 判决器决定了接收数字信号比特的值 并应用门限电平来决定 d r 的值 如果 d r 没用在反馈路径中调整均衡器 均衡器就是线性 的 另一方面 如果 d r 反馈回来调整均衡器 则为非线性均衡 线性均衡器包括线性横 向均衡器 线性格型均衡器等等 非线性均衡器包括判决反馈均衡器 最大似然序列均衡 器等等 在这里主要介绍实际中应用较广的线性横向均衡器 线性格型均衡器 判决反馈 均衡器及分数间隔均衡器 按照抽样间隔的不同 均衡器还可以分为码元间隔均衡器和分 数间隔均衡器 实际中码元间隔均衡器使用比较多 但是性能上却不如分数间隔均衡器的 好 简要介绍几种均衡器 1 线性横向均衡器 LTE 线性横向均衡器是自适应均衡方案中最简单的形式 它的基本框图如图所示 图中 输入信号的将来值 当前值及过去值 均被均衡器时变抽 头系数进行线性加权求和后得到输出 然后根据输出值和理想值之间的差别按照一定的自 适应算法调整滤波器抽头系数 在实际应用中 期望信号 d n 是未知的 否则也就失去了 通信的意义 为使参数调整得以顺利进行 一种折中的方法是把由输出信号 Y n 进行判决 所得的估计信号 d n 作为期望信号 事实上 在这种情况下 整个数字均衡器已经成了一 个非线性系统 因为其收敛特性的分析是相当繁难的 但是在信道畸变不是异乎寻常的严 重的情况下 其收敛性是可以得到保证的 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系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 其一就是噪声的增强会使线性横向均衡器无法均衡具有深度零点的信道 为了补偿信道的深度零点 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 另一个问题是线性横向均衡器与接收信号的幅度信息关系密切 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 由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 SNR 环境中性能较差 而且均衡器的抽头调整相互影响 从而需要更多的抽头数目 2 线性格型均衡器 LLE 格型滤波器 Latice Filter 最早是由 Makhoul 于 1977 年提出的 所采用的方法在当时被称为线性预测的格型方法 后被称为格型滤波器 这种 格型滤波器具有共扼对称的结构 前向反射系数是后向反射系数的共扼 格型滤波器最突 出的特点是局部相关联的模块化结构 格型系数对于数值扰动的低灵敏型 以及格型算法 对于信号协方差矩阵特征值扩散的相对惰性 使得其算法具有快速收敛和优良数值特性 因为实际中 信道特性无法知道 所以也就难以估计需要的滤波器阶数 而用格型滤波器 作为自适应均衡器的结构时 可以动态的调整自适应均衡器的结构以满足实际的均衡需求 而不必重新设定均衡器的阶数和重新启动自适应算法 如图所示为格型均衡器的结构框图 格型均衡器由于在动态调整阶数的时候不需要重新启动自适应算法 因而在无法大概估计 信道特性的时候非常有利 可以利用格型均衡器的逐步迭代而得到最佳的阶数 另外格型 均衡器有着优良的收敛特性和数值稳定性 这些都有利于在高速的数字通信和深度衰落的 信道中使用格型均衡器 但是如前面所讨论的那样 格型均衡器的结构比较复杂 实现起 来困难 从而限制了格型均衡器在数字通信中的应用 3 判决反馈均衡器 DFE 诸如 LTE 的线性均衡器为了补偿信道的深度零点而 增大增益从而也放大了噪声 因此在有深度谱零点的带通信道中线性均衡器性能不佳 然 而对于这样的恶劣信道 判决反馈均衡器由于存在着不受噪声增益影响的反馈部分因而性 能优于线性横向均衡器 判决反馈均衡的基本方法就是一旦信息符号经检测和判决以后 它对随后信号的于扰在其检测之前可以被估计并消减 其结构如图所示 包括两个抽头延 迟滤波器 一个是前向滤波器 FFF 另一个是反向滤波器 FBF 其作用和原理与前面讨 论的线性横向均衡器类似 FBF 的输入是判决器的先前输出 其系数可以通过调整减弱当 前估计中的码间干扰 其中 FFF 抽头系数的个数为 L 而 FBF 抽头系数的个数为 M 判决 反馈均衡器 DFE 的结构具有许多优点 当判决差错对性能的影响可忽略时 DFE 优于线性 均衡器 显而易见相对于线性均衡器加入判决反馈部分可得到性能上相当大的改善 反馈 部分消除了由先前被检测符号引起的符号间干扰 例如相对于 LTE 较小的噪声增益和 MSE 相对于 MLSE 和格型结构的低运算复杂度 相对于横向结构更容易达到稳态性能等等 然而 DFE 结构面临的主要问题之一是错误传播 错误传播是由于对信息的不正确判决而产 生的 错误信息的反馈会影响 FBF 部分从而影响未来信息的判决 另一问题是移动通信中 的收敛速度 4 分数间隔均衡器 FSE 最佳分数间隔均衡器等价于由匹配滤波器后接波特 间隔均衡器的最佳线性接收机 线性调制系统的最佳接收滤波器是级联于实际信道的一个 匹配滤波器 对时变信道系统的最佳接收是采用匹配滤波器和一个 T 间隔抽头的均衡器 一个以码元速率取样的 T 间隔均衡器不能形成匹配滤波器 而 FSE 是以不低于奈奎斯特速 率取样 可以达到匹 W 滤波器和 T 间隔均衡器特性的最好组合 即 FSE 可以构成一个最 好的自适应匹配滤波器 且 FSE 在较低噪声环境下可以补偿更严重的时延和幅度失真 FSE 对采样器噪声不敏感 这也是由于没有频谱重叠现象而产生的优点 均衡器的作用分类 均衡器的设计与信号性质有关 对传输电话信号 由于人耳 对相位不敏感 只对传输信道的幅 频特性提出要求就够了 传输电视信号时 对传输信道的 幅 频 相 频特性都有要求 否则图像就失真 电子计算机输出的数字电码脉冲也对幅 频 相 频特性有要求 因为波形畸变会因码间干扰而导致误码 均衡作用可分为频域均衡 包 括幅度均衡 相位或时延均衡 和时域均衡 前者是校正频率特性 后者是直接校正畸变 波形 按调节方法还可分为固定均衡和可变均衡 可变均衡又可细分为手动均衡和自适应 自动 均衡 自适应均衡算的简介 自适应均衡器的原理就是按照某种准则和算法对其系数进 行调整最终使自适应均衡器的代价 目标 函数最小化 达到最佳均衡的目的 而各种调整 系数的算法就称为自适应算法 自适应算法是根据某个最优准则来设计的 最常用的自适 应算法有迫零算法 最陡下降算法 LMS 算法 RLS 算法以及各种盲均衡算法等 自适应 算法所采用的最优准则有最小均方误差 LMS 准则 最小二乘 LS 准则 最大信嗓比准则 和统计检测准则等 其中最小均方误差 LMS 准则和最小二乘 LS 准则是目前最为流行的 自适应算法准则 由此可见 LMS 算法和 RLS 算法由于采用的最优准则不同 因此这两种 算法在性能 复杂度等方面均有许多差别 一种算法性能的好坏可以通过几个常用的指标 来衡量 例如收敛速度一一通常用算法达到稳定状态 即与最优值的接近程度达到一定值 的迭代次数表示 误调比 实际均方误差相对于算法的最小均方误差的平均偏差 运算 复杂度 完成一次完整迭代所需的运算次数 跟踪性能一一一对信道时变统计特性的自适 应能力 在信息日益膨胀的数字化 信息化时代 通信系统担负了重大的任务 这要求数 字通信系统向着高速率 高可靠性的方向发展 信道均衡是通信系统中一项重要的技术 能够很好的补偿信道的非理想特性 从而减轻信号的畸变 降低误码率在高速通信 无线 通信领域 信道对信号的畸变将更加的严重 因此信道均衡技术是不可或缺的 自适应均 衡能够自动的调节系数从而跟踪信道 成为通信系