基于MATLAB自适应均衡器说明书

洗手洗手洗手电子信息系洗手洗手综合课程设计洗手洗手洗手基于MATLAB的自适应均衡器设计洗手洗手洗手洗手洗手洗手专业名称通信工程班级学号学生姓名指导教师设计时间20101220201117洗手1洗手课程设计任务书洗手洗手专业BEEF学号BEEF学生姓名（签名）BEEF洗手洗手设计题目BEEF基于MATLAB的自适应均衡器设计洗手一、BEEF设计实验条件洗手实验室，吃饭MATLAB软件洗手二、BEEF设计任务及要求洗手1课题要求系统学习时域均衡原理，吃饭掌握理论知识；BEEF洗手2首先进行时域均衡原理和算法设计，吃饭再在所用的仿真软件MATLAB上对设计进行仿真分析，吃饭最后写实验报告；BEEF洗手3对整个系统设计进行回顾，吃饭总结心得。洗手洗手三、BEEF设计报告的内容洗手设计题目与设计任务（设计任务书）洗手前言（绪论）设计的目的、BEEF意义等洗手设计主体（各部分设计内容、BEEF分析、BEEF结论等）洗手结束语（设计的收获、BEEF体会等）洗手参考资料洗手洗手四、BEEF设计时间与安排洗手1、BEEF设计时间BEEF3周洗手2、BEEF设计时间安排BEEF洗手熟悉实验设备、BEEF收集资料4天洗手设计图纸、BEEF实验、BEEF计算、BEEF程序编写调试7天洗手编写课程设计报告3天洗手答辩1天洗手2洗手基于MATLAB的自适应均衡器设计洗手设计目的及意义BEEF洗手通过本学期通信原理课程的学习，吃饭主要对数字信号系统的通信原理、BEEF传输机制等有了系统深入的了解。洗手而实践性的课程设计能够起到提高综合运用能力，吃饭加强理论知识的学习，吃饭提高实验技术，吃饭启发创造新思想的效果。洗手洗手此次课程设计是自适应均衡器设计。洗手我们按照查找资料、BEEF软件选择、BEEF系统设计、BEEF仿真实现、BEEF结果优化这一流程进行。洗手不仅使我们进一步巩固了课程知识，吃饭也提高了我们分析问题、BEEF解决问题的能力。洗手洗手二、BEEF设计主体BEEF洗手1、BEEF设计原理洗手数字信号经过这样的信道传输以后，吃饭由于受到了信道的非理想特性的影响，吃饭在接收端就会产生码间干扰ISI，吃饭使系统误码率上升，吃饭严重情况下使系统无法继续正常工作。洗手理论和实践证明，吃饭在接收系统中插入一种滤波器，吃饭可以校正和补偿系统特性，吃饭减少码间干扰的影响。洗手这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。洗手洗手时域均衡是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形，吃饭使包括均衡器在内的整个系统的冲击响应满无码间串扰条件。洗手频域均衡是从校正系统频率特性出发，吃饭使包括均衡器的基带系统的总特性满足无失真传输条件；BEEF频域均衡在信道特性不变，吃饭且在传输低速数据时是适用的。洗手而时域均衡可以根据信道特性的变化进行调整，吃饭能够有效地减小码间串扰，吃饭故在高速数据传输中得以广泛应用。洗手洗手洗手图1数字基带传输系统洗手在实际中，吃饭当数字基带传输系统（如图1）的特性不满RTGCH足奈奎斯特第一准则时，吃饭就会产生有码间串扰的响应波形。洗手现在我们来证明BEEF如果在接收滤波器和抽样判决之间插入一个称之为横向滤波器的可调滤波器，吃饭其冲激响应为洗手3洗手NSTNTTCTH其中，吃饭洗手DENTHSSJNTIS2完全依赖于H，吃饭那么，吃饭理论上就可消除抽样时刻上的码间串扰。洗手洗手NC由上式可以看出，吃饭这里的是图2所示网络的单位冲激响应。洗手该网络是有无THT限多的按横向排列的迟延单元和抽头加权系数组成的，吃饭因此成为横向滤波器。SNC洗手它的功能是利用它产生的无限多个响应波形之和，吃饭将接收滤波器输出端抽样时刻上有码间串扰的响应波形变换成抽样时刻上无码间串扰的响应波形。洗手由于很想滤波器的均衡原理是建立在响应波形上的，吃饭故把这种均衡成为时域均衡。洗手洗手洗手图2横向滤波器洗手不难看出，吃饭横向滤波器的特性将取决于各抽头系数。洗手如果是可调整的，吃饭则NCN图3所示的滤波器是通用的；BEEF特别是当可自动调整时，吃饭则它能够适应信道特性N的变化，吃饭可以动态校正系统的事件响应。洗手洗手4洗手图3有限长横向滤波器及其输入和输出波形洗手洗手理论上，吃饭无限长的横向滤波器可以完全消除抽样时刻上的码间串扰，吃饭但实际中是不可能实现的。洗手因为，吃饭不仅均衡器的长度受限制，吃饭并且系数的调整准确度也受NC到限制。洗手如果的调整准确度可不到保证，吃饭即使增加长度也不不会获得显著的效NC果。洗手因此，吃饭有必要进一步讨论有限长横向滤波器的抽头增益调整问题。洗手洗手设一个具有2N1个抽头的横向滤波器，吃饭如图3（A）所示，吃饭其单位冲激响应为，TE吃饭则有洗手洗手NISITTCTE有设它的输入为，吃饭是被均衡的对象，吃饭并设它没有附加噪声，吃饭如图3（B）XT所示，吃饭则均衡后输出波形为洗手Y洗手NISITTXCTEXTY在抽样时刻设系统无延时时上，吃饭有洗手SKT洗手NIIKKXY上式说明，吃饭均衡器在第K个抽样时刻上的样值将有2N1个与乘积之和KYICIKX来决定。洗手显然，吃饭其中除以外的所有都属于波形失真引起的码间串扰。洗手当输入0YK5波形给定，吃饭及各种可能的确定是，吃饭通过调整使指定的等于零时容易TXIKXICKY办到的，吃饭但同时要求所有的（除K0外）都等于零却是一件很难的事。洗手这也说Y明，吃饭利用有限长的横向滤波器减小码间串扰是可能的，吃饭但完全消除是不可能的。洗手为了反映这些失真的大小，吃饭我们可采用最小均方和迫零算法准则来衡量。洗手本实验采用最小均方误差算法（LMS）。洗手洗手LMS（LEASTMEANSQUARE）算法最早由WIDROW于1960年建立。洗手采用最小均方算法的均衡器比迫零算法均衡器要稳定一些，吃饭它所采用的准则是使均衡器的期望输出值和实际输出值之间的均方误差MSE最小化的准则。洗手由WIENER滤波理论可知，吃饭滤波器的最优抽头系数矢量可表示为洗手洗手XDOPTRRW1式中是输入信号矢量的互相关函数，吃饭与期望信号矢NXNXRXD是输入信号矢量量的互相关函数。洗手直接求解式此式的运算量非常大，吃饭尤其当滤波器的抽头系N数个数比较多时。洗手洗手考虑如图4所示的自适应FIR滤波器BEEF洗手洗手NY1Z1Z1Z1ZNYNX1NW22NWL1NLY0图4自适应FIR滤波器洗手令洗手洗手NXWDNYDNEH表示滤波器在N时刻的误差，吃饭并定义均方误差洗手洗手22XEEJDE为代价函数。洗手洗手由梯度的定义可以得出，吃饭代价函数相对于滤波器抽头系数矢量W梯度为洗手6洗手NEKNXENJK2洗手1,0,2MWDXH，定义梯度矢量为洗手洗手TMDEFNJNJNJ110,以及输入矢量和抽头系数矢量BEEFTNXX11洗手洗手TWW110则此式可以写作以下矢量形式BEEF洗手洗手NXDNXEJH2NWRRXXD2洗手最广泛使用的自适应算法形式为“下降算法”BEEF洗手洗手NVNW1式中是第N步迭代的系数矢量，吃饭是第N步迭代的更新步长，吃饭而VN是第N步迭代的更新方向矢量。洗手洗手最常用的下降法为梯度下降法，吃饭又称最陡下降法。洗手在这种算法里，吃饭更新方向矢量VN取作第N1次迭代的代价函数J（N1）的负梯度，吃饭即最陡下降法的统一形式为洗手洗手121NNW系数为了使得到的更新公式更加简单洗手21可得抽头系数矢量的更新公式为洗手洗手1NWRRNWNXD从上式中可以看出，吃饭滤波器抽头系数矢量的更新迭代与和有关，吃饭而实际的XDRXR信号处理过程中，吃饭和都不是能够先验知道的，吃饭因此通常用梯度的估计值XDX来代替洗手1NJ1NJ洗手NWXDXH2可得洗手洗手XNNW1XE1洗手7其中为滤波器输出与期望信号的误差函数。洗手上式就是LMS算法抽NYDNE头系数的更新公式，吃饭容易验证。洗手的无偏估计，吃饭洗手NJ是通过上面的讨论可以总结出LMS算法的具体步骤如下BEEF洗手步骤LBEEF初始化抽头系数矢量；BEEF洗手0,WT步骤2BEEF当NN1时洗手计算滤波器输出，吃饭洗手NXYH计算误差函数，吃饭洗手DE更新滤波器抽头系数矢量洗手,1NXEW关于上面的LMS算法有以下几点注释BEEF洗手注释LBEEF若取常数，吃饭则称为基本LMS算法。洗手洗手N注释2BEEF若取则的到归一化LMS算法。,02,），其中ANXAH洗手洗手注释3BEEF在功率归一化算法中，吃饭取可由的方差表示其中,22NXNX递推计算，吃饭这里为遗忘因子，吃饭由0A确定，吃饭而NEXX2211,0M2M是滤波器阶数洗手注释4BEEF当期望信号未知时，吃饭步骤2中的DN可直接用判决器的实际输出代替。洗手洗手ND本实验中选取滤波器阶数ORDER63，吃饭调整步长U002，吃饭均为经验值。洗手洗手2、BEEFMATLAB仿真过程洗手1定义一个随机信道洗手C04BEEF洗手X1CRANDBEEF洗手X2CRANDBEEF洗手X3CRANDBEEF信道参数洗手ISI1，吃饭X1，吃饭X2，吃饭X3BEEF洗手SNR10BEEFAWGN信道信噪比洗手2定义滤波器各参数洗手8ORDER63BEEF滤波器阶数洗手LEN1000BEEF训练序列长度洗手U002BEEF调整步长洗手MORDER1/2BEEF洗手NLENLENGTHISI1BEEF洗手EZEROS1，吃饭NBEEF洗手ERROREBEEF洗手YZEROS1，吃饭NBEEFFIR滤波器输出洗手3信道均衡过程洗手FORI1100洗手XSIGNRAND1，吃饭LEN05BEEF采用PN码作为训练序列洗手NOISERANDN1，吃饭N/10SNR/10BEEFAWGN洗手YCONVISI，吃饭XNOISEBEEF输出洗手WKZEROS1，吃饭ORDERBEEF横向滤波器系数洗手FORNORDERNM1LMS算法洗手Y1YNM11NM1BEEF洗手D1WKY1BEEF洗手ENXND1BEEF洗手WKWKUENY1BEEF洗手EN10LOG10ABSENBEEF洗手ENDQ洗手ERRORERROREBEEF洗手END洗手4得到横向滤波器系数洗手WK洗手输出结果WK洗手COLUMNS1THROUGH9洗手000580029700283002470014700118003850034800095洗手COLUMNS10THROUGH18洗手9004220032100236001260006800310000940020700136洗手COLUMNS19THROUGH27洗手003540001600281001810001400073001040003800422洗手COLUMNS28THROUGH36洗手001490039600150097510293702446012360082500315洗手COLUMNS37THROUGH45洗手000980005500035004260031600045000070057400115洗手COLUMNS46THROUGH54洗手003460057800389005030011000133005000011400143洗手COLUMNS55THROUGH63洗手000550021400119000580018100184003920011500272洗手5计算自适应均衡器误差收敛性洗手ERRORERRORORDERNM1/100BEEF误差值洗手T1LENGTHERRORBEEF洗手PLOTT，吃饭ERRORBEEF洗手TITLE误差收敛曲线BEEF洗手YLABEL误差DBBEEF洗手XLABELNBEEF洗手1002004006008001000121086420差差差差差差差差DBN洗手图5误差收敛曲线洗手随机信号通过理想均衡信道洗手M4BEEF洗手MSGRANDINT1500，吃饭1，吃饭MBEEF产生一个1500X1在0，吃饭M1区域内的随机整数序列洗手MODMSGQAMMODMSG，吃饭MBEEF进行QAM调制的映射洗手TRAINLEN500BEEF定义训练序列的帧长洗手CHAN986BEEF845BEEF237BEEF12331IBEEF定义信道参量洗手FILTMSGFILTERCHAN，吃饭1，吃饭MODMSGBEEF模拟信道变化洗手EQ1LINEAREQ8，吃饭LMS001BEEF生成均衡器对象洗手EQ1SIGCONSTQAMMOD0M1，吃饭MBEEF设置星座图洗手SYMBOLEST，吃饭YDEQUALIZEEQ1，吃饭FILTMSG，吃饭MODMSG1TRAINLENBEEF洗手HSCATTERPLOTFILTMSG，吃饭1，吃饭TRAINLEN，吃饭BXBEEFHOLDONBEEF以蓝星画出未经过均衡的信号洗手SCATTERPLOTSYMBOLEST，吃饭1，吃饭TRAINLEN，吃饭G，吃饭HBEEF在原图的基础上以绿色画出经过均衡后的信号洗手SCATTERPLOTEQ1SIGCONST，吃饭1，吃饭0，吃饭K，吃饭HBEEF在原图的基础上以黄色标出理11想星座图洗手LEGENDFILTEREDSIGNAL，吃饭EQUALIZEDSIGNAL，吃饭IDEALSIGNALCONSTELLATIONBEEF洗手HOLDOFFBEEF洗手计算误码率洗手DEMODMSG_NOEQQAMDEMODFILTMSG，吃饭MBEEF解调未均衡的码字洗手DEMODMSGQAMDEMODYD，吃饭MBEEF解调已均衡的码字洗手NNOEQ，吃饭RNOEQSYMERRDEMODMSG_NOEQTRAINLEN1END，吃饭对比未均衡信号和样本信号的误码和误码率洗手MSGTRAINLEN1ENDBEEF洗手NEQ，吃饭REQSYMERRDEMODMSGTRAINLEN1END，吃饭洗手MSGTRAINLEN1ENDBEEF对比均衡信号和样本信号的误码和误码率洗手DISPSYMBOLERRORRATESWITHANDWITHOUTEQUALIZER洗手DISPREQRNOEQ洗手2101225215105005115225QUADRATUREINPHASESCATTERPLOTFILTEREDSIGNALEQUALIZEDSIGNALIDEALSIGNALCONSTELLATION洗手图6信号星座图洗手输出结果SYMBOLERRORRATESWITHANDWITHOUTEQUALIZER洗手03230洗手3、BEEF实验结果分析洗手12输入信号通过参数可调的数字滤波器后产生输出信号，吃饭将其与期望相应进行比较，吃饭形成误差信号，吃饭并以此通过LMS算法对滤波器参数进行逐步调整，吃饭最终使误差均方值最小，吃饭并得到自适应均衡器各阶参数。洗手随机信号通过理想信道均衡器可完全消除码间串扰。洗手洗手三、BEEF实验心得洗手通过分析课题和动手实践，吃饭培养了对抽象的实际问题进行逻辑抽象，吃饭以确定输入输出及其关系进而进行分析的能力。洗手了解并掌握正确运用MATLAB各种函数在数字信号处理中的作用。洗手做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强。洗手由于我主要负责系统的设计和仿真，吃饭在对课题理解和整体设计中对课本知识有了更深一步的了解。洗手通过在图书馆细心地查找，吃饭也寻找到了很多有关书籍文献