移动通信课件：09次课 第05章 抗衰落技术-2_

1、9-1数字移动通信Digital Mobile CommunicationBTS总体方案设计报告Digital Mobile Communication数字移动通信3-2本节解决的主要问题通过本节学习，着重解决以下问题：有哪些因素会影响分集的性能？ 均衡技术的基本原理？自适应均衡器的核心思想？ 如何针对特定信道条件进行设计？9-3本节的要求与重点理解均衡的基本原理掌握自适应均衡的原理了解自适应均衡器的设计原则及应用案例重点：自适应均衡的原理难点：自适应均衡器权系数的更新5-45.3 自适应均衡技术 信道的多径特性 相关带宽 从时域上看，多径引起？ 从频域上看，多径引起？ 码间串扰是移动无线信道

2、中传输高速率数据的主要障碍，均衡技术可克服码间串扰。5-55.3 自适应均衡技术 从广义上讲，均衡指任何可以用来削弱码间串扰的信号处理方法。 由于移动无线信道的时变特性，要求均衡器能够实时跟踪信道的变化 自适应均衡器。 5-65.3 自适应均衡技术概念：对移动信道特性进行均衡，矫正信道传输函数使其满足无失真传输条件。 方法：接收端产生与信道相反的特性，抵消时变多径传播特性引起的码间串扰 。目标：消除信道的频率选择性和时间选择性 。5-75.3.1 自适应均衡原理 f(t )是等效的基带冲激响应，综合反映了发射机、信道和接收机的射频、中频部分的总的传输特性。5-85.3.1 自适应均衡原理根据信

3、道特性，通过均衡进行补偿。5-95.3.1 自适应均衡原理 均衡器收到的信号为 f (t)：等效信道冲激响应 nb(t )：均衡器输入端的等效基带噪声5-105.3.1 自适应均衡原理 均衡器输出为：均衡器冲激响应 g(t)是发射机，信道，接收机的射频、中频部分和均衡器四者的等效冲激响应。5-115.3.1 自适应均衡原理 均衡器工作目标：期望输出值为原始信息x(t ) 假定nb(t )= 0，则从时域看，要求：从频域看，要求： 均衡器实际上是传输信道的反向滤波器。5-125.3.1 自适应均衡原理 如果传输信道具有频率选择性 对频率衰落大的部分，如何处理？ 对频率衰落小的部分，如何处理？ 总

4、体效果怎么样？ 使得收到的信号频谱各部分的衰落趋于平坦，相位趋于线性。5.3.1 自适应均衡原理自适应均衡的出发点：利用误差信号e(t)对自适应均衡器进行训练，调节均衡器的权系数，使得代价函数最小。5-145.3.1 自适应均衡原理 在经典的滤波理论中，最常用的代价函数是期望输出值和均衡器实际输出值之间的均方差(MSE)，它可表示为Ee(k)e*(k)，即采用最小均方误差准则。如果想要求解均衡器系数，需要已知什么？ 需要已知期望信号需要一个已知的训练序列5.3.1 自适应均衡原理 采用均衡时的典型数据发送格式 训练序列设计要求： 在最差的信道条件下，均衡器也能通过该序列获得正确的滤波系数。 训

5、练结束后，均衡器的滤波系数已经接近于最佳值。由此能推断出均衡器是怎么进行工作的吗？数据训练数据训练同步头5.3.1 自适应均衡原理 自适应均衡器工作模式训练模式：发射信号中包含一个已知的、定长的训练序列，以便均衡器根据信道特性调整滤波器系数。跟踪模式：在训练序列后传送用户数据，接收机处的均衡器将通过自适应算法来修正滤波器系数，不断跟踪信道变化并作出补偿。5-16需要思考的问题训练序列的长度会影响什么？长度越长，均衡器性能越好，缺点是什么？数据传输效率下降需要在性能与数据传输效率之间进行折中5-17需要思考的问题为什么要不断的发送训练序列，发一次不行吗？信道的时变性要求不能发一次而且发送训练序列

6、的频率与信道的时变性有关5-185-195.3.2 均衡器的分类一、按照技术类型 线性均衡：均衡器的输出 d(t )未应用于均衡器的反馈逻辑中。 非线性均衡：均衡器的输出 d(t )被应用于反馈逻辑中，并影响了均衡器的后续输出。5-20线性均衡器 原理：调节权系数使其它时刻信号的总和为零一、按照技术类型一、按照技术类型线性均衡器缺点是什么？当信道中有深度频谱衰落时，线性均衡器会怎么样？会对出现深衰落的那段频谱及近旁的频谱产生很大的增益，从而不能有效的补偿信道的衰落特性。线性均衡器适用于谱衰落较平坦的信道5-22非线性均衡器(Decision Feedback Equalization）一、按照

7、技术类型概念：均衡器的输出被应用于反馈逻辑中，影响了均衡器的后续输出。一、按照技术类型基本思路：一旦一个信息符号被检测判定后，就可在检测后续符号之前预测并消除由这个信息符号带来的码间串扰。实现：由一个前馈滤波器(FFF)和一个后馈滤波器(FBF)组成横向滤波器结构实现。均衡器的输出为：非线性均衡器(Decision Feedback Equalization）一、按照技术类型 非线性均衡器适用于频谱衰落不平坦，存在严重失真的信道。判决反馈均衡器的最小均方差总比基于横向滤波器结构的线性均衡器的最小均方差要小。5-25二、按照频谱效率 基于训练序列的均衡 ：发射端发送训练序列，接收端根据此训练序列

8、对均衡器进行调整。 盲均衡 ：不需要训练序列，利用发射信号特性进行调整，频谱利用率高，但收敛速率慢，目前在实际中难以较好地应用。 半盲均衡 ：初始引导调节均衡器参数，随后在同步接收的前提下自主调节系数，效率居中。 5-265.3.3 自适应均衡算法主要解决2个问题：（1）如何产生系数序列Wk？ =均衡器的主要工作，即各种均衡准则。 （2）如何使得Wk随信道变化而变化？ =自适应均衡算法。一、均衡准则均衡准则权系数的优化准则 最小峰值失真准则：使码间串扰值最小。 最大失真定义为均衡器输出端的最大码间串扰。 要求使最大失真最小化。最小均方误差准则：均衡器期望输出值和实际输出值间的均方误差最小化。5

9、-28二、典型自适应均衡算法 均衡算法 在给定均衡准则下，如何调节加权系数以实现均衡准则的要求的方法，称为均衡算法。 指标 收敛速度 运算量 误差特性5-29二、典型自适应均衡算法 采用准则：最小均方误差准则 R：均衡器的输入协方差矩阵P：输入信号与期望输出值间的互相关量 5-30二、典型自适应均衡算法 采用准则：最小均方误差准则 当均衡器的输入与期望输出一定时，均方差由权重向量W决定，使得均方差最小的W就是最优的权重向量。 5-31二、典型自适应均衡算法最小均方误差算法（ LMS ）核心思想： 寻找一个W的递推式，沿着趋于最佳权重的方向逐步递推，直到均方误差最小为止。 5-32二、典型自适应

10、均衡算法最小均方误差算法（ LMS ） 迭代算法 下标N为均衡器延时线上的延时级数；为控制收敛速率和算法稳定性的步长。5-33二、典型自适应均衡算法 训练过程 - 不断迭代 新权重=原先权重+常数预测误差当前输入向量 预测误差=期望输出值-实际预测输出值 5-34多种自适应均衡算法的比较算法乘法运算次数优点缺点LMS梯度DFE2N+1运算复杂度低编程简单收敛慢跟踪能力差Kalman RLS2.5N2 +4.5N快速收敛良好的跟踪能力运算复杂度高梯度格型算法13N-8稳定，运算复杂度低性能没有其他RLS算法好编程复杂梯度格型DFE13N1+33N2-36运算复杂度低编程复杂快速Kalman DF

11、E20N+5可被用于DFE快速收敛良好的跟踪能力编程复杂运算量不低不稳定平方根RLS DFE1.5N2 +6.5N数值特性更好运算复杂度高5-35 自适应均衡器阶数N的选择？ 信道的最大时延可以指示自适应均衡器的阶数的选择 举例：900MHz移动通信信道，时延扩展小于15us的占99%，时延扩展小于5us的占80%。5.3.4 自适应均衡的应用5-36 自适应均衡器阶数的选择？ IS-54、GSM：规定系统能均衡的时延扩展为15s。 GSM系统的符号速率为270.833kbps。 自适应均衡器的阶数取多少合适？ 符号周期为3.692s，阶数5 DEF均衡器+RLS算法5.3.4 自适应均衡的应

12、用5-37 GSM中的训练序列 GSM帧结构5.3.4 自适应均衡的应用5-38 时隙长度如何设置？ 例子： 900MHz移动通信信道，移动台的移动速率为80km/h，假定符号速率为24.3千个/秒，不用更新均衡器的传输符号数目是多少？5.3.4 自适应均衡的应用5-39 时隙长度如何设置？ 最大多普勒频移 fm=vf/c=(80000/3600) 900 106/3 108 = 66.67Hz 相干时间 5.3.4 自适应均衡的应用5-40 时隙长度如何设置？ 保证一个TDMA时隙的一致性，数据必须在6.34ms时间间隔中传送 Rs=24.3kbps，可被传送的符号个数为： Nb = RsTc = 154个符号5.3.4 自适应均衡的应用5-41 同样还是15s的多径时延，当数据传输速率达到5Mbps时，滤波器的阶数应该为多大？ 75随着滤波器阶数N的增大会有什么问题呢？ 计算复杂度急剧增加5.3.4 自适应均衡的应用5.3.4 自适应均衡的应用如何降低均衡器的运算量呢？分析一下求解均衡器系数的运算量主要在哪里？主要在信道的反卷积上如果将信号变换至频域进行均衡运算量会不会降