第18讲信道均衡

数字通信(第十八讲)信道均衡2007

YupingZhao(Professor)赵玉萍DepartmentofElectronicsPekingUniversityBeijing100871,China1均

衡

器

的

产

生码间干扰的成因无线通信系统中，多径传输效应是引起码间干扰的一个主要因素接收时的抽样时刻不能完全对准发送间隔是产生码间干扰的原因之二均衡的目的：消除码间干扰均

衡

器

研

究

现

状

简

述码间干扰导致信号时域响应和频域响应的畸变均衡器的分类均衡器时域均衡器频域均衡器最小峰值误差准那么最小均方误差准那么迫零算法卡尔曼算法维纳算法LMS自适应算法传输信号多径通道h(t)+噪声均衡器c(t)解调信号s(t)y(t)x(t)均衡前：均衡后：无

线

通

信

系

统

模

型均

衡

的

基

本

原

理抽样电路判决电路n(t)发送滤波器传输信道接收滤波器均衡器无线通信系统信道模型〔频域〕未加均衡器时的传输函数〔扩展的通道模型〕参加均衡器时的传输函数均

衡

器

的

基

本

结

构均衡器的根本结构为横向滤波器结构均衡器的冲激响应为均

衡

器

系

数

的

确

定根据奈奎斯特〔Nyquist〕第一准那么只有当满足才可消除码间干扰如果对不同的有相同的函数形式，即是以为周期的周期函数，那么只要在内满足下式即可消除码间干扰。均

衡

器

系

数

的

确

定均

衡

器

系

数

的

确

定给定一个无线通信系统特性就可唯一地确定，于是就找到消除码间干扰的无限多的均衡器抽头系数。然而，使横向滤波器的抽头无限多是不现实的，而当采用有限抽头数的横向滤波器时，码间干扰就不可能完全消除。那么，此时的均衡效果如何去衡量呢？设

计

均

衡

器

依

据

的

准

那么最小峰值误差准那么最小均方误差准那么2N+1阶横向均衡器,输入x(t),输出y(t)迫

零

算

法依据最小峰值误差准那么产生了迫零算法均衡器输入峰值误差输出峰值误差当输入峰值误差时，输出峰值误差的极小值出现在时，据此可求出迫零均衡器的抽头系数。准那么一：最小峰值误差准那么迫

零

算

法判决电路n(t)BPSK传输信号多径信道均衡器多径信道也可以表示为横向滤波器结构，其冲激响应为，阶迫零均衡器的冲激响应为，那么均衡器抽头系数为准那么一：最小峰值误差准那么写成矩阵展开形式或写成频域形式迫

零

算

法设发射冲激响应时，均衡器的输入端得到的信号序列为，，均衡器的抽头系数为，，那么迫零算法可以表示为迫

零

算

法

的

特

点有限阶迫零均衡器不能完全消除码间干扰；随着迫零均衡器阶数的增加，均衡效果应该越来越好；当时，理论上可以完全消除多径传输所引起的码间干扰。如果迫零均衡器的抽头系数中存在某些较大值，可能导致在均衡过程中对噪声过分放大，致使均衡效果下降。需要预先知道无线信道的特性，而且不可用于均衡信道特性变化的无线通信系统。计算过程中需要求矩阵的逆，这使得迫零算法在设计阶数较大的均衡器时速度较慢。迫

零

算

法

的

仿

真

性

能BPSK信号长度：多径信道冲激响应系数：N值的选择用阶迫零均衡器去均衡径信道时，如果，那么均衡效果较差，误码率较高，且不同对应的均衡效果相差较多；如果，那么均衡效果较好，误码率较低，且不同对应的均衡效果相当。用阶迫零均衡器去均衡径信道时，随着的增加，均衡效果越来越好，误码率越来越低。迫

零

算

法

存

在

的

问

题有限阶迫零均衡器只能减小码间干扰，并将其作用范围拉远，但并不能消除码间干扰。

多径信道冲激响应系数为[0.53-0.270.13-0.07]其中后三个图中的零点对应幅度为1迫

零

算

法

存

在

的

问

题径信道经阶迫零均衡器均衡后每个信号都会对它后面的第个至第个信号产生码间干扰。多径信道经过有限阶迫零均衡器均衡后，码间干扰可以得到一定的抑制，而且迫零均衡器的阶数越高，均衡后的码间干扰就越小；但只有当迫零均衡器的阶数为无穷时，码间干扰才能完全消除，在无噪声时才能实现零误码率传输。最

小

均

方

算

法依据最小均方误差准那么产生了最小均方〔LMS,LeastMeanSquare)算法均衡器。均方误差的定义为常用的LMS算法是自适应的。自适应均衡算法不再利用专门的单脉冲波形，而是在传输数据期间借助信号本身来自动均衡，因此相应的均方误差定义也稍有改变。准那么二：最小均方误差准那么最

小

均

方

算

法设发送序列为，均衡器抽头系数为，序列通过无线通信系统〔未经过均衡器〕后输出序列，通过均衡器后输出序列。与满足自适应均衡的误差定义为自适应均衡的均方误差定义为最

小

均

方

算

法均方误差为，以最小均方误差为准那么时，LMS自适应均衡器应调整它的各抽头系数，使其满足LMS自适应均衡器的自适应过程的实际目的就是要寻求自适应过程满足最陡下降法，即下一个权矢量等于现在的权矢量加一个正比于梯度的负值的变化量。最

小

均

方

算

法梯度的求法在实际LMS自适应过程中可将用替换。递推关系变为关于步长的选择增大(步长系数)step-sizeparameter,加快均衡的跟踪能力。较大〔step-sizeparameter〕导致无法接受的过大的均方误差在跟踪速度和减小均方误差之间折衷最

小

均

方

算

法LMS自适应均衡器可以有两种模式：训练模式和面向判决模式。最

小

均

方

算

法训练模式：发送一串的训练序列，然后进行训练模式下的LMS自适应均衡，步骤如下面向判决模式：当训练序列均衡结束后，LMS自适应均衡器转向面向判决模式，进行新的LMS自适应均衡，步骤如下最

小

均

方

算

法

的

特

点信道特性在做缓慢变化，仍然可以有效均衡不需要计算矩阵的逆不但可以均衡多径传输引起的码间干扰，还可以均衡加性噪声的影响不能完全消除码间干扰最

小

均

方

算

法

的

仿

真

性

能BPSK信号长度：，训练序列长度：1000多径信道冲激响应系数最

小

均

方

算

法

与

迫

零

算

法

性

能

比

较BPSK信号长度：，训练序列长度：1000多径信道冲激响应系数在相同条件下，LMS自适应均衡器在均衡性能上优于同等阶数的迫零均衡器码间干扰的一般形式判决反响均衡判决反响均衡器

基带信道的冲击响应的抽样序列为{hn}输入序列{xn}经过信道的响应在没有噪声的条件下，表示为离散卷积和

++:前馈和反响系数前馈系数局部反响系数局部联合输入信号

公共误差信号

判决反响均衡的LMS算法表示如下判决反响均衡器对于严重的符号间干扰有较好的性能新概念：预信道均衡：pre