(完整word版)自适应时域均衡器的设计

自适应时域均衡器系统中断控制器的设计
1  绪论
在实际的通信系统中常常需要面对码间干扰,即符号间干扰(ISI)。指的是在通信过程中,系统传输的一序列码元间相互间产生的干扰,ISI的存在使系统误码率上升,严重情况下甚至使系统无法继续正常工作,为了克服码间干扰,首先就要分析码间干扰产生的原因,再提出解决方法。
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1.1 符号间干扰成因
符号间干扰[1]本质上是时散效应,来源于以下两个方面:
 频带受限:由于实际信道的频带总是有限,并且偏离理想特性,所以使通过的信号在频域上产生线性失真,部分频谱分量被抑制,从而在时域上扩展了。相邻码元波形原本没有重叠,但由于时域扩展产生的“拖尾”,导致前面码元波形延伸到后面码元波形中。
多径效应:同一码元波形通过不同路径传播,不同多径分量到达接收端的时间不同,如果第一
多径分量与最后多径分量到达时间差超过码元宽度,前面码元的一部分多径分量就会叠加在后面码元中,产生ISI。
1。2 均衡器的引入
理论和实践证明,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。
从校正的处理域分类可以把均衡分为两类:
频域均衡:即在频域进行校正,它是通过调整均衡器使信道和均衡器总的频谱特性符合理想低通特性或等效低通特性,从而实现间干扰传输。
时域均衡:即在时域进行校正,它是以奈氏第一准则为依据,通过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间干扰的波形。
随着数字信号处理理论和超大规模集成电路的发展,时域均衡已成为当今高速数字通信中所使用的主要方法。调整滤波器抽头系数的方法有手动调整和自动调整.如果接收端知道信道特性,例如信道冲击响应或频域响应,一般采用比较简单的手动调整方式。
1。3 自适应均衡器的提出
由于无线通信信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,可以根据信道响应自动调整抽头系数,我们称这种可以自动调整滤波器抽头系数的均衡器为自适应均衡器。
2  均衡器简介
2。1 均衡器原理
在无线通信系统中,均衡器常被放在无线接收机的基带或中频部分实现。因为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、解调信号和自适应均衡器的算法通常都可以在基带部分被仿真和实现.
图2。1是通信系统的结构框图,其中接收机中包含有自适应均衡器。如果是原始信息信号,是等效的基带冲激响应,即综合反映了发射
调频器
图2.1均衡器的通信系统的结构框图
机、信道和接收机的射频、中频部分总的传输特性,那么均衡器收到的信号可以表示成
琴谱架                                    (2。1。1)
其中,的复共轭函数,是均衡器输入端的基带噪声,为卷积操作符。如果均衡器的冲激响应是,则均衡器的输出为
微型拉曼光谱仪                        (2.1。2)
其中,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.横向滤波均衡器的基带复数冲激响应可以描述如下
            (2。1.3) 
其中,是均衡器的抽头系数。均衡器的期望输出值为原始信息,假定,那么为了使式(2.1.2)中的,必须要求
                                  (2.1.4)
均衡器的目的就是实现式(2。1。4),其频域表达式为
                (2。1。5)
其中所对应的傅立叶变换。
式(2。1.5)表明均衡器实际上是传输信道的逆滤波器[2]。如果传输信道是频率选择性的,那么均衡器将增强频率衰落大的频谱部分,而削弱频率落小的频谱部分,以使所收到的频谱的各部分衰落趋于平坦,相位趋于线性。对于时变信道,自适应均衡器可以跟踪信道的变化,以使式(2.1。5)基本满足.
2.2 均衡器的结构[3]
均衡技术可分为两类:线性均衡和非线性均衡。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的值。如果没有在反馈路径中调整均衡器,均衡器就是线性的。在线性均衡器中,最常用的均衡器结构是线性横向均衡器,它由若干个抽头延迟线组成,延时时间间隔等于码元间隔。
另一方,如果面d (t)反馈回来调整均衡器,则为非线性均衡。非线性均衡器包括判决反馈均衡器(DFE)最大似然(ML)符号检测器和最大似然序列估计等.
图2。2 均衡器分类
这里主要介绍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。
2。2。1 线性横向均衡器(LTE)
线性横向时间延迟或递归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2.2.1 所示.
图2。2。1线性横向均衡器
优点: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。
缺点:(1)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;(2)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。大襟衣
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。2.2 线性格型均衡器(LLE
格型滤波器(Laltice 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,其最突出的特点是局部相关联的模块化结构.
优点:(1)格型系数对于数值扰动的低灵敏性,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,使其算法具有快速收敛和优良数值特性。(2)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。(3)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

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