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自适应判决反馈均衡器研究.doc

发布:2017-10-16约4.03千字共7页下载文档
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自适应判决反馈均衡器研究 摘要:介绍了均衡器的作用和分类,判决反馈均衡器(DFE)的结构和原理,在此基础上引出了判决反馈均衡器的自适应算法和盲均衡算法,重点对目前广泛应用的迫零算法、LMS算法、RLS算法以及CMA算法进行了简单分析与比较。 关键词:判决反馈均衡器 自适应算法 符号间干扰(ISI) 引言 在实际通信系统中,基带传输系统不可能完全满足理想的波形传输无失真情况,因而串扰几乎是不可避免的。信道失真引起符号间干扰(ISI),如果不加补偿,会产生高的差错概率。ISI问题的一种解决方案是设计一个补偿器,补偿或减小接收信号中的信道失真引起的符号间干扰,这种补偿器称为均衡器[2]。 1 均衡器 均衡器被看作是一类特殊的FIR滤波器。发射信号经过信道发生了畸变,出现了ISI,经过适当设计的均衡器后能够部分地或全部地恢复原来的信号。不同的环境和不同的需求下均衡器也是各不相同的。 1.1 均衡器的作用 均衡器是频域上对付由于多径衰落、信道通带内不平坦等导致的码间干扰的主要手段。在卫星通信、有线传输、网络通信中,由于其信道条件较好,受干扰程度很低,因此均衡器的作用主要作为信道匹配、补偿之用。而在地面无线传输中,信号传输受地形的影响,多径效应严重,此时均衡器还可以减小多径引起的码间干扰。因此在地面无线传输中,均衡器得到了广泛的应用。 1.2 均衡器的分类 根据信道的线性特性可把均衡器分成线性均衡器和非线性均衡器,而判决反馈均衡器就属于非线性均衡器。根据对接收信号的采样率可将均衡器分成波特抽头均衡器和分数抽头均衡器。依据基于不同的准则可将其分为基于峰值失真准则的迫零均衡和基于MMSE准则的均衡器。根据未知信道的均衡是否采用训练序列可把其分成自适应均衡器和盲均衡器[3]。 2 判决反馈均衡器 传统均衡器通常使用判决反馈结构。判决反馈均衡器由前馈部分(FFF)(FBF)[1]。前馈部分由一个抽头间隔等于信号速率倒数的抽头延迟线滤波器组成。前馈部分的输入是接受信号序列{Vk}。反馈部分由另一个抽头间隔等于信号速率倒数的抽头延迟线滤波器组成。送至反馈部分的输入即判决设备的输出。反馈部分的作用就是从未来抽样的估计值中减去由判决设备输出的先前检测符号引入的ISI部分。图1为判决反馈均衡器的结构示意图, 下式是判决反馈均衡器的输出表达式 =+ 式中是第k个信息符号的估计值,是滤波器的抽头系数,是先前检测的符号,是判决后的信号,作为反馈滤波器的输入。应当看到,这种均衡器是非线性的,因为反馈滤波器包含先前检测的符号。 判决反馈均衡器(DFE)是一种非线性均衡器,它能提供比一般的线性均衡器更小的SER(Symbol Error Rates),线性均衡器在减小ISI的同时也放大了噪声,而判决反馈均衡器能在消除ISI的同时不引入噪声增益。但由于DFE的非线性,噪声引入的符号错误可能会引发连续的错误流,这种现象称为差错扩散[2],是设计DFE时需要解决的问题之一。此外,由于在接收开始阶段,接收机对信道的参数并不了解,且信道也可能是时变的,故需要利用自适应算法来实现DFE结构,以便能收敛到满足一定SER的稳定解,并能反映信道的时变特性。 图1 判决反馈均衡器结构 对于判决反馈均衡器,峰值失真准则和MSE准则都被证明能导致均衡器系数的最佳化,而且在数学上是容易处理的[3]。由于检测器偶尔作出不正确的判决并向下传播到反馈部分,对性能作出精确的评价比较困难。当不存在判决差错的情况下,最小MSE为 =1- 式中 ,f是匹配滤波器的系数。理论证明,如果先前判决正确且反馈均衡器阶数满足条件,那么反馈系数的值完全消除由先前被检测符号引起的符号间干扰。 3 自适应判决反馈均衡器 对线性均衡器,可以使用一个训练序列对DFE的系数进行初始调整。面向判决的模式中,检测器输出端的判决只用来形成误差信号至反馈滤波器,这就是DFE的自适应模式。 3.1 自适应均衡原理 自适应均衡器调节的是均衡器的抽头数目和抽头权重。当抽头数目确定下来后,唯一能够改变均衡器信道补偿特性的调节手段是改变抽头系数的权重。自适应均衡器工作方式可以分为两个工作状态:训练状态和跟踪状态。在训练状态,发送训练序列使均衡器迅速收敛;在跟踪状态,均衡器直接利用所传输的用户信号估计判决值形成误差信号,并采用自适应算法更新自适应滤波器抽头系数的权值。 3.2 自适应均衡分类 自适应均衡可分为频域均衡和时域均衡。频域均衡是使总的传输函数(信道传输函数和均衡器传输函数)满足无失真传输条件,即校正幅频特性和群时延特性;时域均衡特性使总的冲激响应满足无码间干扰的条件。模拟通信多采用频域均衡,而数字通信中多采用时域均衡。 3.3 自适应均衡算法性能参数 自适应均衡算法有下面四个主要性能参数: (1) 收敛速度:它是指使自适应均衡器参数充分
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