【正文】 .................II ABS TRACT .....................................................................................................................V 目 錄 .......................................................................................................................... VII 第一章 緒論 .................................................................................................................... 1 聯(lián)合盲均衡算法的發(fā)展背景 ................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................. 2 論文的主要研究工作與結(jié)構(gòu)安排 ......................................... 4 第二章 盲均衡的通信系統(tǒng)模型分析 ................................................................................ 5 .................................................... 5 .................................................... 6 均衡器基本原理介紹 .................................................................... 6 均衡器理論分析 ........................................................................... 7 本章小結(jié) ........................................................................... 8 第三章 盲均衡算法分析 .................................................................................................. 9 （ CMA）理論分析 .................................................. 9 恒模算法（ MCMA）理論分析 ........................................ 11 （ DDLMS）理論分析 .............12 理論分析 .............................................................12 ...........................................................................14 第四章 性能仿真分析 .................................................................................................... 16 聯(lián)合均衡性能分析 ............................................................16 信噪比對聯(lián)合盲均衡的影響 ...............................................22 均衡器步長對聯(lián)合盲均衡的影響 ........................................26 ...........................................................................30 第五章 總結(jié) .................................................................................................................. 32 致謝 .................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 VIII 參考文獻 ........................................................................................................................ 33 1 第 一 章 緒論 聯(lián)合盲均衡算法的發(fā)展背景 隨著通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會生活生產(chǎn)中的信息傳遞日益頻繁，從而不斷提高了對通信信息量的要求，使得傳統(tǒng)的調(diào)制方式不能適應(yīng)日益提高的信息量需求，于是 十六進制的正交幅度調(diào)制（ 16Quadrature Amplitude Modulation,16QAM） 高碼率編碼方式應(yīng)運而生。 16QAM調(diào)制方式所產(chǎn)生的 4*4星座圖能有效地利用信號的幅度和相位特征，改變 ASK或者 PSK單一的調(diào)制形勢，使得兩者結(jié)合在一起，提高編碼的效率 [15]。 在信道傳輸過程中，由于信道傳輸?shù)亩鄰胶退ヂ湟约俺闃邮д娴确抢硐胄诺酪蛩兀瑫π盘栐斐?碼間干擾（ InterSymbolInterference， ISI） ，于是在接收端使用均衡技術(shù)以消除 ISI。傳統(tǒng)的均衡需要通過不斷發(fā)送的訓(xùn)練序列，以使得接收端根據(jù)訓(xùn)練序列計算出信道參數(shù)，然后根據(jù)發(fā)送信號和接收信號的 誤差調(diào)節(jié)均衡器參數(shù)。然而，現(xiàn)實中常常遇到無法知道訓(xùn)練序列的情況，而且，即使可以獲得訓(xùn)練序列，訓(xùn)練序列也常常會占用了信息傳輸?shù)臅r間，從而降低了傳輸信息的碼率。而盲均衡技術(shù)，不需要使用訓(xùn)練序列，僅僅利用所接收到的信號，便可以實現(xiàn)對接收信號的均衡 [1]。 均衡技術(shù)最早是應(yīng)用在無線電傳輸?shù)耐ㄐ蓬I(lǐng)域中，而自從均衡技術(shù)應(yīng)用之始，它便主要應(yīng)用于消除通信傳輸信道中的碼間串擾。 1975年， 進之后，首次提出了“ selfrecovering equalization” （之后被學(xué)界稱為“盲均衡”）這個概念。在之后的發(fā)展中，不同領(lǐng)域的學(xué)者根據(jù)自身的行業(yè)背景，對其進行了不同的數(shù)學(xué)優(yōu)化，發(fā)展出多種盲均衡算法 [16]。 而自適應(yīng)盲均衡器是在接收端沒有任何關(guān)于信號和噪聲的先驗信息的情況下，自適應(yīng)盲均衡器通過對該時刻之前所獲得的信號來自動調(diào)節(jié)均衡器抽頭系數(shù)的參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲的統(tǒng)計特性，使得當下的均衡效果最佳，最大限度地消除 ISI。 2 常用的 常模算法（ Constant Modulus Algorithm， CMA） 算法是 1980年Godard提出的算法的其中一個特例，其基于輸出信號的 高統(tǒng)計量的盲均衡，對信號相位和幅度進行獨立恢復(fù)，適用于存在載波偏移的通信系統(tǒng) [2]。 由于CMA算法在很多信道中會存在相位偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，故本文擬采用 修正恒模算法（ Modify Constant Modulus Algorithm， MCMA） 對接收信號進行均衡處理，MCMA對信號的 x軸和 y軸分別進行誤差計算和抽頭系數(shù)更新，以修正由于多徑效應(yīng)引起的信號相位失真。 MCMA算法具有收斂性能高，均衡器計算復(fù)雜度低，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可是該均衡算法收斂速度慢，剩余誤差大。而同時， 判決引導(dǎo)的最小均方算法（ DecisionDirected LeastMean Square， DDLMS） 可以有較低的剩余誤差，但在均衡剛開始誤差過大時， DDLMS算法卻有可能判決錯誤而造成剩余誤差發(fā)散的結(jié)果，故不能直接使用 DDLMS算法進行均衡器的冷啟動。倘若僅僅使用上述的其中一種均衡算法，都大大制約了均衡器的效果，無法適應(yīng)日益發(fā)展的通信信號處理要求，使得 16QAM信號處理具有很大的局限性。鑒于以上原因，故擬采用 MCMA和 DDLMS算法進行聯(lián)合盲均衡，以使得均衡器同時兼?zhèn)渚?后誤差收斂和 均衡后剩余誤差較小等優(yōu)勢。 高碼率的編碼以及相應(yīng)的信 號處理方法，對大信息量的通信發(fā)展有重要影響，將成為影響甚至制約現(xiàn)代通信發(fā)展的重要因素，更優(yōu)秀的接收端均衡器的抽頭系數(shù)算法，對信號在傳輸過程中因為信道而造成的 ISI進行最大限度的消除，對未來的通信發(fā)展，對現(xiàn)實各類的通信應(yīng)用都具有非常重要的影響。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 均衡技術(shù)最開始是應(yīng)用在無線通信領(lǐng)域，其主要用途是為了消除信號序列在無線信道傳輸，由于信道的非理想性而產(chǎn)生的碼間串擾 ISI。并且性發(fā)展。 隨后幾年， LMS算法誕生并且在隨后飛 速發(fā)展，作為一種計算復(fù)雜度簡單而且線性的 均衡 算法， LMS算法自此被廣泛應(yīng)用于多種處理較小 ISI的多 3 個領(lǐng)域 [17]。 目前，隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展， 16QAM編碼方式以及相應(yīng)的各方面的信號處理方法已經(jīng)成為了國內(nèi)外研究的熱點，而如何在降低信噪比要求而同時保證接收端信號處理以及正確判決接收信號更是其重點問題。隨著通信領(lǐng)域的日益發(fā)展，原本的恒模算法 CMA算法已經(jīng)不能 夠 適應(yīng) 同時存在幅度調(diào)制和 存在相位調(diào)制的高碼率編碼方式，相應(yīng)的修正恒模算法 MCMA算法應(yīng)運而生，同時又聯(lián)合了可以大幅度減少剩余誤差的 DDLMS算法，兩種算法的聯(lián)合均衡成為趨勢。 均衡是 指根據(jù)信息傳輸信道的特性，在接收端產(chǎn)生于信道相反的特性，以此來抵消信息在信道傳輸過程中所受到的碼間干擾。均衡器一般有兩種形式：一是頻域均衡，通過矯正幅頻特性和群時延特性，頻域均衡使得整個通信系統(tǒng)的總傳輸函數(shù)進行無失真?zhèn)鬏?；二是時域均衡，在時間域上對整個通信系統(tǒng)進行均衡，以使得系統(tǒng)無碼間串擾。 基于 Bussgang的盲均衡算法的最基本的思想是：通過定義 一個最初的代價函數(shù)，使用某種自適應(yīng)的盲均衡算法使得系統(tǒng)收斂于該代價函數(shù)的極小值點，以達到系統(tǒng)的理想效果 [18]。而早在 20世紀 80年代，根據(jù) Godard提出的代價函數(shù) J（ n），基于二維的數(shù)字通信系統(tǒng)，采用 p=2的 Godard代價函數(shù)，所收斂得到極小值點的盲均衡算法，即 CMA均衡算法 [3]。 對于聯(lián)合盲均衡 ，聯(lián)合 CMA算法和 DDLMS算法，由于 CMA算法具有冷啟動特性，而且其收斂性能穩(wěn)健、均衡計算復(fù)雜度低的特點，對接收端信號首先利用 CMA算法進行處理，在剩余誤差收斂到某一門限值時，轉(zhuǎn)為利用 DDLMS算法進行 均衡，DDLMS算法雖然不具備冷啟動功能，但是其收斂性能較好，能使得剩余誤差收斂到一個更小的值，所以可以用作 CMA啟動后的均衡算法，以達到更優(yōu)均衡效果 [19]。而同時， MCMA算法能再實軸和虛軸同時進行誤差估計和抽頭系數(shù)更新，克服了接收信號的相位誤差，因此也能較 CMA算法獲得更優(yōu)的均衡效果。由以上，我們擬使用 MCMA算法和 DDLMS算法進行聯(lián)合盲均衡。 近期，國內(nèi)外都有很多通信工作者對 16QAM接收端的 ISI進行聯(lián)合均衡實驗，并獲得了眾多成果。 其中不乏理論和實驗中的各類型優(yōu)秀成果，充分展示了聯(lián)合盲均衡的 多項特性指標。本文擬通過對國內(nèi)外研究成果進行 4 拓展研究，整合各類實驗，對聯(lián)合盲均衡算法的各項指標進行系統(tǒng)而全面的研究，同時進行自己獨立的實驗以驗證以及分析各項參數(shù)。 論文的主要研究工作與結(jié)構(gòu)安排 本文主要圍繞了 16QAM 編碼體制下的聯(lián)合盲均衡算法進行系統(tǒng)詳盡的分析，研究了 通過 MCMA 和 DDLMS 算法的聯(lián)合盲均衡對接收端均衡效果的影響，以及對該聯(lián)合均衡算法各方面參數(shù)的實驗分析。 本論文分為五章，結(jié)構(gòu)安排大致如下： 第一章，本章為引言，主要介紹了聯(lián)合盲均衡算法的發(fā)展背景以及該算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章，本章主要介紹了通信系統(tǒng)各個階段的信號變換過程，以及均衡器在通信系統(tǒng)中的概要作用。 第三章，本章主要介紹了 CMA算法， MCMA 算法， DDLMS 算法和聯(lián)合均衡算法的算法原理和理論推導(dǎo)。 第四章，本章主要對所介紹盲均衡算法的 matlab 仿真。 第五章，本章總結(jié)了全文的研究工作和研究重點。 5 第 二 章 盲均衡的通信系統(tǒng)模型分析 本章主要 首先 介紹均衡器的通信系統(tǒng)模型， 對均衡器在通信系統(tǒng)中的位置和作用進行簡要介紹；然后具體分析了均衡器的理論依據(jù)，概述了均衡器中的訓(xùn)練和跟蹤過程，以及介紹了盲均衡技術(shù)中，不需要訓(xùn)練序列而通過已檢測到的信號序列進行抽頭系數(shù)的更新，并且詳細地分析了從通信系統(tǒng)的發(fā)送端到接收端的信號變換過程，分析了在接收端均衡器輸出的信號是對原信號的一個估計，并給出了誤差公式；最后，第 3 節(jié)對本章內(nèi)容進行了一個總結(jié)。 均衡器通信系統(tǒng)模型介紹 下圖 21 是通用的盲均衡通信系統(tǒng)模型 [4]，其中 ()xn是發(fā)送端發(fā)送的信息序列， ()hn是傳輸信道的信道相應(yīng)， ()dn是信道中加入的噪聲， ()yn是接收端所接收