【正文】 移動通信中信道均衡技術的研究與仿真畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論 ..............................................................1 引言...................................................................1 國內(外)研究現(xiàn)狀.......................................................1 論文研究的主要內容.....................................................2第二章 信道、碼間干擾及均衡技術簡介 ......................................4 信道 ..................................................................4 碼間干擾 ..............................................................5 均衡器原理.............................................................6 均衡器的分類...........................................................7 線性橫向均衡器結構(LTE) .............................................8 判決反饋均衡器(DFE) .................................................9 本章小結 .............................................................11第三章 移動通信中均衡算法的研究 .........................................12 最小均衡誤差算法(LMS) ................................................12 盲均衡算法 ...........................................................15 本章小結 .............................................................18第四章 均衡器的仿真與實現(xiàn) ...............................................19 仿真系統(tǒng)框圖..........................................................19 基于 LMS 算法均衡器仿真................................................19 實驗結果............................................................21 基于 CMA 算法均衡器仿真................................................21 實驗結果............................................................24 LMS 算法與 CMA 算法比較 ................................................24第五章 總 結 ...........................................................25致謝 .....................................................................26參考文獻 .................................................................27附錄 .....................................................................28大連交通大學 2022屆本科生畢業(yè)設計（論文） 0第一章 緒論通常信道特性是一個復雜的函數(shù)，它可能包括各種線性失真、非線性失真、交調失真、衰落等。同時由于信道的遲延特性和損耗特性隨時間做隨機變化，因此，信道特性往往只能用隨機的過程來進行描述。例如，在蜂窩式移動通信中，電磁波會因為碰撞到建筑物或者其他物體而產(chǎn)生反射、散射、繞射，此外發(fā)射端和接收端還會受到周圍環(huán)境的干擾，從而產(chǎn)生時變現(xiàn)象，其結果為信號能量會不止一條路徑到達接收天線，我們稱之為多徑傳播。數(shù)字信號經(jīng)過這樣的信道傳輸后，由于受到了信道的非理想特性的影響，在接收端就會產(chǎn)生碼間干擾(ISI) ，使系統(tǒng)誤碼率上升，嚴重情況下使系統(tǒng)無法繼續(xù)正常工作。理論和實踐證明，在接收系統(tǒng)中插入一種濾波器，可以校正和補償系統(tǒng)的特性，減少碼間干擾的影響。這種起補償作用的濾波器稱為均衡器。校正可以從時域和頻域兩個不同的角度來考慮：頻域均衡是利用可調濾波器的頻率特性來彌補實際信道的幅頻特性和群延時特性，使包括均衡器在內的整個系統(tǒng)的總頻率特性滿足無碼間干擾傳輸條件。時域均衡是從時間響應的角度考慮，使包括均衡器在內的整個傳輸系統(tǒng)的沖擊響應滿足無碼間干擾的條件。頻域均衡滿足奈奎斯特定理的要求，僅在判決點滿足無碼間干擾的條件相對寬松一些。隨著數(shù)字信號的處理理論和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，時域均衡器已成為當今高速數(shù)字通信中所使用的主要方法。調整濾波器抽頭系數(shù)的方法有手動調整和自動調整。如果接收端知道信道特性，例如信道沖擊響應或頻域響應，一般采用簡單的手動調整方式。由于無線通信信道具有隨機性和時變性，即信道特性事先是未知的，信道響應是時變的，這就要求均衡器必須能夠實時地跟蹤通信信道的時變特性，可以根據(jù)信道響應自動調節(jié)抽頭系數(shù)，我們稱這種可以自動調整濾波器抽頭系數(shù)的均衡器為自適應均衡器。(外)研究現(xiàn)狀均衡技術最早應用于電話信道，由于電話信道頻率特性不平坦和相位的非線性引起時間的彌散，使用加載線圈的均衡方法來改進傳送語音用的雙絞線電纜的特性。最常用于均衡的線性濾波器是一個橫向濾波器，稱為線性均衡。有兩種常用的方法確定均衡器的抽頭系數(shù)：迫零(ZF)準則和最小均方誤差(MMSE)準則。研究表明，線性均衡器對于像固定電話這樣的信道來說性能良好，因此這種算法被廣泛應用到各種碼間干擾不是很嚴重的場合。然而隨著移動通信技術的發(fā)展，這種均衡算法的弱點逐漸暴露出來。因此人們把研究的重點放在了實現(xiàn)簡單、性能較好的非線性均衡器上。判決反饋均衡器(DFE)和大連交通大學 2022屆本科生畢業(yè)設計（論文） 1最大似然序列估計(MLSE)就是兩種非線性均衡器。判決反饋均衡器包括一個前饋濾波器和一個反饋濾波器。前饋濾波器與橫向濾波器結構相同，反饋濾波器以對先前被檢測符號的判決序列作為其輸入。從功能上講反饋濾波器用于從當前估計值中除去由先前被檢測符號引起的那部分符號間干擾。而最大似然序列估計(MLSE)方法實質就是在極大似然序列估計的基礎上采用自適應信道估計器為序列檢測提供信道信息。因此這兩種非線性均衡方法與線性均衡方法相比其性能有很大的改善。由于在很多系統(tǒng)中衰落信道是隨機時變的，故需要研究自適應地跟蹤信道時變特性的均衡器，這促進了自適應均衡技術的發(fā)展?；谟柧毿蛄械淖赃m應均衡器最早在二十世紀六十年代提出。傳統(tǒng)的自適應均衡技術往往使用導頻訓練信號，即在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中加入一個時隙，在此時隙中傳輸一個在接收端已知的訓練信號，然后根據(jù)自適應算法，在接收端調整均衡器，使均衡器的輸出是與已知的參考訓練最相近的匹配。其技術己經(jīng)被用在很多數(shù)字通訊系統(tǒng)中，例如：高速率電話系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)，數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)等。至今廣泛應用的自適應算法有最小均方(LMS) 算法和盲均衡算法(CMA)等，他們的收斂特性和均衡性能己經(jīng)被人們深入的研究。目前常見的自適應均衡器結構有格形結構、橫向結構和網(wǎng)絡結構(神經(jīng)網(wǎng)絡均衡器)?；谟柧毿蛄械淖赃m應均衡方法的不足是傳輸訓練序列占用了寶貴的信道容量，降低了系統(tǒng)的傳輸效率。因此二十世紀八十年代以來，無需訓練序列的盲均衡技術開始得到迅速的發(fā)展?，F(xiàn)在出現(xiàn)的典型的盲均衡算法如下：基于 Bussagang 技術的盲均衡算法、基于高階統(tǒng)計量的盲均衡算法、基于二階矩的盲均衡算法 [8]等。盲均衡的優(yōu)點是可以降低發(fā)送訓練序列所增加的額外開銷，適用于不可能發(fā)送訓練序列的情況。而其缺點是需要較多的觀測數(shù)據(jù)，收斂速度較慢。近年來，半盲均衡算法也引起了人們的極大研究興趣。半盲均衡就是同時利用盲方法所用的信息和來自已知符號的信息來完成信道均衡的方法。典型的無線通信系統(tǒng)中一般都會發(fā)送一些已知信號用作信道估計和同步的訓練數(shù)據(jù)，或作為分隔突發(fā)數(shù)據(jù)的保護間隔，為了不顯著降低系統(tǒng)的性能，嵌入的數(shù)據(jù)都不是太長。這種情況下，傳統(tǒng)的基于訓練序列的均衡算法沒有足夠長的信號序列可用，而應用純盲均衡又有些浪費這些數(shù)據(jù)信息。半盲均衡和識別算法集成了基于訓練序列的算法和純盲算法的優(yōu)點，可以很好地應用于這類通信系統(tǒng)中，克服了兩種算法分別獨立使用時的缺點，其能夠使盲均衡問題和基于訓練序列的問題更具有魯棒性，而且能提供比這兩種方法更優(yōu)的性能。由上可知，隨著技術的發(fā)展，人們對移動通信系統(tǒng)的性能要求越來越高。因此我們有必要設計出與之相適應的各種信道均衡方法，以提高系統(tǒng)性能是十分必要的。 論文研究的主要內容本論文主要研究的是在數(shù)字通信系統(tǒng)中設計一個理想的均衡器，用以補償信道，從而減少碼間干擾。根據(jù)均衡器的結構有多種，我們需要根據(jù)迫零(ZF)準則或者最小均方誤差(MMSE)準則選擇一個均衡器，并選擇較為簡易的算法來調整均衡器的抽頭系數(shù)，并用大連交通大學 2022屆本科生畢業(yè)設計（論文） 2MATLAB 進行仿真。各章的主要內容如下：第一章簡單介紹了均衡技術，以及其研究現(xiàn)狀與發(fā)展等。第二章描述了通信信道的特性，對無線信道做了比較詳盡的分析，并且給出了通信信道的仿真模型，介紹了產(chǎn)生碼間干擾的原因以及一些減少碼間干擾的措施，概述了自適應均衡的原理與特點。第三章介紹了最常用的自適應均衡衡器以及其中 2 中算法：LMS 和 CMA第四章選擇自適應均衡器的結構和算法，用 MATLAB 對其進行仿真，然后分別采用LMS 算法和 CMA 算法進行仿真，并對 LMS 和 CMA 的收斂性能抗干擾性能等其他方面進行了比較。第五章為全文做了總結與展望。大連交通大學 2022屆本科生畢業(yè)設計（論文） 3第二章 信道、碼間干擾及均衡技術簡介數(shù)字信號經(jīng)過信道的傳輸?shù)竭_接收端，而實際上信道是一個特性復雜的函數(shù)而且還是時變的。因此接收到的信號已經(jīng)發(fā)生了嚴重的畸變從而產(chǎn)生碼間干擾，自適應均衡器能夠補償信道所產(chǎn)生的畸變，并且根據(jù)接收信號的變化自動調節(jié)均衡器的抽頭系數(shù)，以跟蹤信道的時變特性。 信道從宏觀上講，任何一個通信系統(tǒng)均可視為由發(fā)送設備、信道、接收設備三大部分組成。信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其特性對通信系統(tǒng)的性能影響很大。實際信道都不是理想的，均具有非理想的頻率響應特性，同時還不可避免地存在著噪聲干擾和其他干擾。信道在允許信號通過的同時又給信號以限制和損害，信道的特性將直接影響通信的質量。研究信道及噪聲的最終目的是弄清它們對信號傳輸?shù)挠绊?，尋求提高通信的有效性與可靠性的方法。信道，就是信號的通路，分為狹義信道和廣義信道兩大類。狹義信道是指介于發(fā)送設備和接收設備之間的傳輸媒質構成的信號通路。它可分為有線信道和無線信道兩大類。有線信道如雙絞線、電纜、光纖、波導等。而廣義信道是將信號經(jīng)過的傳輸路徑都稱為信道，不僅包括傳輸媒質，還包括通信系統(tǒng)中有關部件和電路，如天線與饋線、功率放大器、濾波器、調制器、解調器等。廣義信道又分為調制信道和編碼信道 。 ]2[根據(jù)以上描述，可以用如圖 21 所示的四端網(wǎng)絡來描述信道的模型，其輸出信號是 ()??)()(tnxfty??式中 代表輸入信號 的線性或者非線性變換， 代表加性噪聲。??)(txf )(tx )(t信道等效 模型 ??)()(tnxfty??圖 21 信道模型在線性條件下，信道的傳輸特性決定于等效四端網(wǎng)絡的傳輸函數(shù) 。)(wHc一般來說，信道的帶寬總是有限的。這種帶限信道對數(shù)字信號傳輸?shù)闹饕绊懯且鸫a元波形的展寬，從而產(chǎn)生碼間干擾。為了使碼間干擾減少到最少的程度，就需要采用自適應均衡技術。但在實際的通信信道中會產(chǎn)生加