【正文】 1000 2022 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000222324 代代代代代代代代代代代 x(n)代代代代代 MSE(db) 自適應(yīng)學(xué)習(xí)曲線(1) 學(xué)習(xí)過程：如果信號運行環(huán)境是固定不變的，但未知的，那么自適應(yīng)濾波器的最佳濾波參數(shù)是固定的，這樣就要求自適應(yīng)濾波器找到使其輸出性能最佳的參數(shù)，然后停止調(diào)整。(2) 自適應(yīng)算法決定了自適應(yīng)濾波器如何根據(jù)外界信號的變化來調(diào)整參數(shù)。 與普通濾波器的區(qū)別(1) 自適應(yīng)濾波器的濾波參數(shù)是可變的，它能夠隨著外界信號特性的變化而動態(tài)地改變參數(shù)，保持最佳濾波狀態(tài)。自適應(yīng)算法用性能標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值、它的某些函數(shù)，及輸入信號和期望的響應(yīng)來決定如何修改濾波器的參數(shù)，以提高性能。大多數(shù)自適應(yīng)濾波器使用平方誤差的某種平均形式，因為這在數(shù)學(xué)上是容易處理的，且有利于實際系統(tǒng)的設(shè)計。(2) 性能判據(jù)(COP)：COP模塊用自適應(yīng)濾波器的輸入和期望響應(yīng)去評價其質(zhì)量是否與特定應(yīng)用的要求相符合。例如，濾波模塊可能是用直接或格型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的、可調(diào)的有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器，或者是用級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的遞歸濾波器。 自適應(yīng)濾波器的基本構(gòu)成濾波結(jié) 構(gòu)（可編程濾 波器 ）自 適應(yīng)算法輸入信號 輸出信號濾波器參 數(shù)性能評 估 一般自適應(yīng)濾波器的基本單元，每個自適應(yīng)濾波器都包括濾波結(jié)構(gòu)、性能判據(jù)以及自適應(yīng)算法三個模塊：(1) 濾波結(jié)構(gòu)：一個按理想模式設(shè)計的可修改濾波系數(shù)的可編程濾波器，這個模塊利用對輸入信號的度量，形成濾波器的輸出。(2) 閉環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)：除了對輸入信號和環(huán)境進行測量外，還利用系統(tǒng)調(diào)整所得結(jié)果的有關(guān)知識去優(yōu)化系統(tǒng)某種性能，即該系統(tǒng)是一種帶“性能反饋”的自適應(yīng)系統(tǒng)。 自適應(yīng)濾波器的分類自適應(yīng)濾波器按照不同的分類方法，有不同的分類，一般來說按照自適應(yīng)系統(tǒng)的分類方法，自適應(yīng)濾波器可分開環(huán)和閉環(huán)自適應(yīng)兩種類型，如圖 所示： 自適應(yīng)算 法可編程濾 波器輸入 輸出自適應(yīng)算 法可編程濾 波器輸入 輸出 開環(huán)和閉環(huán)兩種自適應(yīng)濾波器(1) 開環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)：對輸入信號和環(huán)境進行測量，并用測量得到的信息形成公式或算法，用以調(diào)整自適應(yīng)系統(tǒng)本身。 自適應(yīng)濾波原理所謂自適應(yīng)濾波器，就是當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時，利用前一時刻己獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動調(diào)節(jié)現(xiàn)時刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號和噪聲未知的或隨時間變化的統(tǒng)計特性，從而使輸出性能達到最優(yōu)的效果。2 自適應(yīng)濾波原理與應(yīng)用近年來，通信和生物醫(yī)學(xué)等技術(shù)的發(fā)展為自適應(yīng)濾波器提供了更為廣泛的應(yīng)用空間。然后介紹了自適應(yīng)濾波技術(shù)。第五章：總結(jié)。第四章： LMS算法在信道條件突變的情況下的算法研究。第三章： LMS 算法和變步長 LMS 算法分析。 論文的章節(jié)安排本論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排如下：第一章： 緒論，介紹時域均衡在無線通信系統(tǒng)中的作用。 論文的研究意義自適應(yīng)濾波器在很多領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)字通信領(lǐng)域，自適應(yīng)均衡是對包括語音頻帶、微波、對流層散射無線通信、有線電視調(diào)制解調(diào)器在內(nèi)的數(shù)字通信系統(tǒng)有最大影響的成熟技術(shù) [4]。 主要研究內(nèi)容 論文的研究目標(biāo)論文針對數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于碼間串?dāng)_(ISI)和信道加性噪聲的干擾，導(dǎo)致信號在接收端產(chǎn)生誤碼，設(shè)計了基于LMS算法的自適應(yīng)濾波器，并通過MATLAB軟件平臺仿真實現(xiàn)。時域均衡是使總沖擊響應(yīng)滿足無碼間干擾的條件。均衡分為頻域均衡和時域均衡。采用適當(dāng)有效的自適應(yīng)均衡技術(shù), 可以克服數(shù)據(jù)傳輸在頻帶利用率、誤碼率性能以及傳輸速率上的許多缺點。信 道 均 衡 是 通 信 系 統(tǒng) 中 一 項 重 要 的 技 術(shù) ， 能 夠 很 好 的 補 償 信 道 的 非 理 想 特 性 ，從 而 減 輕 信 號 的 畸 變 ， 降 低 誤 碼 率 在 高 速 通 信 、 無 線 通 信 領(lǐng) 域 ， 信 道 對 信 號的 畸 變 將 更 加 的 嚴 重 ， 因 此 信 道 均 衡 技 術(shù) 是 不 可 或 缺 的 。隨著數(shù)字信號處理理論和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，時域均衡已廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信的各個領(lǐng)域。頻域均衡器只能均衡時變信道的幅頻特性，不能有效地均衡群時延特性，在數(shù)字信號中一般不采用。由于信道特性是變化的，均衡器的參數(shù)也應(yīng)該隨之而改變，可以自動調(diào)整參數(shù)以保持最佳工作狀態(tài)的均衡器就是自適應(yīng)均衡器(自適應(yīng)濾波器)。 均衡技術(shù)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，碼間串?dāng)_和加性噪聲是造成信號傳輸失真的主要因素，為克服碼間串?dāng)_，在接收濾波器和抽樣判決器之間附加一個可調(diào)濾波器，用以校正(或補償)這些失真。自適應(yīng)濾波理論是在維納(Weiner)濾波、卡爾曼(Kalman)濾波理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種濾波技術(shù)，這三種濾波理論所研究的信號都是隨機數(shù)字信號，但是維納濾波需要已知輸入信號和噪聲的統(tǒng)計特性，而且維納濾波器的參數(shù)是固定的，所以只適用于平穩(wěn)隨機信號；卡爾曼濾波濾波器的參數(shù)是可調(diào)的，適用于平穩(wěn)隨機信號和非平穩(wěn)隨機信號，但同樣需要知道輸入信號和噪聲的統(tǒng)計特性，因此這兩種濾波器只有在輸入信號和噪聲的統(tǒng)計特性先驗已知的條件下，才能達到最有濾波效果。自適應(yīng)濾波器屬于現(xiàn)代濾波器的范疇?，F(xiàn)代濾波器是把信號和噪聲都視為隨機信號，利用輸入信號內(nèi)部的一些統(tǒng)計分布規(guī)律(如自相關(guān)函數(shù)、功率譜等)導(dǎo)出一套最佳的估計算法，從干擾中最佳地提取信號。經(jīng)典濾波器，即一般的濾波器，特點是假定輸入信號中有用的頻率成分和希望濾除的頻率成分各占有不同的頻帶，即關(guān)于信號和噪聲應(yīng)具有一定的先驗知識，這樣可以通過一個合適的選頻濾波器將無用的頻率成分濾除。 自適應(yīng)濾波技術(shù)在數(shù)字信號處理領(lǐng)域，濾波器是語音與圖像處理、模式識別、雷達信號處理、頻譜分析等應(yīng)用中的一種基本處理部件，它從復(fù)雜的信號中提取有用的信號,同時抑制噪聲和干擾信號。在無線信道和水聲信道中，ISI 是由于多徑傳輸?shù)慕Y(jié)果。k通過分析可知，由于實際的通信系統(tǒng)很難滿足無失真?zhèn)鬏敆l件(奈奎斯特第一準(zhǔn)則)，信道的頻率響應(yīng)偏離了理想的均勻幅值和線性相位，已傳輸?shù)拿}沖的兩個尾部(左邊和右邊)都會影響相鄰的脈沖，這種由于相鄰脈沖波形尾部重疊而引起的畸變稱為碼間串?dāng)_(ISI)，它會引起誤差的判決，增大出錯的概率。下面以第 個碼元 為例，分析其抽樣判決結(jié)果，傳輸系統(tǒng)模kka型如上圖所示。 通信系統(tǒng)的傳輸特性在實際的通信系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)總傳輸特性（包括發(fā)送、接收濾波器和信道）不夠理想，引起脈沖波形延遲、展寬、拖尾等畸變，使碼元之間相互串?dāng)_。在通信系統(tǒng)的理論分析中，特別是在分析、計算系統(tǒng)抗噪聲性能時，經(jīng)常假定系統(tǒng)中信道噪聲為高斯型白噪聲。通常，通xm2x?信信道中噪聲的均值 ，這種均值為零的高斯分布也叫正態(tài)分布，即：0x ()21()ep() )xxp??????高斯噪聲是實際存在最普遍的一種噪聲。白噪聲是一個理想化的模型，在實際中不存在完全理想的白噪聲，通常只要噪聲功率譜密度函數(shù)均勻分布的頻率范圍遠遠超過通信系統(tǒng)工作頻率范圍時，就可近似認為是白噪聲。之所以稱它為“白”噪聲，是因為它類似于光學(xué)中包括全部可見光頻率在內(nèi)的白光。在通信系統(tǒng)的理論分析中常常用到以下幾種噪聲模型，實際統(tǒng)計與分析研究證明，這些噪聲的特性是符合具體信道特性的。脈沖噪聲是在時間上無規(guī)則地突發(fā)的短促噪聲(如工業(yè)點火輻射)，這類噪聲突發(fā)的脈沖幅度大，但持續(xù)時間短，具有較長的安靜期，對模擬話音信號的影響不大。按噪聲的性質(zhì)劃分，加性噪聲可分為單頻噪聲、脈沖噪聲、起伏噪聲三類。信道中加性噪聲(加性噪聲)的來源，一般可以分為三方面：人為噪聲、自然噪聲。 通信系統(tǒng)中的噪聲干擾信道噪聲是指通信系統(tǒng)中意圖傳輸信號以外的有害干擾信號，與信號之間相互獨立，并且在通信系統(tǒng)中是始終存在不可避免的，通常稱為加性干擾或加性噪聲。}na()dt圖 數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸模型圖 中， 表示原始的數(shù)字信號序列，作為發(fā)送濾波器的輸入，(){}ndta?即： ()()()nnStatT?????、 、 分別表示發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器的傳輸特性；()TG?CR整個數(shù)字通信系統(tǒng)(包括發(fā)送濾波器、信道和接收濾波器)的總傳輸特性 ，()H?即： ()()()TRHGC???其單位沖激響應(yīng)用 表示； 表示系統(tǒng)中附加高斯白噪聲； 表示htnt ()yt接收濾波器的輸出、抽樣判決電路的輸入； 表示抽樣判決器輸出的抽樣判{39。在傳統(tǒng)的判決反饋均衡器中，自適應(yīng)算法必須以己知的訓(xùn)練序列為前提才能開始進行，然而實際信道中訓(xùn)練序列的傳輸有時往往是比較困難的同時也會降低通信系統(tǒng)的效率，從而開始了無訓(xùn)練序列的盲判決反饋均衡器的研究。為了提高通信質(zhì)量，減小碼間干擾，在接收端通常都要采用均衡技術(shù)抵消信道的影響。但是這種傳輸條件實際上不可能達到，因為理想低通的傳輸特性意味著有無限陡峭的過渡帶，這在工程上是無法實現(xiàn)的。每個碼元只能取離散的有限個值，例如在二進制中， an只能取0或1兩個值；在 M進制中， an取0 ,1 ,2 , : , M1等 M個值，或者取二進制碼的 M 種排列。數(shù)字信號在一般情況下可以表示為一個數(shù)字序列，而這個數(shù)列用數(shù)學(xué)符號表示為…, a2,a1,a0,a1,a2,…,an,…簡記為{ an} 。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致 為 “位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個 重要問題。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。于是，就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，而在接收端相應(yīng)需要一個解碼器。數(shù)字通信中還存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。而模擬通信中繼時，只能增加信號能量（對信號放大），而不能消除噪聲。這是因為數(shù)字信號在每次再生后，只要不發(fā)生錯碼，它仍然像信源中發(fā)出的信號一樣，沒有噪聲疊加在上面。而在模擬通信中，傳輸?shù)男盘柗仁沁B續(xù)變化的，一旦疊加上噪聲，即使噪聲很小，也很難消除它。信號在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會使波形失真，接收端對其進行抽樣判決，以辨別是兩種狀態(tài)中的哪一個。目前有關(guān)自適應(yīng)濾波器的研究一直以來是個熱點課題。本課題的名稱是“自適應(yīng)濾波器的計算機實現(xiàn)”，主要任務(wù)是完成通信系統(tǒng)的設(shè)計及自適應(yīng)濾波器算法的程序設(shè)計和編和仿真調(diào)試；使用 數(shù)學(xué)實驗室仿真軟件來實現(xiàn)自適應(yīng)濾波器的計算機實現(xiàn)，通過觀察波形來分析實際信道中自適應(yīng)濾波器的特性。所以在信道突然發(fā)生變化時我們需要濾波器的誤差收斂速度快，而當(dāng)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時我們需要濾波器的失調(diào)量很小。 使算法具有快的收斂速度和好的跟蹤能力，但是在穩(wěn)態(tài)時失調(diào)很大，而小的步長因子 181。 在比較小時誤差收斂速度較小，跟蹤信道變化能力也較差，但是誤差穩(wěn)態(tài)值很小平穩(wěn)性也較好。 固定，當(dāng) 181。在數(shù)字通信中，由于失真、多徑效應(yīng)等的影響，許多實際通信線路的特性與理想特性偏離很遠，均衡器的參數(shù)也應(yīng)該隨之變化，能夠隨通道特性變化而自動調(diào)整參數(shù)以保持實現(xiàn)連續(xù)均衡的均衡器就是自適應(yīng)均衡器。關(guān)鍵詞：自適應(yīng)均衡，自適應(yīng)濾波器，LMS 算法 ，MATLAB 仿真Computer realization of the adaptive filterAbstract The research of adaptive filter is one of the most activity tasks. The adaptive filter has been widely used in various technique fields, particularly in digital munication, adaptive equalization is a kind of mature technology, it have great impact on digital munication system such as Audio frequency, microwave, wireless munication via tropospheric scatter, modem of cable TV and so on. In general ，it is difficult to know the received signal39。根據(jù)卡爾曼濾波的思想，Widrow 等提出了一種自適應(yīng)最小均方誤差算法(LMS)，這種算法不需要事先知道相關(guān)矩陣，只需調(diào)整 FIR 濾波器的權(quán)系數(shù)，便可使接收信號收斂于最佳值，因此對自適應(yīng)濾波器的研究非常有意義。在無線通信系統(tǒng)中，一般很難知道接收信號的自相關(guān)量和接收信號與發(fā)送信號的相關(guān)量，對于維納濾波器,需要事先估計出自相關(guān)與互相關(guān)量，這是非常不方便的。 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：自適應(yīng)濾波器的計算機實現(xiàn)院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2022 年 6 月自適應(yīng)濾波器的計算機實現(xiàn)摘要自適應(yīng)濾波器是當(dāng)今自適應(yīng)信號處理中最為活躍的研究課題之一。自適應(yīng)濾波器有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)字通信領(lǐng)域，自適應(yīng)均衡是一種成熟技術(shù)，對包括語音頻帶、微波、對流層散射無線通信、有線電視調(diào)制解調(diào)器等數(shù)字通信系統(tǒng)影響最大。雖然卡爾曼濾波方法無需事先知道自相關(guān)與互相關(guān)量，但它必須知道系統(tǒng)的狀態(tài)方程和噪聲的統(tǒng)計