FPGA在数字滤波器设计中的应用：线性自适应信道均衡算法研究

1、线性自适应信道均衡算法研究专 业：通信工程指导教师：邓晓红 答 辩 人：何 毅9/3/20221主要内容绪论码间干扰均衡器的分类与结构自适应均衡算法与实现9/3/20222一、绪论引言 在无线通信中，由于多径效应影响产生码间干扰，使接收信号产生误码，而通信协议要求发送方重新发送产生误码的数据帧，从而影响无线通信信道中传输数据的速率。自适应均衡技术能补偿由于信道引起的畸变，同时有效的抗码间干扰，提高传输速率。9/3/20223一、绪论均衡技术的发展：均衡技术最早广泛应用于 信道。20世纪六十年代以前，均衡器是固定或手调的1965年，Lucky提出了迫零准则1967年，Austin提出了判决反馈均

2、衡器。1969年，Gersho等人提出了根据最小均方误差准则的自适应均衡算法。 1970年，Brady提出分数间隔自适应均衡方案。1972年，Ungeboeck将LMS算法应用于自适应均衡。1974年，Gedard在kalman滤波理论上推导出递推最小二乘算法RLS1979年，Satonus等人提出了格型自适应均衡器。1975年，首次提出了盲均衡的概念。 9/3/20224一、绪论本文所作的工作 为了抑制码间干扰或补偿信道失真，我们需要采用均衡技术。实现均衡的算法有很多种，本课题中我们将研究均衡技术中的几种算法，并对其进行仿真。9/3/20225二、码间干扰码间干扰的定义 由于实际信道的频带总

3、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，在时域上波形发生时散效应。这种时散效应对数字通信所造成的危害称之为码间干扰(ISI)。 9/3/20226二、码间干扰码间干扰数学模型图2.1 数字通信系统中数学模型常用的通信信道数学模型为式中是 传输信号， 是信道的冲击响应， 是功率谱为的加性高斯白噪声。9/3/20227三、均衡器分类与结构均衡器的分类 均衡器从结构上可以被分为两类:线性均衡器和非线性均衡器。图3.1 均衡器的分类9/3/20228四、均衡器的分类与结构本文中主要介绍三种均衡器的结构线性横向均衡器（LTE）判决反馈均衡器（DFE）最大似然序列估值均衡器（MLS

4、E）9/3/20229三、均衡器的分类与结构线性横向均衡器（LTE）图3.2 线性横向均衡器结构图判决前横向滤波器的输出为：9/3/202210三、均衡器的分类与结构判决反馈均衡器（DFE）图3.3 判决反馈均衡器结构图判决反馈均衡器的输出为：9/3/202211三、均衡器的分类与结构图3.4 最大似然序列估值（MLSE）结构图最大似然序列估值（MLSE）图3.4 带自适应匹配滤波器的最大似然序列估值(MLSE)结构9/3/202212四、自适应均衡算法与实现决定算法的主要因素收敛速度-算法所需要的迭代次数失调-总平均的均方误差终值与最优的最小均方差的 差距。计算机复杂度-完成迭代算法所需的操

5、作次数数值特性9/3/202213四、自适应均衡算法与实现最小均方（LMS）算法LMS算法的具体步骤如下：步骤1：初始化抽头系数矢量， ， n=0；步骤2：当n =n+1时计算滤波器输出 ，计算误差函数 ，更新滤波器抽头系数矢量 。 9/3/202214四、自适应均衡算法与实现最小均方（LMS）算法图4.2 LMS算法仿真结果图9/3/202215四、自适应均衡算法与实现递归最小二乘（RLS）算法RLS直接算法：步骤1：初始化 ， ， ，I是NN的单位矩阵；步骤2：当n =n+1时，更新K(n)为增益矢量 e(n )为估计误差 递推公式 抽头系数9/3/202216四、自适应均衡算法与实现递归

6、最小二乘（RLS）算法RLS算法仿真图9/3/202217四、自适应均衡算法与实现递归最小二乘（RLS）算法 ，SNR=25dB (b) =2，SNR=25dB9/3/202218四、自适应均衡算法与实现恒模算法与实现CMA算法实现：步骤1：初始化 ， ， ,n=0 ；步骤2：当n =n+1时更新，均衡器的输出 均衡器抽头系数 9/3/202219四、自适应均衡算法与实现恒模算法与实现(a) 原始的QAM信号的星座图 (b) 均衡前信号的星座图 (c) 均衡后信号的星座图9/3/202220四、自适应均衡算法与实现恒模算法与实现(a) 0.0001 (b) 9/3/202221致谢 在论文完成之际，首先衷心感谢敬爱的导师邓晓红。在毕业设计过程中，邓老师给了我非常重要的指导。在论文写作过程中提供了许多宝贵资料并进行了细心地批改，使我能够圆满地完成论文设计工作。在此，我以最诚挚的心情向我的导师邓晓红老师表示最衷心的感