新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

1绪论

1.1 课题研究的意义

在数字通信系统中，由于信道带宽的限制和多径传播的影响，会导致码间干扰，同时信号在传输中不可避免的会受到各种噪声的影响，使信号发生畸变，而均衡器的作用是在不加大噪声的情况下，消除码间干扰，从而提高数据传输的可靠性。在实际的通信系统中，信道特性是未知的并且是非理想的，传统的均衡器无法满足系统的要求，必须使用能够实时快速跟踪信道变化、具有较强时变能力的均衡器，即自适应均衡器。

随着3G的普及和4G时代的到来，通信技术正在迅猛的发展，数字化、宽带

化成为当前发展主流，新技术层出不穷，许多以往的设计方法己经被淘汰或者已跟不上通信发展的步伐，基于matlab实现的自适应均衡器能够更好地适应当前通信的发展要求，具有更广阔的应用前景。

1.2 均衡器发展及研究状况

直到20世纪60年代初期，能消除码间干扰对数据传输恶化影响的电话信道

均衡由固定均衡器或人工调整参数的均衡器来完成。1965年，Lucky在均衡问题方面取得了突破性进展，他提出迫零算法并用来自动调整横向均衡器的抽头加权系数。Lucky工作的显著特征是使用了极大一极小型性能准则，它对横向均衡器内的邻近脉冲所引起的码间干扰具有强迫为零的作用，从而得名为迫零算法。第二年，他又将此算法推广到跟踪方式。1965年，DiToro独立地把自适应均衡器应用于对抗码间干扰对高频链路数据传输的影响。1967年，Austin提出了判决反馈均衡器 (Decision Feed back Equalizer，DFE)，判决反馈均衡器包括前馈部分和反馈部分，判决反馈均衡的基本方法就是一旦信息符号经检测和判决以后，它对随后信号的干扰在其检测之前可以被估计并消减，这种反馈使得均衡器具有无限冲激响应，从而使它对信道的时延畸变有良好的补偿作用。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 (Least Mean Square，LMS)，1970年，Brady提出分数间隔自适应均衡器 (Fractionally Spaced Equalizer，FSE)方案。1972年，Ungertboeck使用LMS算法对自适应横向均衡器的收敛性能进行了详细的数学分析，1974年，Godard在卡尔曼滤波理论上推导出递推最小均方算法 (Recursive Least Squares，RLs)。LMs类算法和RLS类算法是自适应滤波算法的两大类，之后在此基础上提出了各种改进的算法。1975年，日本学者Y.Sato首次提出了盲均衡的概念，从此盲均衡成为国际研究热点。盲均衡是一种不需要发射机发送已知信号序列进行训练、仅利用信道输入和输出信号的基本统计特性就能对信道的色散特性进行均衡的一种特殊的均衡技术。1979年，Satorius等人提出了格型自适应均衡器。

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1.3 均衡技术简介

均衡主要是用于消除码间干扰，其机理是对信道或整个传输系统特性进行补偿，从而达到系统传输的要求。基于对信号的研究角度或领域的不同，均衡有两种实现途径:频域均衡和时域均衡，顾名思义，频域均衡就是从频域上来补偿系统的频率特性，时域均衡是从时间响应的角度来校正信号畸变。时域均衡的原理已在数字通信中占有重要的地位，得到广泛的应用，故本文的自适应均衡器的理论研究和实现均在时域均衡下进行。

均衡技术可以分为线性均衡和非线性均衡两类，两者的差别主要在于自适应均衡器的输出被用于反馈控制的方法，如果判决输出没有被用于均衡器的反馈逻辑中，那么均衡器是线性的;如果判决输出被用于反馈逻辑中并帮助改变了均衡器的后续输出，那么均衡器是非线性的。

1.4信道、码间干扰

1.4.1信道

信道是信号的传输媒质，是发射机向接收机传输信号的载体，它由有线和无线的电线路提供的信号通路。在无线通信系统(如公众移动通信网、卫星通信系统和微波视距中继通信系统)中，信道是大气或自由空间所使用的一段射频频谱;在有线通信系统中，信道可以是同轴电缆或光导纤维等。

从研究消息传输的角度出发，将信道分为狭义信道和广义信道，狭义信道是发送设备和接受设备之间用以传输信息的物理介质，其分为有限信道和无限信道两类。而广义信道除包括狭义信道外，还包括发送设备和接收设备等有关部件和线路，因为在研究通信系统的过程中，人们关心的是经过接收机接收检测后，输出消息的质量和信息量，将信源和信宿之间的各个部分都看成信道，可简化分析的模型。

广义信道按其所包含的功能，可以分为调制信道和编码信道。调制信道是从调制器输出端到解调器输入端信号所经过的所有电路设备和传输媒质，定义调制信道主要是为了考察调制解调器的特性，而不关心其中间环节的工作过程。编码信道是从编码器的输出端到解码器的输入端信号所经过的所有电路设备和传输媒质，与调制信道类似，定义编码信道的目的是为了研究信道编解码器的特性，而不关心其中间的环节(如调制器和解调器等)的工作过程。为了研究信道特性对通信质量的影响，通常还把调制信道又分为恒参信道和随参信道，恒参信道是指信道的参数不随时间变化，或其变化相对于信道上传输信号的变化极其缓慢，如以光导纤维作为传输介质的信道;而随参信道是指信道的参数随时间发生变化，如移动通信系统中的无线信道。

其分类如下图：

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有线信道狭义信道无线信道信道调制信道广义信道编码信道随参信道有记忆信道无记忆信道恒参信道

图1.1 信道分类图

1.4.2码间干扰

在实际上通信信道是一个特性复杂的函数且还是随时间变划的，使得接收到的信号己经发生了严重的畸变从而产生了码间干扰，信道一般可以用带限的线性滤波器描述，设这类信道的频率响应为:

H(f)?A(f)ej?(f) （1.1） 其中，A(f)为幅频响应，?(f)为相频响应。信道的相频响应还可以用群延迟来衡量，其定义如下:

?(f)??1d?(f) （1.2）

2?df若一个信道在发射信号占据的带宽w内A(f)和?(f)均为常数，则称信道为无畸变信道或理想信道，信号通过该信道将实现无失真传输，实际中，理想信道是不可能完全严格实现的。若A(f)和?(f)在发射信号带宽内不为常数，则称信道为畸变信道，更具体地，若A(f)不为常数，则称信道为幅度畸变信道，若?(f)不为常数，则为时延畸变信道。

1.5 本论文的主要研究内容

本文主要研究了自适应均衡器的结构和原理和自适应均衡的算法，以及基于matlab自适应均衡器的设计与实现。首先，本文阐述了码间干扰的产生原因及其数学模型，进而给出了时域均衡器的原理;然后，介绍了最常用的自适应衡算法一LMS算法，并且对基于该算法的时域均衡器进行了MATLAB仿真，最后，通过对仿真结果的分析，得出了如何通过调整算法和算法里的参数，来实现自适应均衡器能够自动跟踪信道变化、补偿信道畸变、减少误码，最终达到了设计的要求。

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2.时域均衡器的原理

2.1时域均衡器概括

根据时域均衡器可以分两大类：线性均衡器和非线性均衡器。如果接收机中判决的结果经过反馈用于均衡器的参数调整，则为非线性均衡器；反之，则为线性均衡器。在线性均衡器中，最常用的均衡器结构是线性横向均衡器，它由若干个抽头延迟线组成，延时时间间隔等于码元间隔 。非线性均衡器的种类较多，包括判决反馈均衡器(DFE)、最大似然(ML)符号检测器和最大似然序列估计等。均衡器的结构可分为横向和格型等。

2.2时域均衡器的工作原理

自适应时域均衡器的工作过程包含两个阶段，一是训练过程，二是跟踪过程。在训练过程中，发送端向接收机发射一组已知的固定长度训练序列，接收机根据训练序列设定滤波器的参数，使检测误码率最小。典型的训练序列是伪随机二进制信号或一个固定的波形信号序列，紧跟在训练序列后面的是用户消息码元序列。接收机的自适应均衡器采用递归算法估计信道特性，调整滤波器参数，补偿信道特性失真，训练序列的选择应满足接收机均衡器在最恶劣的信道条件下也能实现滤波器参数调整，所以，训练序列结束后，均衡器参数基本接近最佳值，以保证用户数据的接收，均衡器的训练过程成功了，称为均衡器的收敛。在接收用户消息数据时，均衡器还不断随信道特性的变化连续地改变均衡器参数。均衡器的收敛时间受均衡算法、均衡器结构和信道特性的变化情况所决定。通常，均衡器需要通过重复性地周期训练保证能够一直有效地抑制码间干扰。所以，用户数据序列需要被分割成数据分组或时隙分段发送。均衡器通常工作在接收机的基带或中频信号部分，基带信号的复包络含有信道带宽信号的全部信息，所以，均衡器通常在基带信号完成估计信道冲激响应和解调输出信号中实现自适应算法等。

均衡的特性对象不同，均衡可以分为频域均衡和时域均衡两种，频域均衡是使包括均衡器在内的整个系统的总的传输函数满足无失真传输条件；时域是从时间响应的角度来思考，使包括均衡器在内的整个系统的冲击响应满足无ISI条件，频域均衡器多用于模拟通道，时域均衡多用于数字通信，这里主要讨论时域均衡。图1为加入时域的数字基带传输系统，均衡之前的所有设备的频率特性的用H(ω)表示，它是发送滤波器、信道和接收滤波器的频率特性的乘积。

输入信号H(ω)均衡器T(ω)输出信号

图2.1数字基带传输系统模型

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