通信系统--均衡技术

项目1-2数字调制技术鄢立抗衰落与多径干扰消除技术01均衡技术概述02均衡原理Contents目录03小结01Part均衡技术概述鄢立均衡技术概述在通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波等多径效应的存在，导致由这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，使接收信号呈衰落状态；同时这些电磁波射线到达的时延不同，可能出现码间干扰。均衡技术概述当多射线强度较大，且时延差不能忽略时，将产生误码，这种误码靠增加发射功率是不能消除的，而由此多径效应产生的衰落叫多径衰落，也是产生码间干扰的根源。对于数字通信、雷达最佳检测等都会产生十分严重的影响。传播损耗地面阴影效应慢衰落多径效应快衰落概述--分类信道衰落与多径衰减消除技术均衡技术前向纠错编码循环冗余校验技术交织技术分集技术概述--均衡的实质均衡本质：产生与信道相反的特性，用来抵消信道的时变多径传播特性引起的码间串扰。均衡不用增加传输功率和带宽，即可改善移动通信链路的传输质量。均衡重在消除码间串扰，而分集重在消除深度衰落的影响。均衡适用于信号不可分离，多径且时延扩展远大于符号宽度的情况。概述--均衡的途径均衡有两个基本途径：•频域均衡：使包括均衡器在内的整个系统的总传输函数满足无失真传输的条件(即H(w)=1)。通常分别校正幅频特性和群时延特性，模拟通信（序列均衡）通常采用。•时域均衡：直接从时间响应考虑，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰的条件(即h(t)=δ（t）)。数字移动通信面临的信号是时变信号，通常采用时域均衡法，使整个系统无码间串扰。随着码率的提高，时域均衡愈来愈复杂，研究热点逐步转入频域均衡。概述如果调制信号带宽超过了无线通道的相干带宽，将会产生码间干扰，并且调制信号会展宽，而接收机内的均衡器可以对信道中的幅度和延迟进行补偿。均衡器常被放在接收机的基带或中频部分实现02Part均衡技术工作原理鄢立均衡原理x(t)：原始基带号f(t)：等效的基带冲激响应，综合反映发射机、信道和接收机的射频、中频部分的总的传输特性g(t)：发射机、信道、接收机的射频、中频部分和均衡器四者的等效冲激响应。发送滤波器信道接收滤波器均衡器f(t)z(t)f(t)g(t)heq(t)δ（t)均衡基本原理均衡器的期望输出值为原始信息x(t)。假定干扰nb(t)=0，则g(t)必须满足下式)()()()(tthtftgeq1)()(fFfHeq频域表达式发送滤波器信道接收滤波器均衡器f(t)z(t)f(t)g(t)heq(t)δ（t)均衡基本原理表达式实质：将经过信道后的信号中频率衰落大的频谱部分进行增强，衰落小的部分进行削弱，使所收到频谱的各部分衰落趋于平坦，相位趋于线性。均衡器实际上是传输信道的反向滤波器。1)()(fFfHeq均衡基本原理理想基带传输系统是按Nyquist第一准则建立，发送和接收滤波的传输函数以Nyquist取样频率fs为中心的对称滚降函数。所以理想信道的冲击响应是h(t)，非理想（失真）信道的冲击响应是f(t)h（t）x（t）tx0x1x-1x-2x2均衡基本原理要求：理想脉冲响应h(t）为理想的冲激响应，在Nyquist取样时刻，h(kTn)=0（k≠0）。而实际信道y(t)在Nyquist取样时刻，y(kTn)≠0（k≠0），从而形成码间串扰。h（t）x（t）tx0x1x-1x-2x2均衡基本原理若在各个来奎斯特取样时刻（即t=k/2fN，k=±1,±2…）对实际信道脉冲响应x(t)取样，因其样值不为零而形成符号（码）间干扰，如图所示，利用信道均衡器引入的脉冲响应使得总脉冲响应y(t)能接近h(t)，则可消除非理想信道引起的符号（码）间干扰。这就是时域均衡器的基本原理。h（t）x（t）tx0x1x-1x-2x2均衡基本原理时域均衡的目的：使经过均衡器的总冲激响应趋近h（t），以到达消除非理想信道引起的码间串扰。h（t）x（t）tx0x1x-1x-2x2自适应均衡基本原理由于移动信道是时变信道，因此移动通信系统中采用的均衡必须能够自适应。均衡器的选取：信道的最大期望时延可以指示设计均衡器时所使用的阶数，而信道特性的变化速率往往会对均衡器的收敛速率提出要求。前馈滤波器反馈滤波器判决器自适应算法Σ输出序列训练序列Σ—+kdkIkd输入自适应均衡基本原理自适应均衡器一般包含两种工作模式，训练模式和跟踪模式。训练模式：发射机发射一个已知的、定长的训练序列，用以训练均衡器的抽头系数加权算法（使均衡器输出的估值与所训练序列的误差ek的均方值为最小），使均衡器收敛。典型的训练序列是一个二进制伪随机信号或是一串预先指定的数据位。前馈滤波器反馈滤波器判决器自适应算法Σ输出序列训练序列Σ—+kdkIkd输入自适应均衡基本原理跟踪模式：直接利用通信中传输的数字信号的判决来形成误差信号（基于均衡器输出估计值与其判决值的之差），并依据自适应算法跟踪调节抽头系数的加权。前馈滤波器反馈滤波器判决器自适应算法Σ输出序列训练序列Σ—+kdkIkd输入自适应均衡器-----横向均衡器横向滤波器是时域均衡系统的主体，也称横截滤波器。如图所示，横向滤波器是由2N节抽头延迟线、2N+1个抽头、加权系数Ck和相加器组成。每节延迟时间T=Tb(一个码元周期)。TTTT输入输出CNC0C-1C-NC1自适应均衡器-----横向均衡器横向滤波器的抽头越多，均衡器的控制范围越大，均衡的效果越好。从理论上讲，只要N足够大，可以使符号间干扰为任意小。自适应均衡算法依据符号间干扰为最小，来调节加权系数Ck（k≠0）的算法，叫均衡算法，依据的准则叫均衡准则。算法一般要求考虑自适应，即包括两步滤波过程：计算输出对输入信号的响应；自适应过程：通过比较输出结果与期望响应产生估计误差，根据估计误差自动调整滤波器的参数。自适应均衡算法自适应算法的性能指标(ThePerformanceofAnAlgorithm)收敛速度：系指对于恒定输入，当迭代算法的迭代结果已经充分接近最优解时，算法所需的迭代次数。失调：对自适应滤波器取总平均的均方差的终值与最优的最小均方差之间的差距。计算复杂度：完成迭代次数所需的操作次数。数值特性：当算法以数字逻辑实现时，由于噪声和计算机中数字表示引入的舍入误差，会导致计算的不精确。自适应均衡算法均衡准则：最小峰值失真准则和最小均方误差准则。最小峰值失真准则：使干扰的峰值最小，消除取样点的符号干扰。最小均方误差准则（LMS）：使均衡器期望输出值dk与实际输出值δk的误差ek=dk-δk的均方值最小，使输出趋于理想的响应。03Part小结鄢立小结均衡不用增加传输功率和带宽，即可改善移动通信链路的传输质量。均衡重在消除码间串扰。均衡适用于信号不可分离多径且时延扩展远大于符号宽度的情况。起源于固定式有线传输网络中的频率均衡滤波器。谢谢观赏thankyou2.15