自适应均衡

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自适应均衡算法

自适应均衡算法

自适应均衡算法自适应均衡算法是一种常用的数字图像处理算法,它可以有效地提高图像的质量和清晰度。

该算法的核心思想是通过对图像的直方图进行分析和处理,使得图像的亮度和对比度得到均衡,从而达到优化图像质量的目的。

本文将从算法原理、应用场景和优缺点三个方面来介绍自适应均衡算法。

一、算法原理自适应均衡算法的核心思想是将图像的直方图进行分析和处理,使得图像的亮度和对比度得到均衡。

具体来说,该算法将图像分成若干个小区域,对每个小区域的直方图进行均衡化处理,然后将处理后的小区域重新组合成一张完整的图像。

这样做的好处是可以针对不同区域的亮度和对比度进行不同的处理,从而达到更好的均衡效果。

自适应均衡算法的具体步骤如下:1. 将图像分成若干个小区域,每个小区域的大小可以根据实际情况进行调整。

2. 对每个小区域的直方图进行均衡化处理,使得该区域的亮度和对比度得到均衡。

3. 将处理后的小区域重新组合成一张完整的图像。

二、应用场景自适应均衡算法在数字图像处理中有着广泛的应用场景,下面列举几个常见的应用场景:1. 医学图像处理:在医学图像处理中,自适应均衡算法可以用来增强图像的对比度和清晰度,从而更好地显示病变部位。

2. 景观照片处理:在景观照片处理中,自适应均衡算法可以用来增强图像的色彩和对比度,从而使得照片更加美观。

3. 安防监控:在安防监控中,自适应均衡算法可以用来增强图像的亮度和对比度,从而更好地识别出目标物体。

三、优缺点自适应均衡算法有着许多优点,但也存在一些缺点,下面分别进行介绍:1. 优点:(1)能够针对不同区域的亮度和对比度进行不同的处理,从而达到更好的均衡效果。

(2)处理速度较快,适用于实时处理。

(3)算法简单易懂,易于实现。

2. 缺点:(1)容易出现过度增强的情况,导致图像失真。

(2)对于图像中存在的噪声和干扰,自适应均衡算法的效果并不理想。

(3)算法对于图像的分割和区域划分要求较高,需要进行精细的处理。

通信系统中的自适应信号处理与均衡算法

通信系统中的自适应信号处理与均衡算法

通信系统中的自适应信号处理与均衡算法在通信系统中,自适应信号处理与均衡算法扮演着重要的角色。

这些算法可以有效地降低通信信道带来的干扰和失真,提高信号质量和系统性能。

本文将探讨通信系统中常见的自适应信号处理和均衡算法,并分析其原理和应用。

一、自适应信号处理算法1. 最小均方误差(LMS)算法最小均方误差算法是一种经典的自适应滤波算法。

它通过不断调整滤波器的系数以最小化输入信号与期望输出信号的均方误差。

LMS算法的优点在于实现简单、计算效率高,适用于大多数通信系统中的实时应用。

2. 最小均方归一化(LMN)算法最小均方归一化算法是LMS算法的改进版本。

相比于LMS算法,LMN算法引入了归一化因子,使得滤波器系数的更新速度更慢,从而提高了系统的稳定性和收敛性能。

LMN算法在处理非平稳信号和有频率衰减的噪声时表现出更好的性能。

3. 逆滤波器算法逆滤波器算法是一种基于正弦信号模型的自适应算法。

它通过提取信号的频率响应并运用逆滤波器来抵消信道引起的失真和频率选择性衰减。

逆滤波器算法在抗干扰和提高信号传输质量方面具有良好的性能。

二、自适应均衡算法1. 线性均衡算法线性均衡算法是一种基于滤波器的均衡技术。

它通过设计合适的滤波器将接收到的信号进行补偿,使其恢复到原始发送信号的形态。

线性均衡算法常用的方法包括零离子均衡器(ZIE)和频率域均衡器(FDE)。

这些方法能够有效地抑制多径干扰和时延扩展,提高系统的传输性能。

2. 非线性均衡算法非线性均衡算法采用非线性函数对接收信号进行处理,以提高系统的抗多径传播和干扰的能力。

常见的非线性均衡算法包括最大似然序列估计器(MLSE)和广义序列估计器(GSE)。

这些算法能够较好地抵消信道引起的非线性失真,提高系统的误码率性能。

三、自适应信号处理与均衡算法的应用1. 无线通信系统在无线通信系统中,自适应信号处理和均衡算法广泛应用于调制解调、信道估计、自动增益控制等关键技术中。

它们有效地改善了信号的传输质量,提高了系统的容量和覆盖范围。

RLS自适应均衡算法及其应用

RLS自适应均衡算法及其应用

RLS自适应均衡算法及其应用首先,让我们了解一下自适应均衡的背景。

在通信系统中,信号可能会受到噪声、多径衰落等干扰,导致信号质量的下降。

为了提高信道的可靠性和传输质量,我们需要一种方式来解决这些问题。

自适应均衡器就是一种能够根据实际信道特性调整其参数,以最大程度地减小干扰并恢复信号的算法。

在RLS自适应均衡算法中,我们使用了递归最小二乘(Recursive Least Squares, RLS)方法来调整均衡器的参数。

RLS算法根据当前输入信号的特性和预测误差,不断地更新均衡器的系数。

这种算法通过最小化预测误差的平方和来找到最优的均衡器参数。

其优点是具有快速收敛速度和较好的稳定性。

RLS算法主要有两个重要的步骤:预测和系数更新。

在预测步骤中,我们使用均衡器的当前系数对输入信号进行预测,得到预测值。

在系数更新步骤中,我们通过比较预测值和实际值之间的误差,来计算均衡器的系数调整量。

系数的更新是通过迭代计算得到的,即每次更新使用上一次更新得到的结果。

这样可以不断地调整均衡器的参数,以适应信道的变化。

RLS自适应均衡算法可以应用于各种通信系统中。

例如,在无线通信系统中,RLS算法可以用于解决多径衰落的问题。

多径衰落会导致信号在传输过程中受到不同路径的衰减,造成信号畸变。

通过使用RLS算法,我们可以根据当前信道的特性来调整均衡器的参数,并实现信号的恢复。

另外,在语音处理中,RLS自适应均衡算法也有广泛的应用。

通过使用RLS算法,我们可以对语音信号进行优化和增强。

例如,在语音通信中,可以使用RLS算法降噪和减少回音,提高语音信号的质量。

在音频设备中,也可以使用RLS算法来提高音频的清晰度和质量。

总结一下,RLS自适应均衡算法是一种可以通过自适应调整均衡器系数来恢复信号或增强信号的算法。

通过递归最小二乘方法,RLS算法可以根据当前信道的特性来调整均衡器的参数,并实现信号的恢复。

RLS算法在无线通信系统和语音处理中有广泛的应用,并已经取得了显著的效果。

自适应均衡RLS算法

自适应均衡RLS算法

杨洲良2012201261自适应均衡LMS 算法利用自适应均衡器补偿未知时变信道的特性,需要采用有效的算法跟踪信道特性变化来更新均衡器的加权系数。

适合自适应均衡器的算法有很多。

我们主要对LMS 算法的原理加以分析。

1、基于LMS 的自适应均衡算法LMS 算法所采用的准则是最小均方误差准则,起代价函数为:()()()22ˆ[]J E e n E d n x n ⎡⎤==-⎣⎦这里,()d n 是在第n 个新号传输间隔发送的信息符号,()ˆxn 是均衡器输出端对该符号的估计值。

利用梯度下降法,可以得到权向量的迭代公式:()()()()*12c n c n e n y n μ+=+式中,()c n 是均衡器抽头加权矢量,()y n 是均衡器的输入序列,μ是收敛因子,且有max 01/μλ<<,max λ是均衡器输入矢量自相关矩阵统计平均所得矩阵的最大特征值。

2、仿真分析利用matlab 仿真工具对基于LMS 自适应均衡算法的均衡器进行相关仿真。

假设发端发送的信号为16QAM 信号,自适应滤波权数为32,设定收敛因子和遗忘因子为0.008和0.98,总采样数为1000,得到采样信号、误码率曲线以及实际与估计权重对比图。

进行仿真得:附(代码):%channel system order sysorder = 5 ;% Number of system points N=2000;inp = randn(N,1);n = randn(N,1);[b,a] = butter(2,0.25);Gz = tf(b,a,-1);%This function is submitted to make inverse Z-transform (Matlab central file exchange)%The first sysorder weight value%h=ldiv(b,a,sysorder)';% if you use ldiv this will give h :filter weights to beh= [0.0976; 0.2873; 0.3360; 0.2210; 0.0964;];y = lsim(Gz,inp);%add some noisen = n * std(y)/(10*std(n));d = y + n;totallength=size(d,1);%Take 60 points for trainingN=60 ;%begin of algorithmw = zeros ( sysorder , 1 ) ;for n = sysorder : Nu = inp(n:-1:n-sysorder+1) ;y(n)= w' * u;e(n) = d(n) - y(n) ;% Start with big mu for speeding the convergence then slow down to reach the correct weightsif n < 20mu=0.32;elsemu=0.15;endw = w + mu * u * e(n) ;end%check of resultsfor n = N+1 : totallengthu = inp(n:-1:n-sysorder+1) ;y(n) = w' * u ;e(n) = d(n) - y(n) ;endhold onplot(d)plot(y,'r');title('System output') ;xlabel('Samples')ylabel('True and estimated output')figuresemilogy((abs(e))) ;title('Error curve') ;xlabel('Samples')ylabel('Error value')figureplot(h, 'k+')hold onplot(w, 'r*')legend('Actual weights','Estimated weights')title('Comparison of the actual weights and the estimated weights') ; axis([0 6 0.05 0.35])。

自适应均衡

自适应均衡

自适应均衡
在自适应均衡算法中,有两种常用的方法:最小均方(Least Mean Square,LMS)和递归最小二乘(Recursive Least Squares,RLS)。

这两种方法都是迭代式的算法,通过不断调整权值来逼近信号的均衡状态。

LMS算法是基于梯度下降法的一种算法,它通过不断调整权值来减小均方误差。

算法的核心思想是通过对误差信号和输入信号的相关性进行估计,来更新权值。

LMS算法简单易于实现,但收敛速度较慢,准确性也相对较低。

相比之下,RLS算法是一种基于递归估计的算法,它使用信号的统计特性来进行加权最小二乘估计。

相对于LMS算法,RLS算法在准确性和收敛速度方面具有更好的性能。

但RLS算法由于计算复杂度较高,适用范围相对较窄。

无论是LMS算法还是RLS算法,在实际应用中都需要根据具体的场景和要求进行参数的调整和优化。

例如,可以通过改变步长参数、阻尼因子等来改进算法的性能。

此外,还可以利用自适应均衡算法的特点来进行前向和反馈滤波,实现音频信号的去噪、回声消除等应用。

总的来说,自适应均衡算法是一种强大的信号处理技术,可以用于消除信号中的失真和噪声。

通过选择合适的算法和参数,可以有效提高信号质量,并满足不同场景下的需求。

随着计算力的提升和新的算法的研发,自适应均衡技术也将在更广泛的领域中得到应用。

4.1-自适应均衡技术

4.1-自适应均衡技术

wN
J (wN ) 0
(4-113)
将式(4-111)和(4-112)代入式(4-113)得:
RNN (n)wˆ N (n) pN (n)
(4-114)
n
RNN (n)
ni
yN
(i
)
y
T N
(i
)
i1
n
pN (n) ni x(i) yN (i)
i 1
(4-115) (4-116)
(4-106)
ek (n) xk (n) dˆk (n)
(4-107)
wN (n 1) wN (n) aek(n) yN (n) (4-108)
式中:α是步长,它控制着算法的收敛速度和稳定性。在 一个实际的系统中,为了使该均衡器能够收敛,一个 首要的条件是均衡器中的传播时延(N-1)T要大于信道 的最大相对时延。为了防止均衡器不稳定,α的取值要 满足下列条件:



w



0
1
T

N

(4-97)
将式(4-96)代入上式得:
2Rp 2p
(4-98)
=0, 可得MME对应得最佳权值为
wˆ R1 p
(4-99)
将上式代入式(4-96),并利用下列矩阵性质:对 于一个方阵,有(AB)T=BTAT;对于一个对称矩阵,有AT=A 和(A-1)T=A-1。则可得均衡后的最小均方误差为
heq(t) cn (t nT )
n
式中, cN是均衡器的复系数。
(4-81)
假定系统中没有噪声, 即Nb(t)=0, 则在理想情况
下, 应有 dˆ(t) x(t) , 在这种情况下没有任何码 间干扰。 为了使 dˆ(t) x(t) 成立, g(t)必须满足下式:

自适应均衡rls算法仿真流程

自适应均衡rls算法仿真流程

自适应均衡rls算法仿真流程自适应均衡RLS算法是一种自适应信号处理算法,它利用递归最小二乘法(RLS)来对信号进行均衡处理。

该算法在通信系统中广泛应用,能够实现对信号的实时均衡处理,提高系统的性能和稳定性。

本文将对自适应均衡RLS算法的原理、流程和仿真结果进行详细介绍,旨在帮助读者全面理解该算法的工作原理和应用场景。

一、自适应均衡RLS算法原理1.1 RLS算法简介递归最小二乘法(RLS)是一种基于最小二乘准则的自适应滤波算法,主要用于对信号进行滤波和均衡等处理。

该算法利用衰减因子对历史数据进行加权衰减处理,实现对信号的实时自适应处理。

RLS算法采用递归更新方式,能够快速收敛并适用于实时信号处理场景。

1.2自适应均衡RLS原理自适应均衡RLS算法是在RLS算法基础上进行改进,主要用于通信系统中信号均衡处理。

其主要原理是通过对接收信号进行均衡处理,使得输出信号与目标信号尽可能接近,从而实现对信号的高效处理和恢复。

自适应均衡RLS算法采用递归最小二乘准则,并结合均衡器来实现对信号的实时均衡处理。

1.3算法工作流程自适应均衡RLS算法主要包括初始化阶段和递归更新阶段两部分。

初始化阶段主要用于初始化算法参数和权值矩阵,递归更新阶段则是通过递归最小二乘法对信号进行实时处理。

二、自适应均衡RLS算法仿真流程2.1仿真环境搭建在进行自适应均衡RLS算法仿真之前,需要先搭建仿真环境。

通常情况下,可以使用MATLAB等工具进行仿真实验,通过编写相应的算法代码和仿真模型来模拟算法的工作过程。

在搭建仿真环境时,需要考虑信号源、传输通道和接收端等因素,以便进行真实的信号处理和均衡实验。

2.2信号仿真模型设计在进行自适应均衡RLS算法仿真时,需要设计相应的信号仿真模型。

该模型主要包括信号发生器、传输通道和接收端等组成部分,通过对信号的产生、传输和接收进行模拟,可以得到真实的信号处理和均衡效果。

通常情况下,可以选择合适的信号波形和参数设置,以便对算法的性能进行全面测试。

基于LMS算法的自适应线性均衡器设计

基于LMS算法的自适应线性均衡器设计

基于LMS算法的自适应线性均衡器设计自适应线性均衡器(Adaptive Linear Equalizer)是一种用于解决通信系统中信号传输过程中引起的衰落、多径干扰和色散等问题的数字信号处理技术。

其中,最常用的算法就是最小均方算法(LMS算法)。

本文将对基于LMS算法的自适应线性均衡器设计进行详细探讨,以便进一步理解该技术的原理和应用。

自适应线性均衡器的设计目标就是使得接收到的信号尽可能接近发送信号。

在传输过程中,信号可能受到多径干扰、噪声和失真等因素的影响。

自适应线性均衡器的任务就是根据接收信号的特征自动调整其内部权值,以最小化输出信号与原始信号之间的误差。

LMS算法是一种基于梯度下降的迭代算法,它通过最小化均方(Mean Square Error,MSE)误差来更新权值。

LMS算法的基本思想是根据误差信号的梯度来调整权值,从而最小化误差。

在自适应线性均衡器中,LMS算法的实现需要以下步骤:1.定义输入信号和目标信号:将输入信号表示为x(n),目标信号(即发送信号)表示为d(n)。

2.初始化权值向量:将权值向量w(n)初始化为一个较小的初值,通常为零。

3.计算估计输出:根据当前权值向量,计算自适应线性均衡器的估计输出y(n)。

4.计算误差信号:将估计输出与目标信号进行比较,计算误差信号e(n)。

5.更新权值向量:根据误差信号的梯度计算出权值的变化量,并将其加到当前的权值向量上,得到新的权值向量。

6.重复步骤3到步骤5,直到收敛或达到预设的迭代次数。

自适应线性均衡器的设计中,一些关键问题需要考虑:1.学习率:学习率决定了权值的更新速度,过大的学习率可能导致不稳定性,而过小的学习率则会导致收敛速度过慢。

因此,需要根据实际情况选择合适的学习率。

2.初始权值:初始权值的选择可能会影响算法的收敛速度和性能。

通常可以将初始权值设置为零或一个随机小值,然后通过迭代调整权值。

3.触发更新:权值的更新可以在每个符号周期内进行,也可以在每个数据块周期内进行。

递归最小二乘RLS自适应均衡算法

递归最小二乘RLS自适应均衡算法

第三章 递归最小二乘(RLS )自适应均衡算法§3.1 引言在自适应滤波系统中,最陡梯度(LMS)法由于其简单获得了广泛的应用.但各种LMS 算法均有收敛速度较慢(收敛所需码元数多), 对非平稳信号的适应性差(且其中有些调整延时较大)的缺点。

究其原因主要是LMS 算法只是用以各时刻的抽头参量等作该时刻数据块估计时平方误差均最小的准则, 而未用现时刻的抽头参量等来对以往各时刻的数据块均作重新估计后的累积平方误差最小的原则(即所谓的最小平方(LS )准则)。

为了克服收敛速度慢, 信号非平稳适应性差的缺点, 根据上述内容, 可采用新的准则, 即在每时刻对所有已输入信号而言重估的平方误差和最小的准则(即LS 准则)。

从物理概念上可见, 这是个在现有的约束条件下利用了最多可利用信息的准则, 即在一定意义上最有效, 信号非平稳的适应性能也应最好的准则。

这样建立起来的迭代方法就是递归最小二乘(RLS:Recursive Least Square )算法, 又称为广义Kalman 自适应算法。

用矩阵的形式表示RLS 算法非常方便, 因此我们首先定义一些向量和矩阵。

假定在时刻 , 均衡器的输入信号为 ,线性均衡器对于信息符号的估计可以表示为∑-=--=K K j j t j r t c t I )1()(ˆ 式(3—1)让 的下标 从 到 , 同时定义 , 则 变为∑-=--=10)()1()(ˆN j jj t y t c t I )()1(t Y t C N N-'= 式(3-2) 其中 和 分别为均衡器系数 , 和输入信号 , 的列向量。

类似的,在DFE 均衡器结构中, 均衡器系数 , 的前 个系数为前向滤波器系数, 剩下的 为反馈滤波器系数。

用来预测 的数据为 , 其中 为判决器先前作出判决的数据。

这里, 我们忽略判决器判错的情况,因而 .同时为方便起见定义⎪⎩⎪⎨⎧-≤<≤≤=--+-+)1()0()(1111N j K I K j v j t y j K t j K t 式(3-3) 因此])1(,),1(),([)('+--=N t y t y t y t Y N],,,,,,[2111'=--++K t t t t K t I I r r r 式(3-4)§3。

RLS自适应均衡算法及其应用

RLS自适应均衡算法及其应用

RLS自适应均衡算法及其应用
在信号处理中,自适应均衡算法的主要目标是通过调整滤波器的系数
来消除信号传输中的失真和衰减。

该算法利用当前和过去的输入数据来预
测滤波器系数的最佳值,并将其用于信号分析、信道均衡和等应用中。

RLS自适应均衡算法通过最小化预测误差的平方和来确定滤波器系数。

算法的主要步骤包括初始化滤波器的系数和协方差矩阵,然后进行迭代计算,包括计算增益矩阵、误差信号、估计误差和更新滤波器系数。

随着迭
代次数的增加,滤波器系数收敛到最佳值。

1.具有较快的收敛速度和较好的跟踪性能;
2.对于信号的任何统计特性都是最优的;
3.可以处理非线性系统。

在通信系统中,RLS自适应均衡算法被广泛应用于消除信号传输中的
多径干扰,提高信号的质量和可靠性。

具体应用包括:
1.无线通信系统中的信道均衡:通过自适应均衡算法,可以对信号在
多径信道中的干扰进行估计和补偿,从而提高接收信号的质量。

2.降噪和滤波:自适应均衡算法可以应用于降低信号中的噪声和滤除
不需要的频率分量,从而提高信号的清晰度。

3.系统辨识和模型适应:通过使用自适应均衡算法,可以实时地对信
号的系统特性进行建模和辨识,从而提高系统的鲁棒性和适应性。

4.通信信道的均衡和均化:自适应均衡算法可以用于对通信信道进行
均衡和均化处理,从而提高信道的跨学科性能。

总之,RLS自适应均衡算法是一种优秀的信号处理工具,广泛应用于
通信系统和信号处理领域。

它具有快速收敛、最优性能和适应性强等特点,并在信号传输的失真和干扰消除中发挥着重要作用。

自适应均衡技术

自适应均衡技术
在设计高速数传系统解调器时,由于信道 频率响应未知,为了减小码间干扰,解调器应 该部分做成自适应。具体讲,为了使解调器能 够控制码间干扰,在滤波器或信号变换运算中 应含有一些能根据实际信道特性测量结果而自 适应调整的参数,分别称这种滤波器为自适应 滤波器,信号变换运算为自适应均衡算法。
为什么需要自适应均衡滤波器?
均衡与自适应均衡
信道(例如无线移动通信信道)特性是未知和时 变的,要求接收端的均衡器必须具有自适应 的能力。所以,均衡器可以采用自适应信号 处理的相关算法,以实现高性能的信道均衡, 这类均衡器称为自适应均衡器。 自适应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。
自适应滤波算法分类
RLS自适应滤波算法 变步长自适应滤波算法(LMS) 变换域自适应滤波算法 仿射投影算法 共轭梯度算法 基于子带分解的自适应滤波算法 基于QR分解的自适应滤波算法

LMS自适应滤波:
简介: LMS自适应滤波器是使滤波器的输出信号 与期望响应之间的误差的均方值为最小,因此 称为最小均方(LMS)自适应滤波器。
自适应均衡技术
目录
均衡与自适应均衡 自适应均衡技术的发展综述
为什么需要自适应均衡滤波器?
均衡与自适应均衡
在通信原理中我们学习过均衡技术,由于 信道特性的不理性等因素的影响,实际数字基 带系统的输出在抽样时刻上,或多或少会存在 一定的码间干扰。理论和实际均表明,在数字 基带系统输出端加入一种可调(或者不可调) 的滤波器,可以减小码间干扰的影响。这种起 补偿作用的滤波器统称为均衡器。 均衡器可分 为时域均衡器(TDE)和频域均衡器(FDE)两 大类。频域均衡是利用可

自适应均衡器

自适应均衡器

基于RLS算法的自适应均衡器仿真一、均衡器原理线性横向均衡器是自适应均衡方案中最简单的形式,它的基本框图如下图所示,它是由多级抽头延迟线、可变增益电路以及求和器组成的线性系统。

其抽头间隔为码元的周期T,它把所收到的信号的当前值和过去值按滤波器系数做线性迭加,并把生成的和作为输出。

用w(n)表示图3.3中线性均衡器中滤波系数的矢量,用x(n) 表示均衡器输入信号矢量,用y(n)表示输出信号,则:输出序列的结果与输入信号矢量和均衡器的系数矢量有关,输入信号经过信道后发生畸变成为x(n);均衡器系数矢量应根据信道的特性的改变进行设计的,使x(n) 经过线性横向均衡器后使输出的信号在抽样点无码间干扰。

经过推导可得线性均衡器系数矢量完全由信道的传递函数来确定如果信道的特性发生了变化,相应的系数矢量也随之变化,这样才能保证均衡后在抽样时刻上无码间干扰。

期望信号为的d(n),则误差输出序列为e(n)为利用RLS算法和横向均衡器,用MATLAB进行了仿真,遗忘因子为0.99,采样频率为1000Hz,模拟频率为10Hz,采样次数为1000.信道参数为[-0.005,0.009,-0.024,0.854,-0.218,0.049,-0.0323];抽头系数为30个。

图5-2(a)给出了发送的正弦序列信道的图形,经过上述信道和噪声影响后输出的信号图形,以及经过均衡器后输出的信号图形,最后一个是通过RLS算法均衡器均衡后,期望输出与均衡后输出误差的收敛速度。

线性横向均衡器最大的优点是其结构非常简单,容易实现,因此在各种数字通信系统中得到了广泛的应用。

但是其结构决定了两个难以克服的缺点:一是噪声的增强会使线性横向均衡器无法均衡具有深度零点的信道——为了补偿信道的深度零点,线性横向均衡器必须具有高增益的频率响应,然而同时无法避免也会放大噪声;二是线性均衡器与接收信号的幅度信息关系密切,而幅度会随着多径衰落信道中相邻码元的改变而改变,因此滤波器抽头系数的调整不是独立的。

3.2自适应均衡技术(Adaptive Equalization Techniques)

3.2自适应均衡技术(Adaptive Equalization Techniques)

§3-2 自适应均衡技术(Adaptive Equalization Techniques)Review :分集有哪两层含义?合并的方式有哪几种?各自的基本思想是什么?分集是如何分类的?一、均衡基础(Fundamentals of Equalization )====》 如何补偿信道的多径衰落?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。

均衡有两个基本途径:1、频域均衡,它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)。

它往往是分别校正幅频特性和群时延特性,模拟通信(序列均衡)通常采用这种频域均衡法。

2、时域均衡,就是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)=)(t δ)。

数字移动通信面临的信号是时变信号,因此通常采用这种时域均衡法,来达到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。

均衡器常被放在接收机的基带或中频部分实现二、均衡原理图3-8 均衡器的实现框图如果x (t )是原始基带号,f (t )是等效的基带冲激响应,即综合反映了发射机、信道和接收机的射频、中频部分的总的传输特性,g (t )是发射机、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。

均衡器的期望输出值为原始信息x (t )。

假定n b (t )= 0,则g (t )必须满足下式:)()()()(t t h t f t g eq δ=⊗=-------(3-8)其频域表达式如下:1)()(=f F f H eq -------(3-9)式(3-9)的物理意义: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,以使所收到频谱的各部分衰落趋于平坦,相位趋于线性。

eq自适应算法

eq自适应算法

eq自适应算法EQ自适应算法是一种用于自适应均衡器设计的算法。

它可以根据输入信号的频谱特性来调整均衡器的参数,以实现对信号频谱的精确调整。

在音频处理中,均衡器被广泛应用于音乐制作、音响系统和通信系统等领域。

1. 介绍EQ自适应算法是一种基于反馈控制理论的方法,通过不断地测量输入信号和输出信号之间的差异,并根据差异值来调整均衡器参数。

这种反馈机制可以使均衡器能够自动地适应不同的输入信号,并根据需要进行频率响应调整。

2. 均衡器原理均衡器是一种可以增强或削弱特定频率范围内信号能量的设备。

它通常由一组带通滤波器组成,每个滤波器负责调整特定频率范围内的信号能量。

EQ自适应算法通过测量输入和输出之间的差异来确定需要进行调整的频率范围,然后根据差异值来更新滤波器参数。

3. EQ自适应算法流程a. 初始化:设置初始滤波器参数和控制参数。

b. 输入信号测量:对输入信号进行频谱分析,得到输入信号的频率响应。

c. 输出信号测量:对输出信号进行频谱分析,得到输出信号的频率响应。

d. 计算差异值:将输出信号的频率响应与输入信号的频率响应进行比较,计算得到差异值。

e. 参数更新:根据差异值调整滤波器参数,使输出信号的频率响应逐渐接近目标响应。

f. 结束判断:根据预设的结束条件判断是否终止算法。

如果未达到结束条件,则返回步骤b;否则,进入下一步。

g. 输出结果:输出调整后的均衡器参数。

4. EQ自适应算法优势a. 自适应性:EQ自适应算法可以根据不同的输入信号自动调整均衡器参数,无需手动设置。

这样可以更好地适应不同音频场景和音乐风格的需求。

b. 实时性:由于EQ自适应算法是基于反馈控制理论设计的,它可以在实时处理音频信号时进行参数调整,并且能够快速收敛到稳定状态。

这使得它在音响系统和通信系统等实时应用中具有很高的实用性。

c. 精确性:EQ自适应算法通过不断测量输入和输出之间的差异来调整参数,可以实现对信号频谱的精确调整。

这使得它在音乐制作和专业音频处理领域中被广泛使用。

自适应均衡算法研究

自适应均衡算法研究

自适应均衡算法LMS 研究一、自适应滤波原理与应用所谓自适应滤波器,就是利用前一时刻已获得的滤波器参数等结果,自动地调节现时刻的滤波器参数,以适应信号和噪声未知的或随时间变化的统计特性,从而实现最优滤波。

根据环境的改变,使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。

1.1 均衡器的发展及概况均衡是减少码间串扰的有效措施。

均衡器的发展有史已久,二十世纪60 年代前,电话信道均衡器的出现克服了数据传输过程中的码间串扰带来的失真影响。

但是均衡器要么是固定的,要么其参数的调整是手工进行。

1965年,Lucky在均衡问题上提出了迫零准则,自动调整横向滤波器的权系数。

1969年,Gerhso和Porkasi,Milier分别独立的提出采用均方误差准则(MSE)°1972年,ungeboekc将LMS算法应用于自适应均衡。

1974年,Gedard 在kalmna滤波理论上推导出递推最小均方算法RLS(Recursive least-squares) 。

LMS类算法和RLS类算法是自适应滤波算法的两个大类。

自适应滤波在信道均衡、回波抵消、谱线增强、噪声抑制、天线自适应旁瓣抑制、雷达杂波抵消、相参检测、谱估计、窄带干扰抑制、系统辨识、系统建模、语音信号处理、生物医学、电子学等方面获得广泛的应用。

1.2 均衡器种类均衡技术可分为两类:线性均衡和非线性均衡。

这两类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。

LMS梯度RLS LMS 梯度RLS LMSRLS 快速RLS 平方根RLSRLS 快速RLS 平方根RLSRLS 快速RLS 平方根RLS算法图1.1均衡器的分类1.3自适应算法LMS算法LMS算法是由widrow和Hoff于I960年提出来的,是统计梯度算法类的很重要的成员之一。

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5.Adaptive Equalization5. 1 Linear Optimum FilteringConsider the block diagram of Fig 5.1 for a linear discrete-time filter. The input consists of a time series u(0),u(1),u(2)……and the filter is itself characterized by the impulses response w0, w1, w2….. At some discrete time n, the filter produces a output y(n) which provides an estimate of a desired response denoted by d (n)Fig. 5.1The filter design problem is to select a set of filter coefficients w i such that, given a number of input samples u(0),u(1),u(2),……, the mean-square value of the estimation error e(n), defined as the difference between the desired response d(n) and the actual response y(n), is minimized.5. 2 Principle of OrthogonalityThe filter output y(n) at the time n is defined by the linear convolution sum*0()(),0,1,2k k y n w u n k n ∞==−=∑" (5.1)where the asterisk denotes complex conjugation. The estimation of d(n) is accompanied by an error()()()e n d n y n =−. (5.2)We choose to minimize the mean-square value of the estimation error e(n). We may thus define the cost function as the mean–squared error*2[()()][()]J E e n e n E e n ==(5.3)Let the k th filter coefficient be a complex number(0,1,2)k k kw a jb k =+="(5.4)Correspondingly, we define a gradient operator ∇ which may generate a gradient vector whose k th element is written as(0,1,2)k k kj k a b ∂∂∇=+=∂∂"(5.5)Thus for the situation at hand, applying this operator to the cost function J , the k th element of the gradient vector J ∇ is(),0,1,2k k kJ J J j k a b ∂∂∇=+=∂∂""(5.6)For the cost function J to attain its minimum value, all the elements of the gradient vector J ∇ must be simultaneously equal to zero, as shown by()00,1,2k J k ∇=="" ()5.7Under this set of conditions, the filter is said to be optimum in mean-squared-error sense. From (5.3) and (5.6), we have****()()()()()()(()())k k k k k e n e n e n e n J E e n e n j e n e n a a b b ⎡⎤∂∂∂∂∇=+++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦(5.8)Using Eqs. (5.2) and (5.4) we get the following partial derivatives.**()()ke n ju n k b ∂=−−∂ (5.9)Thus, from (5.8) and (5.9) we get the result*2()()k J E u n k e n ⎡⎤∇=−−⎣⎦(5.10)Let e 0 denote the special value of the estimation error that results when the filter operates in its optimum condition. Then, we have*0()()0 (0,1,2,.......).E u n k e n k ⎡⎤−==⎣⎦ (5.11)Note that for two random variables x and y, we have*[]0E xy orthogonal =⇔ .(5.11) states the following: The necessary and sufficient condition for the cost function J to attain its minimum value is that the corresponding value of the estimation error e 0(n) is orthogonal to each input sample that enters into the estimation of the desired response at the time n. This statement constitutes the**()()()()()()kkke n u n k a e n ju n k b e n u n k a ∂=−−∂∂=−∂∂=−−∂principle of orthogonality, it represents one of the most elegant theorems in the subject of linear optimum filtering.5. 3 Wiener-Hopf EquationsWe may reformulate the necessary and sufficient condition for optimality by substituting Eqs. (5.1) and (5.2) in (5.11).**0()()()0 (0,1,2,......)oi i E u n k d n w u n i k ∞=⎡⎤⎛⎞−−−==⎢⎥⎜⎟⎝⎠⎣⎦∑ (5.12)where w oi is the i th coefficient in the impulse response of the optimum filter. Expanding this equation and rearranging terms, we get**()()()()(0,1,2)oii owE u n k u n i E u n k d n k ∞=⎡⎤⎡⎤−−=−=⎣⎦⎣⎦∑" (5.13)The expectation *()()E u n k u n i ⎡⎤−−⎣⎦ is equal to the autocorrelation function of thefitter input for a lag of i - k . We thus express this expectation as*()()()r i k E u n k u n i ⎡⎤−=−−⎣⎦. (5.14)The expectation *()()E u n k d n ⎡⎤−⎣⎦ is equal to the cross-correlation function betweenthe filter input )(k n u − and the desired response d(n) for a lag of -k . We thus express this expectation as*()()() p k E u n k d n ⎡⎤−=−⎣⎦ (5.15)Accordingly, we get()()(0,1,2,)oii Wr i k p k k ∞=−=−=∑" (5.16)The equation (5.16) is called Wiener-Hopf equation.Practically, the filter weights are limited by a finite set . Then (5.16) reduces to a system of M simultaneous equations, as shown by10()()(0,1,2,,1)M oii wr i k p k k M −=−=−=−∑" (5.17)Let R denote the M-by-M correlation matrix of the inputs u(n), u(n-1), ……u(n-M+1) of the filter,[()()]E n n ′=R u u (5.18)where u (n) is the M-by-1 input vector:[]()(),(1),(1)Tn u n u n u n M =−−+u " (5.19)***(0)(1)(1)(1)(0)(2)(1)(2)(0)r r r M r r r M r M r M r −⎡⎤⎢⎥−⎢⎥=⎢⎥⎢⎥−−⎣⎦R "### (5.20) Let P denote the M-by-1 cross-correlation vector as*()()E n d n ⎡⎤=⎣⎦P u . (5.21)In expanded form, we have[](0),(1),,(1)Tp p p M =−−P " (5.22)We may thus rewrite the Wiener-Hopf equations in the compact matrix form:0=RW P (5.23)where W 0 denotes the Mx1 optimum weight vector of the filter, that is,000010,1,,,,TM w w w −⎡⎤=⎣⎦W " (5.24)By pre-multiplying both sides of (5.23) by 1−R , the inverse of the correlation matrix, we obtain the optimum weight vector10−=W R P . (5.25)5. 4 Channel EqualizationIn this section we consider a temporal signal-processing problem, namely, that of channel equalization is an application of wiener filtering theory.In a wireless communication system, inter symbol interference (ISI) arises due to multipath transmission channels. This depressive’s nature of the channel results in an overlap of adjacent signal pulses. If ISI is left unchecked, it can produce errors in the reconstructed data stream at the receiver output. An effective method for combatingthe system degradation due to ISI is to connect an equalizer in cascade with the channel as shown in Fig 5.2.Fig. 5.2(a) Block diagram of equalized channel.Fig. 5.2(b) Symmetric tapped-delay-line filter implementation of the equalizer.For equalizer symmetry, the total number of taps in the equalizer is chosen to be 2N+1, with the tap-weights denoted by 101,,,,N N w w w w w −−"". The impulse response of the equalizer is therefore()()Nkk Nh t w t kT δ=−=−∑ (5.25)where T is the delay time of the equalize delay element.Suppose that the equalizer is connected with a channel whose impulse response is c(t). Let p(t) denote the impulse response of the combined system. p(t) is equal to the convolution of c(t) and h(t).()()*()()*()()*()()Nkk NNk k NNkk Np t c t h t c t w t kT w c t t kT w c t kT δδ=−=−=−==−=−=−∑∑∑ (5.26)Evaluating (5.26) at the sampling times t=nT, we get the discrete convolution sum()()()Nkk Np nT w c n k T =−=−∑. (5.27)Thus, for no inter-symbol interference , we require that⎩⎨⎧≠==0001)(n n nT p (5.28)Consequently, we have⎩⎨⎧±±±===Nn n nT p ,,2,1001)("We further let the n th sample of the impulse response c (t) be written as()n c c nT = (5.29)Then with (5.27) and (5.28) we obtain a set of 2N+1 simultaneous equations:101,2,Nk n kk Nn w cn N−=−=⎧=⎨=±±±⎩∑" (5.30)Equivalently, in matrix form we may write01121012111010121011211000100N N N N N N N N N N N NN NN N c c c c c w c c c c c w c c c c c w c c c c c w c c c c c w −+−−−−−−−−−−−−−+−++−⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦""#####""""""""##""(5.31)A equalizer described by Eq. (5.30) or (5.31) is referred to as a zero-forcing equalizer.5. 5 Adaptive Equalizer5. 5. 1 The System DescriptionThe zero-forcing equalization described above works well in laboratories, where we have access to the system to be equalized, in which case we know the system coefficients 101,....,,,,......,N N c c c c c −− that are needed for the solution of (5.31). In a telecommunication environment, however, the channel is usually time varying. Therefore there is need for adaptive equalization.The process of equalization is said to be adaptive when the equalizer adjusts itself continuously and automatically by operating on the input signal. This equalization can be achieved by training the equalizer with the guidance of a satiable training sequence transmitted through the channel so as to adjust the equalizer parameters to optimum values.There one two modes of operation of an adaptive equalizer, namely, the training mode and a decision directed mode, as shown in Fig.5.3.During the training mode, a known sequence is transmitted and the synchronized version of this signal is generated in the receiver, where it is applied to the adaptiveequalizer as the desired response; the tap-weights of the equalizer are adjusted with LMS algorithm.In order to proceed with our analysis, we study following mathematic basics.5. 5. 2 Mathematic Basics5. 5. 2. 1 Constrained Optimization TheoremLet *(,)f W W be a real-valued function of vector–valued complex variable W in which the dependence on the variable and its conjugate is explicit. By treating W andW * as independent variables, the quantity pointing in the direction of the maximum rate of change of *(,)f W W is *().f ∇W WTo find the stationary points of a scalar-valued function of a complex-valued vector, we must solve.*()0f ∇=W W (5.32)A typical optimization problem can be stated as followsmin *(,)f W W subjectto *(,)=g W W 0 (5.33)The classic approach to solving this constrained optimization problem is the method of Lagrange multipliers . The Lagrangian of this problem is defined to be()()()***,,T L f ∗′=++W,W λg W W λg W W (5.34)Here L must be a real number. To solve the problem of (5.33), we require*L ∇=W 0(5.35)The gradient vector *L ∇W is defined as()*25.36L L ∗∂∇=∂w WFor example, if L ′=W RW then*L ∇=W *22L∂=∂RW W . (5.37)5. 5. 2. 2 Eigen AnalysisLet R denote a MxM matrix of complex elements. If following relationship holds,H =R R (5.38)we say that R is a Hermitian matrix . For a Hermitian matrix R , we wish to find an Mx1 vector q that satisfies the conditionλ=Rq q . (5.39)For MxM matrix R there will be M such vectors along with M different values for λ. We call λ aneigenvalue of the matrix R, and q an eigenvector of the matrix R . Let i λ denote the i th eigenvalue of the matrix R . Also, let i q be a nonzero vector suchthati i i λ=Rq q (5.40)The vector i q is the eigenvector associated with the eigenvalue i λ. The eigenvector 12,M q q q "" are orthogonal to each others, i.e.()0H i j q q i j =≠ (5.41)Let 12,M q q q "" be the eigenvector corresponding to the distinct eigenvaluesM λλλ""21, of the MxM matrix R , respectively. Define MxM matrix[]12,M =Q q q q "". (5.42)where1H i j i ji j=⎧=⎨≠⎩q q . (5.43) Define a MxM diagonal matrix()12,M diag λλλΛ="". (5.44)Then the matrix R may be diagonalized as followsH =ΛQ RQ . (5.45)(5.43) indicates that the eigenvectors 12,M q q q "" form an orthonormal set. By definition, the eigenvectors satisfy the equations()()1,2, 5.46i i ii M λ==Rq q ""From (5.42) and (5.44), we may rewrite the set of M equations (5.46) as a single matrix equation.ΛRQ =Q (5.47)Owing to the orthonormal nature of the eigenvectors , as defined in Eq. (5.43) , we find thatH Q Q =I . (5.48)Equivalently, we may write()1 5.49H−=Q QA matrix that has this property called a unitary matrix. Thus, from (5.47) and (5.49), we obtainH =ΛQ RQ (5.50)Then multiplying both sides of Eq. (5.47) by 1−Q , we have1HMH i i ii λ==Λ=∑R Q Q q q(5.51)Furthermore ,1111HM Hi i i iλ−−==Λ=∑R Q Q q q (5.52)5. 5. 2. 3 Mean-Squared ErrorAssume u is an input signal vector of an adaptive equalizer,()(),(1),(),(1),()Tn u n N u n u n u n u n N =++−−⎡⎤⎣⎦u """" (5.53)W is the equalizer weight vector[]()101,,, 5.54TN N w w w w w −−=W """"The mean-squared error is expressed as2()()H J E d n u n ⎡⎤=−⎢⎥⎣⎦W . (5.55) Expand Eq. (5.55)()()()()()()()*2***2()()()()()()H H T H H T H H H d J E d n n d n n E d n d n n d n n n n σ⎡⎤=−−⎢⎥⎣⎦⎡⎤=−−+⎣⎦=+−+W u W u W u W u W u W u P W W P W RW(5.56)where22()d E d n σ⎡⎤=⎣⎦(5.75) *()()E n d n ⎡⎤=⎣⎦P u (5.58) ()()H E n n ⎡⎤=⎣⎦R u u (5.59)Note that *()T n W u is a 1x1 scalar. Then()**()()()TT T Hn n n ==W u W u u W(5.60)The mean squared error at the time n is2()()()()()H H H d J n n n n n σ=+−+P W W P W RW (5.61)5. 5. 3 The Steepest-Descent AlgorithmThe updated weight vector is computed by using the simple reclusive relation*()1(1)()()2n n n J n μ+=−∇W W W (5.62)where []101()()(),(),()()TN N n w n w n w n w n w n −−=W """".The factor21used merely for the propose of canceling a factor 2 that appears in the formula**()()()2()22()n J n J n n n ∂∇=∂=−+W W P RW (5.63) Then[]1n n n μ+W()=W()+P -RW() (5.64)5. 5. 4 The Least-Mean-Square (LMS) Adaptive AlgorithmIn reality, the exact measurements of the gradient Vector are almost impossible. Consequently, the gradient vector must be estimated from the available data. The simplest choice of estimators for R and P is to use instantaneous estimates that are based on sample values of the input signal vector and desired response, i.e.()()()ˆH n n n =Ru u ()()*ˆ()n n d n =Pu (5.65) Correspondingly, the instantaneous estimate of the gradient vector is**()ˆ()2()()2()()()H n J n n d n n n n ∇=−+W u u u W (5.66) Substituting the estimate of (5.66) for *()()n J n ∇W in the steepest-descent algorithm in (5.62), we obtain a new recursive relation for the weight vector:**(1)()()()()()()()()Hn n n d n n n n n e n μμ⎡⎤+=+−⎣⎦=+W W u u W W u (5.67)where*()()()()T e n d n n n =−u W (5.68)(5.67) is referred to as LMS adaptive algorithm. To ensure the convergence, the iteration constant μ should be selected as20maxμλ<<(5.59) where max λ is the largest eigenvalue of the matrix R .(Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1996.)。

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