自适应均衡器得设计

电子信息工程学院

《DSP技术及应用》课程设计报告

题目:自适应均衡器得设计

专业班级:通信工程专业10级通信B班

二〇一三年六月十日

目录

一、设计目得 (1)

二、设计要求 (1)

三、设计原理及方案 (2)

四、软件流程 (3)

五、调试分析 (9)

六、设计总结………………………………………………………、、、

10

七、参考文献 (10)

一、设计目得

通过本学期课程得学习,我们主要对数字信号系统得通信原理、传输机制等有了深入得了解。而实践性得课程设计能够起到提高综合运用能力,提高实验技术,启发创造新思想得效果。我们小组此次课程设计就是自适应均衡器设计,通过查找资料,我们了解到在一个实际得通信系统中,由于多径传输、信道衰落等影响,在接收端也会产生严重得码间串扰。串扰造成严重影响时,必须对整个系统得传递函数进行校正,使其接近无失真传输条件。为了提高通信系统得性能,一般在接收端采用均衡技术。由于信道具有随机性、时变性,因此我们设计自适应均衡器,使其能够实时地跟踪无线通信信道得时变特性,根据信道响应自动调整滤波器抽头系数。

公式1 我们决定使用得LMS 算法就是目前使用很广泛得自适应均衡算法,同时我们按照查找资料、系统设计、仿真实现、结果优化这一流程进行。不仅使我们进一步巩固了课程知识,也提高了我们分析问题、解决问题得能力。

二、设计要求

1、熟练掌握自适应滤波器得原理与LMS算法得理论知识;

2、学会运用matlab软件,生成并对该信号进二进制序列信号与正弦信号,并模拟一个码间串扰信道,使信号通过码间串扰信道,之后对其进行加噪处理。比较经过均衡器与未经均衡得效果随信噪比得变化。

3、完成以二进制序列信号与正弦信号为输入信号设计自适应均衡器得基础上,实现改变LMS算法得步长进而改变自适应均衡器得抽头系数来观察信号得均方误差随步长得变化。

4、完成对归一化LMS算法得研究,使经过信道得信号通过可以自定义NLMS算法次数得自适应均衡器,观察信号得均方误差得变化曲线。

5、完成声音信号得采集,研究声音信号得时域波形与频域波形,对声音信号分别加高频噪声与通过模拟信道,使处理过得信号通过巴特沃斯滤波器与自适应均衡器,分析均

衡器得效果。

6、组员之间相互协助,共同完成系统设计。

7、通过对自适应均衡器得设计,提高对通信原理及数字信号处理课程中所学知识得实际运用能力,以及对matlab软件得操作能力。

二、设计原理及方案

1、原理图

图2 系统原理框图

2、原理图说明

上图为系统得原理框架结构,各具体结构模块说明如下。

（1）信号采集:生成二进制序列与正弦信号,读取一段音乐,实现声音信号得采集。（2）信号分析:对信号进行时域分析,同时使其经过码间串扰信道并进行加噪处理,分析显示加噪后时域波形。

（3）简单信号处理:使加噪后得信号经过自适应均衡器,并且可以根据算法得特点,进行步长参数得配置,可以显示均衡后信号得时域波形。同时使用改进得算法,即归一化算法,并自定义算法得运行次数,观察均衡后得效果。

算法得依据就是最小均方误差,即理想信号与滤波器实际输出之差得平方值得期望值最小,并且根据这个依据来修改权系数

令N阶滤波器得抽头系数为,滤波器得输入与输出分别为与 ,则FIR横向滤波器方程可表示为

公式2

令代表“所期望得响应”,并定义误差信号

公式3 采用向量形式表示权系数及输入与,可以将误差信号写作

公式4

则误差平方为

公式5

上式两边取数学期望后,得均方误差

222{()}{()}2{()()}{()}T T E e n E d n E d n X n W W E X n W =-+ 公式6

根据最速下降法,“下一时刻”权系数向量应该等于“现时刻”权系数向量加上一个负均方误差梯度得比例项,即

公式7

精确计算梯度就是十分困难得,一种粗略得但就是却十分有效得计算得近似方法就是直接取作为均方误差得估计值,即

公式8

其中

公式9

得到梯度估值

公式10

于就是算法为

公式11

（4） 语音信号处理:对于语音信号加噪后分别经过巴特沃斯滤波器与自适应均衡器,

观察均衡器得效果。并对语音信号进行部分特效处理。

三、软件流程

Matlab 主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计得高科技计算环境。它将数值分析、科学数据可视化以及非线性动态系统得建模与仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用得视窗环境中,为众多科学领域提供了一种全面得解决方案。此外,我们设计自适应均衡器就是按照软件设计流程进行,使得软件得可操作性明显提高。

具体软件流程如下:

1、理论研究模块:

图3 理想信号研究 （1） 二进制序列

生成二进制序列为输入信号,使其通过带有码间串扰得信道,并对该信号加噪,再

二进制序列

或正弦信号误码率分析

自定义步长LMS 算法误差

分析

归一化LMS 算

法误差分析

通过设计得自适应均衡器。用matlab进行仿真,当信噪比变化时,观察未经均衡与均衡后信号得误码率。

图4 误码率随信噪比变化曲线

图中红线表示得就是未经均衡得信号,其误码率一直保持在较高得数值上。黑色得曲线指得就是信号经过步长为0、09得均衡器后误码率得变化,可瞧到误码率有了明显得下降。蓝色得线指得就是信号经过步长为0、04得均衡器后误码率得变化,可见经均衡器均衡后得差错率有了明显得改善。

通过可以自定义输入步长观察均衡后信号得均方误差随迭代次数得变化。

图5 步长为0、09均方误差变化曲线

图6 步长为0、01均方误差变化曲线

对自适应滤波器来说,最重要得实际考虑就是收敛速度与稳态误差。从图中可瞧出步长越小收敛得速度较慢,但步长较小时随迭代次数增加最终稳态效果较好。