无线通信全解

均衡器基本原理


从广义上讲，均衡可以指任何用来削弱 符号间干扰的信号处理技术。 移动衰落信道具有随机性和时变性，要 求均衡器必须能够实时跟踪通信信道的 时变特性，这种均衡器又被称为自适应 均衡器。
均衡器基本原理
均衡器基本原理
均衡器基本原理

自适应均衡的两种基本工作模式

训练模式


发射机发射一个已知的训练序列(Training Sequence)，用户数据紧跟在训练序列之后。 接收机的均衡器收到训练序列后，通过某种均衡 算法评估信道特性，修正滤波器系数使之接近最 佳值，从而对信道做出补偿。 在接收用户数据时，均衡器通过自适应算法不断 改变其滤波特性从而跟踪不断变化的信道。

浪费带宽和功率资源
功率控制


信道较差时增大发射功率，以提高传输 的可靠性。 信道较好时减少发射功率，以提高功率 效率。
自动重传(ARQ)技术


ห้องสมุดไป่ตู้
出错后重新再传一次，以提高传输的可 靠性。 优点：

利用重传之间信道的不相关特性。 不需要事先知道信道信息。 与分集技术，信道编码结合起来使用，效率 比较高。
第5讲 抗衰落技术
浙江大学信电学院 余官定 yuguanding@zju.edu.cn
主要内容



信道衰落对信号传输的影响 均衡技术 分集技术 信道编码与交织技术 功率控制技术 自动重传(ARQ)技术 自适应调制和编码技术
信道衰落分类

大尺度衰落

衰落的平均值，与距离有关，缓慢变化 衰落的瞬时值，变化迅速 多径衰落，频率选择性衰落 多频谱扩展，时间选择性衰落
非线性均衡器

DFE与线性横向均衡器的比较



当频谱衰落较平坦时，线性横向均衡器会有 良好的工作效果 当频谱衰落严重不均时，线性横向均衡器的 性能会恶化，此时采用DFE的效果明显优于 采用线性横向均衡器 判决反馈均衡更适合应用于有严重失真的无 线信道
非线性均衡器

最大似然序列估计均衡器
非线性均衡器
均衡技术

均衡器原理 线性均衡器 非线性均衡器 自适应均衡算法
均衡器基本原理



在带宽受限且时间扩散的信道中，多径 效应导致符号间干扰(ISI)。 符号间干扰和噪声使被传输的信号产生 变形，从而在接收时发生误码，特别是 在高速无线移动数据通信中，符号间干 扰是降低误码率的主要障碍。 均衡技术是对付符号间干扰的有效手段。
非线性均衡器


当信道失真太严重，符号间干扰太大时， 使用线性均衡器不易处理，此时采用非 线性均衡器的效果会比较好。 为了补偿信道失真引起的深度频谱衰落， 线性均衡器会对出现深衰落的那段频谱 及近旁的频谱产生很大的增益，从而增 加了那段频谱的噪声。
非线性均衡器

判决反馈滤波器


一个横向滤波器用于线性的前向滤波处理， 其判决结果反馈给另一个横向滤波器 若前面的判决结果是正确的，则反馈滤波器 就能消除由前面码元所造成的符号间干扰

跟踪模式

均衡器基本原理

盲均衡


利用被传送信号的统计特性进行调整而不需 要发送训练序列。 常模算法(CMA)和频谱相干复原算法(SCORE) 不需要发送训练序列，因此节省了带宽资源 盲算法十分复杂，收敛速度慢。

优点：


缺点：

均衡器基本原理
线性均衡器

线性均衡器与非线性均衡器的差别



衰落信道

误码平台
抗衰落技术

均衡技术 分集技术 信道编码与交织技术 功率控制技术 自动重传(ARQ)技术
均衡技术



对抗信道多径延时造成的时延扩展和符 号间干扰。 均衡器被大量应用于数字通信系统中， 时分多址(TDMA)通信系统中几乎都使用 了均衡器。 均衡器的本质是“滤波器”！ 均衡技术是“被动”地对抗信道衰落。



采用Viterbi算法和经典的最大似然接收 结构 均衡器不是只对收到的符号解码，而是 检测所有可能的数据序列，并选择与信 号相似性最大的序列作为输出 MLSE算法所需的计算量较大，特别是当 信道的延迟扩展较大时
非线性均衡器


对于减小一个数据序列的错误发生概率， MLSE算法是最优的 MLSE算法不但需要知道信道的特性以便 作出判决，还需要知道干扰信号的统计 分布
线性格型均衡器
线性格型均衡器

优点：

数值稳定性好 收敛速度快 由于其特殊结构，使该均衡器允许进行最有效长度的动 态调整

当信道的时间扩散特性不很明显时，可以只用少量级数实现 当信道的时间扩散特性增强时，均衡器的级数可由算法自动增 加，且不用暂停均衡器的操作

缺点

从结构上比，格型均衡器比横向均衡器复杂得多

小尺度衰落


噪声
衰落对信号传输的影响

大尺度衰落

接收信号幅度下降 信号频谱发生变化－>符号间干扰 信号频谱发生扩展－>符号内电平变化 信噪比下降

小尺度衰落


噪声

衰落对信号传输的影响

信号传输质量的性能指标

给定功率下的误比特率或者误符号率 随着功率增大，误比特率下降

高斯信道
分集技术



通过多个通信道来传输无线信息，降低 传输出错的概率。 “主动”利用信道的衰落！ 分类：

时间分集 频率分集 空间分集(MIMO) 极化分集 多用户分集
信道编码与交织技术


通过在发送信息时加入冗余的数据位， 以及将传输中连续出错的可能离散化， 来改善通信链路的性能和质量。 代价：
线性横向均衡器
线性横向均衡器

性能完全取决于各抽头系数，不同的抽 头系数对应于均衡器不同的冲激响应

若抽头系数是可调的，则可以随时修改均 衡器的冲激响应，这就是后面将要讨论的 自适应均衡器

理论上，只要抽头个数无限多，就可以 完全消除码间干扰的影响，但这显然是 不现实的

有限的抽头个数造成了均衡器输出端残余 的码间干扰

均衡器后的判决输出未应用于均衡器的反馈 逻辑中，则均衡器是线性的。 均衡器后的判决输出应用于反馈逻辑中并参 与确定了均衡器的后续输出，则均衡器是非 线性的。
线性横向均衡器


最基本最常用的均衡器结构。 由无限多的按横向排列的延迟单元及抽 头系数组成其功能是将输入端抽样时刻 上有码间干扰的响应波形变换成抽样时 刻上无码间干扰的响应波形。 由于横向滤波器的均衡原理是建立在响 应波形上的，故把这种均衡称为时域均 衡。