信道估计与均衡理论

Nonlinear
ML. Symbol Detector
MLSE
Lattice
Transversal Channel Estimator
Gradient RLS
LMS RLS Fast RLS SquareRoot RLS
自适应滤波器的原理
抽头延迟线构成的横向滤波器结构
xk w1
xk1 w2
随时间改变，而且传媒的传输特性本身就随时间作缓慢变化，因此传输媒介 对不同的频率成分有不同的、随机的响应，这些都会加剧信道的频率选择性 衰落。
具有时变特性的水声信道
设发射信号为 S(t) Re[u(t) exp( j2fct)]
接收信号为
x(t)
Re
n
an (t) exp
j2fc n (t)ut
➢ 最小均方误差（MMSE）准则
海洋信道——衰落信道
1.有限通信带宽
传播损失，声线弯曲，相位畸变
2.多途效应
折射、反射、散射，浅海，扩展时间几百毫秒，深海扩展可至几秒
3.海洋环境噪声
地震活动、风动海面、降雨、分子热运动、海洋生物活动、潮汐、涌浪
4.时变、空变、随机性
信道可被看为空变、时变的梳状滤波器，由若干子通带构成
x(t) An (t)s[t n (t)]
n
衰减因数
传播时延
x(t)
Re
n
An
(t )e
u j 2fc n (t )
t
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n
(t)
e
j 2fct
等效低通信号为 r(t) An (t)e j2fcn (t)u t n (t)
n
用其时变冲激响应来描述 c( ;t) An (t)e j2fcn (t) n (t)
xk2 w3
xk L1
dk
wL
+
自适应滤波器的横向滤波器结构
yk
ek
设 xk 为输入信号，它表示了连续时间信号 x(t) 在 t kT 时刻的离散采样值。
各抽头的输出信号分别经过一个乘法器与权值 w1 ，w2 ，…， wL
水声信道可以看作是一个慢衰落信道
自适应均衡算法
Equalizer
Type
Liner
DFE
Transversal
LMS RLS Fast RLS SquareRoot RLS
Lattice
Structures Transversal
Gradient RLS
Alogrithms
LMS RLS Fast RLS SquareRoot RLS
ui (t) (t) sin (t)
u(t) ur (t) ju i (t)
提取的带通信号
s(t) Re[u(t)e j2fct ]
复包络
复载波
u(t) 的另一种表达形式 u(t) u(t) exp[ j argu(t)] a(t)e j (t)
s(t)的包络 s(t)的相角
信号经过信道后，由于边界反射、传输衰减等影响，得到的信号：
n (t) exp(
j
2f
c
t
)
等效低通信道的时变冲激响应 C( : t) an (t) exp[ j2fc n (t)] [ n (t)]
n
仅传输载频接收信号的等效低通信号：
r(t) an (t) exp[ j2fc n (t)]
n
在接收信号强度出现快速、大幅度的周期性变 化就被称为快衰落，若接收信号包络中值随时 间出现较慢的变化，就被称为慢衰落。
n
R(t) An (t) cos2f ct n (t)
n
第 n 条路径的幅度
第 n 条路径的时变相位
它们随时间的变化与载波周期相比要缓慢许多，视为缓慢变化的随机过程
R(t) An (t) cosn (t) cos 2fct An (t) sin n (t) sin 2fct
n
n
设 X (t) An (t) cos n (t) Y (t) An (t) sin n (t)
n
n
有： V (t) X 2 (t) Y 2 (t)
(t) tg 1 Y (t)
X (t)
包络
相位
信号经过信道传输后的结论
R(t) 可以看作一个窄带过程 ；
在任一时刻 t0 ，X (t) 以及Y (t)是 n 个随机变量
的和； X、Y高斯随机变量；
R平稳窄带高斯过程 V (t) 一维分布服从瑞利分布 (t) 一维分布服从均匀分布
水声信道的模型
1、不考虑信道本身的时变特性
N
R(t) ai S(t i ) i 1
S(t)
R(t)
Z 1
两条路径信号的简单示意图
设多径时延
R(t) S(t) S(t )
H ( jw) 1 exp( jw)
Bc 1/ 为多径传播的相干带宽 频率选择性衰落
实际上，多径一般不止两条，且由于水声传输介质的缓变，相对时延差
信道估计与均衡理论
Channel Estimate & Equalization Techniques
概述
信道及均衡
1、何谓信道？ 2、均衡的目的、意义
信道均衡的起源与发展
1、固定参数均衡 2、可调参数均衡 3、盲均衡
信道的基本概念
信息传输的路径
包括信息传输的各环节
信源
信宿
信道
均衡的目的、意义
5.多普勒效应
接收机与发射机之间的相对运动 ，流的影响
多径信道的简化模型
发送信号 s(t) a(t) cos[2fct (t)]
窄带信号：信号带宽B远远小于载波频率，即 B<< f c
展开： s(t) ur (t) cos 2fct ui (t) sin 2fct
信号正交分量 ur (t) (t) cos (t) 带通信号的复数表示 u(t)e j2fct
n
多径传播效应使发射信号的幅度和相位都发生了畸变，并且其变化规律 是人们无法预知的，相当于给发送信号的包络和相位一个附加的调制
发射未调载波的情况，以便直观地说明海洋多径效应对信号传输的影响
发射信号简化为 s(t) Re[ e j2fct ] 即： s(t) cos(2fct)
接收信号： R(t) An (t) cos 2fc [t n (t)]
保证非失真地高速传递 信息
发射信号
信道
接收信号
信道均衡的起源与发展
固定参数均衡
A、频域均衡 B、时域均衡
可调参数均衡
人工调节参数 自动调节参数
盲均衡
无需先验知识的均衡
发射信号
均衡器 信道（含均衡器）
接收信号
均衡的概念和基础
自适应均衡器解决的问题：
➢ 信道的变化特性 ➢ 带宽限制 ➢ 时变特性