自适应均衡器及其发展趋势

适应信号处理的一个重要方面&已广泛应用于通信’雷 x~##年&他 将 此 算 法 推 广 到 跟 踪 方 式&对 自 适 应 均 衡
达 ’声 纳 ’控 制 和 生 物 医 学 工 程 等 领 域 ( 在 高 速 数 字 移 动 通 信wzy’数 字 微 波 无 线 通 信 系
器的研究做出了很大的贡献(x~#|年&%Esded独 立 的 把自适应均衡器应用于对抗码间干扰对高频链路数据
神经网络的最大优势是大规模并行计算处理能 力&权重的自适应调整能力&可学习性适用于各种信 道 等&而 模 糊 理 论 则 克 服 了 由 于 问 题 描 述 过 程 中 的 不 确 定性所带来的处理困难!目前基于神经网络和模糊理 论的盲均衡研究方兴未艾&但由于此类方法计算量 大& 并 受 到 理 论 描 述 的 准 确 性 和 硬 件 集 成 度 的 影 响&实 现 起来尚有困难!
统 和 w{y 作 为 重 要 的 远 程 通 信 和 军 事 通 信 手 段 之 一 的 短
波 通 信 系 统 中 w$y &由 于 多 径 与 衰 落 现 象 引 起 码 间 干 扰 & 系 统 性 能 恶 化 (采 用 适 当 有 效 的 自 适 应 均 衡 技 术 &可 以 克 服 数 据 传 输 在 频 带 利 用 率’误 码 率 性 能 以 及 传 输 速 率上的许多缺点(
图 " 数据传输系统 自适应均衡器可以分为传统自适应均衡器和盲自 适应均衡器$ !%& 传统自适应均衡器 传 统 自 适 应 均 衡 器 ’以 下 称 自 适 应 均 衡 器 (如 图 ) 中 虚 线 框 内 所 示#带 噪 声 的 信 号 通 过 横 向 滤 波 器 输 出 后 与 作 为 参 考 信 号 的 延 时 输 入 信 号 进 行 比 较#输 出 的 误 差 信 号 对 某 种 自 适 应 算 法 进 行 控 制#从 而 实 现 对 自 适 应 滤 波 器 抽 头 系 数 的 调 整 $根 据 自 适 应 算 法 不 同 #自 适应均衡器分为下面几种$
)*+,-./0123+4.506+7*8-9:0/04;,.7<=07*07>?
@ABC DEB FEGHEBIGB
!JKLMNOPQMOLRSRTUOLQTMVPMWTRNXPRYZPK&WTRNXPRYZPK[\\[[]&^NTRP%
)_9-6+>- ‘aABEbcdefABfAacghfdiAjAcfEkgaECBAlcedhgaaEBC&AjAcfEkggmGAlEnAfEdBEaoEjglIGagjEBfpgiEglj
difglghdbbGBEhAfEdB&eAjAe&adBAe&hdBfedlABjqEdbgjEhAlgBCEBggeEBCrspgpEafdeIdiAjAcfEkggmGAlEnAfEdBEa
EBfedjGhgjABjEfaadefaAegjEahGaagjrspgAjkABfACgaABjjEaAjkABfACgadiAjAcfEkggmGAlEngeABjfpgcedacghfa
随 着 海 洋 开 发 事 业 的 日 益 发 展&通 过 水 声 信 道 进 行无线高速数据传输的要求越来越迫切(在水声通信 系 统 的 相 干 接 收 机 中&采 用 盲 自 适 应 均 衡 器 抵 消 多 径
传 输 的 影 响(x~#&年&‘GafEB提 出 了 判 决’反 馈 均 衡 器( x~#~年&(geapd以 及 )edA"Ea和 *Ellge使 用 最 小 均方误差准则独立的重新描述了自适应均衡器问题( x~&"年 &DeAjI提 出 分 数 间 隔 自 适 应 均 衡 器 方 案 (x~&z 年&+BCgeqdgh"对 采 用 自 适 应 最 小 均 方 误 差 算 法 的 均 衡 器 的 收 敛 性 进 行 了 详 细 的 分 析 ( x~&$年 &(djAej应 用卡尔曼滤波器理论推导出了调整横向均衡滤波器抽
AqdGfEfajgkgldcEBCfgBjgBhIAegAladjEahGaagjr
t0?u;6*9 ‘jAcfEkggmGAlEnAfEdB ‘jAcfEkggmGAlEnge ‘jAcfEkgAlCdeEfpb
v引 言
整 参 数 的 均 衡 器 完 成 (由 于 衰 落 信 道 是 随 机 时 变 的 &故 需要研究自适应地跟踪信道时变特性的均 衡 器(x~#|
改 进 形 式#它 把 输 出 信 号 经 过 某 种 加 权 求 和 后 反 馈 回 到 输 出 端 与 输 出 信 号 进 行 比 较 #以 抵 消 码 间 干 扰 $这 种 反 馈 使 均 衡 器 具 有 无 限 冲 击 响 应#从 而 使 它 对 信 道 的 时 延 畸 变 有 良 好 的 补 偿 作 用#同 时 它 对 信 道 的 幅 度 畸 变也有较好的பைடு நூலகம்偿作用$
自适应线性抵消均衡器’+1.(也 是 横 向 均 衡 器 的 改 进 形 式#输 入 信 号 2’345(是 某 一 分 数 间 隔 抽 头 的 线 形均衡器的输出#既消除定时相位的影响#又消除了 一 部分符号间干扰和噪声$
+.#/0.和 +1.三 种 均 衡 器 的 性 能 是 依 次 提 高 的#但 这 是 以 复 杂 程 度 的 依 次 增 加 为 代 价 的$+1.是 一 种 高 性 能 均 衡 器#它 将 线 性 均 衡 器 的 结 果 用 噪 声 抵 消的方法进行码间干扰抵消#充分地利用了输入信 息# 因 此 它 的 效 果 比 /0.为 好#而 /0.由 于 计 算 量 小 性 能 也 较 好 #同 样 具 有 实 用 价 值 $ *%"%) 自适应常模均衡器
自 适 应 递 归 最 小 二 乘 算 法 ’6789:8算 法 (均 衡 器 是 基 于 模 型 的 分 块 处 理 输 入 数 据#依 据 的 模 型 是 一 个 多参数线性回归模型$假定多参数回归模型的测量误 差 过 程 是 零 均 值 的 白 噪 声#它 可 获 得 具 有 最 佳 线 性 无 偏估计的横向滤波器的抽头系数的一个解$
头 加 权 系 数 的 一 种 高 效 算 法 ’’ 快 速 卡 尔 曼 算 法(
干 扰 &可 以 提 高 通 信 速 率 ( w|y
} 自适应均衡器的发展历史
z"世 纪万方#"数年据代 初 期&能 消 除 符 号 间 干 扰 对 数 据 传输恶化影响的电话信道均衡由固定均衡器或人工调
x~&,年&-AlhdBge和 !.GBC介 绍 了 快 速 卡 尔 曼 算 法 的 一 种 修 正&从 而 将 其 计 算 复 杂 性 简 化 到 可 与 简 单 的 /*0算 法 比 较 的 程 度(0AfdeEGa和 ‘lg1ABjge在 x~&~ 年’0AfdeEGa和 )Ah"在 x~,x年 证 明 了 色 散 信 道 格 型 自 适 应 均 衡 器 算 法 的 实 用 性 ( wx&#y
盲自适应均衡’以下简称盲均衡-这一概念最早 由 日 本学者 ,012于 $345年提出!盲自适应均衡器如图 " 所 示&它 不 需 要 参 考 信 号 来 维 持 正 常 的 工 作 和 防 失 锁 现 象 发 生!因 此&在 数 据 通 信 系 统 中 可 以 提 高 信 道 效 率 &同 时 获 得 更 好 的 均 衡 性 能 !盲 均 衡 从 根 本 上 避 免 了 参 考 信 号 的 使 用&收 敛 范 围 大&应 用 范 围 广&克 服 了 传 统 自 适 应 均 衡 的 缺 点&从 而 降 低 了 对 信 道 和 信 号 的 要 求 &并 简 化 了 数 传 机 的 设 计 !
快速卡尔曼均衡器是具有递归结构的有限线性离
散时间系统#较适合用数字计算机实现#它是从随机 状 态空间模型导出的线性动态系统状态的最小均方估
计$ *%"%; 自适应格型最小二乘均衡器
自适应格型滤波算法原理是把延迟线上的信号进
行 <:9=>-?@=A8B正 交 化#以 解 除 信 号 样 本 之 间 的 相 关 性$它 具 有 非 常 好 的 数 据 特 性#对 有 限 字 长 效 应 敏 感#稳定性比快速卡尔曼算法好#且有时间递推和阶 递 推 #其 长 度 可 随 时 改 变 而 不 必 重 新 启 动 $ *%"%C 自适应平方根递归最小二乘均衡器
+,-横 向 均 衡 器 中 的 自 适 应 线 性 均 衡 器 ’+.(由 自 适 应 +,-滤 波 器 结 构 组 成#与 自 适 应 +,-滤 波 器 类似#但在万实方际数应据用中#参考信号是由输出信号进行 判
决所得的估计信号$ 自 适 应 判 决 反 馈 均 衡 器 ’/0.(是 横 向 均 衡 器 的
图 ) 数据传输系统传统中的自适应均衡器 *%"%" 自适应最小均方误差’+,-(均衡器
横向’时间延迟或递归(均衡器是自适应均衡发 展 方案中的最简单形式$在实际应用中为使参数调整得 以 顺 利 进 行#把 输 出 信 号 进 行 判 决 所 得 的 估 计 信 号 作 为理想信号#这样#整个数字均衡器成了一个非线性 系 统#其收敛性分析相当麻烦#但在信道畸变不是特别 严 重的情况下#其收敛域能够得到保证#可以用线性系 统 的分析方法对其进行分析$
BDF
仪器仪表学报
第 D%卷
一种新形式的自适应均衡算法! "#$#% 自适应滑动窗递归最小二乘均衡器
为 了 跟 踪 时 变 信 道 参 数&通 常 采 用 指 数 加 权 窗 ’()*+,-和滑 动 矩 形 窗 ’,*)*+,-两 种 方 法 来 提 高 均 衡器的跟踪能力!滑动指数 *+,自适应均衡算法比 ()*+,有 更 强 的 跟 踪 能 力&比 ,*)*+,有 很 好 的 稳 态 性 能!采 用 浮 点 运 算 时&,*)*+,算 法 仍 然 是 数 值 稳 定 的 &它 可 以 改 进 多 径 时 变 快 衰 落 信 道 均 衡 的 性 能 ! .#/ 盲自适应均衡器
常 模 是 均 衡 器 一 种 非 线 性 算 法 形 式#由 于 理 想 调 相 或 调 频 信 号 应 是 恒 定 模 的#因 而 均 衡 器 的 目 标 是 使 输 出 信 号 的 模 值 尽 量 靠 近 某 个 圆 ’一 般 是 单 位 圆 (#它 能 对 多 路 干 扰 抵 消 #去 除 干 扰 噪 声 $ *%"%* 自适应递归最小二乘算法均衡器
第 z#卷第 ,期增刊
仪器仪表学报
z""|年 ,月
自适应均衡器及其发展趋势
王 彬 邱新芸
!东北大学秦皇岛分校 秦皇岛 "##""$%
摘要 自适应均衡作为自适应信号处理的一个重要方面&已广泛用于通信’雷 达’声 纳’控 制 和 生 物 医 学 工 程 等 许 多 领 域(介 绍 了 自 适 应 均 衡 器 的 发 展 历 史 之 后&对 各 种 自 适 应 均 衡 器 进 行 了 分 类 讨 论&分 析 了 其 优 缺 点&最 后 对 自 适 应 均 衡 的 发 展 趋 势 做了展望( 关键词 自适应均衡 自适应均衡器 自适应算法
对 信 道 的 码 间 干 扰 进 行 校 正 的 电 路 称 为 均 衡 器& 年&!Gh"I根据极小 极 大 准 则 提 出 了 一 种 #迫 零 自 适 应
其实 质 是 信 道 的 一 个 逆 滤 波 器 ( wxy 自 适 应 均 衡 作 为 自 均 衡 器 $&用 来 自 动 调 整 横 向 均 衡 器 的 抽 头 加 权 系 数&
自适应平方根递归最小二乘均衡器采用自适应平
方 根 递 归 最 小 二 乘 均 衡 算 法#是 最 小 二 乘 算 法 ’D+-( 的一个重要改进形式$它以增加少量的计算量为代价 换取对普通 D+-算 法 的 数 据 特 性 的 改 善#是 由 自 适 应 判决 反 馈 均 衡 器 与 平 方 根 D+-算 法 相 结 合 所 构 成 的
第 F期增刊
自适应均衡器及其发展趋势
;)E
! 自适应均衡器及其分类
图 "所 示 为 一 数 据 传 输 系 统#在 理 想 情 况 下 信 道 的 幅 度 和 相 位 特 性 是 线 性 的#而 在 实 际 中 信 道 的 幅 度 特性不可能恒定#相频特性是非线性的#数据传输速 率 越 高 #信 道 畸 变 的 影 响 越 大 $因 此 对 高 速 传 输 系 统 必 须 采 用 自 适 应 均 衡 器 #完 成 对 信 道 畸 变 的 补 偿 $