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均衡技术的分类及广泛应用领域

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:均衡技术可以分为两大类:线性和非线性均衡。为了补偿信道的深度零点,线性横向均衡器必须有高增益的频率响应,然而同时无法避免的也会放大噪声。然而对于恶劣信道,判决反馈均衡器由于存在着不受噪声增益影响的反馈部分因而性能优于线性横向均衡器。

均衡技术的分类及广泛应用领域

均衡技术可以分为两大类:线性非线性均衡。这些种类是由自适应均衡器的输出如何控制均衡器来划分的。判决器决定了接收数字信号比特的值并应用门限电平来决定输出的值。如果输出没用在反馈路径中调整均衡器,均衡器就是线性的。另一方面,如果输出反馈回来调整均衡器,则为非线性均衡。线性均衡器包括线性横向均衡器、线性格型均衡器等等,非线性均衡器包括判决反馈均衡器、最大似然序列均衡器等等,在这里主要介绍实际中应用较广的线性横向均衡器、线性格型均衡器、判决反馈均衡器及分数间隔均衡器。

(一)线性横向型

线性横向均衡器是自适应均衡方案中最简单的形式。其工作方式为输入信号的将来值、当前值及过去值,都被均衡器时变抽头系数进行线性加权求和后得到输出,然后根据输出值和理想值之间的差别按照一定的自适应算法调整滤波器抽头系数。在实际应用中,期望信号是未知的,否则也就失去了通信的意义。为使参数调整得以顺利进行,一种折中的方法是把由输出信号进行判决所得的估计信号作为期望信号。事实上,在这种情况下,整个数字均衡器已经成了一个非线性系统,因为其收敛特性的分析是相当繁难的。但是在信道畸变不是异乎寻常的严重的情况下,其收敛性是可以得到保证的。

线性横向均衡器最大的优点就在于其结构非常简单,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:

(1)就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有高增益的频率响应,然而同时无法避免的也会放大噪声。

(2)另一个问题是线性横向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。

由于以上两点线性横向均衡器在畸变严重的信道和低信噪比(SNR)环境中性能较差,而且均衡器的抽头调整相互影响,从而需要更多的抽头数目。

(二)线性格型

格型滤波器最早是由Makhoul于1977年提出的,所采用的方法在当时被称为线性预测的格型方法,后被称为格型滤波器。这种格型滤波器具有共轭对称的结构:前向反射系数是后向反射系数的共轭。格型滤波器最突出的特点是局部相关联的模块化结构。格型系数对于数值扰动的低灵敏型,以及格型算法对于信号协方差矩阵特征值扩散的相对惰性,使得其算法具有快速收敛和优良数值特性。

因为实际中,信道特性无法知道,所以也就难以估计需要的滤波器阶数。而用格型滤波器作为自适应均衡器的结构时,可以动态的调整自适应均衡器的结构以满足实际的均衡需求而不必重新设定均衡器的阶数和重新启动自适应算法。(www.xing528.com)

格型均衡器由于在动态调整阶数的时候不需要重新启动自适应算法,因而在无法大概估计信道特性的时候非常有利,可以利用格型均衡器的逐步迭代而得到最佳的阶数,另外格型均衡器有着优良的收敛特性和数值稳定性,这些都有利于在高速的数字通信和深度衰落的信道中使用格型均衡器。但是如前面所讨论的那样,格型均衡器的结构比较复杂,实现起来困难,从而限制了格型均衡器在数字通信中的应用。

(三)判决反馈型

诸如线性横向型的均衡器为了补偿信道的深度零点而增大增益从而也放大了噪声,因此在恶劣的信道中线性均衡器性能不佳。然而对于恶劣信道,判决反馈均衡器由于存在着不受噪声增益影响的反馈部分因而性能优于线性横向均衡器。

判决反馈均衡的基本方法就是一旦信息符号经检测和判决以后,它对随后信号的于扰在其检测之前可以被估计并消减。其结构包括两个抽头延迟滤波器:一个是前向滤波器(FFF),另一个是反向滤波器(FBF)。其作用和原理与前面讨论的线性横向均衡器类似:FBF的输入是判决器的先前输出,其系数可以通过调整减弱当前估计中的码间干扰。

判决反馈均衡器的结构具有许多优点,当判决差错对性能的影响可忽略时,判决反馈型均衡器优于线性均衡器,显而易见相对于线性均衡器加入判决反馈部分可得到性能上相当大的改善,反馈部分消除了由先前被检测符号引起的符号间干扰,例如相对于线性横向型均衡器较小的噪声增益,相对于线性格型均衡器运算复杂度更低、相对于横向结构更容易达到稳态性能等。然而判决反馈型均衡器面临的主要问题之一是错误传播,错误传播是由于对信息的不正确判决而产生的,错误信息的反馈会影响FBF部分从而影响未来信息的判决;另一问题是移动通信中的收敛速度。

(四)分数间隔型

分数间隔均衡器等价于由匹配滤波器后接波特间隔均衡器的最佳线性接收机。线性调制系统的最佳接收滤波器是级联于实际信道的一个匹配滤波器。对时变信道系统的最佳接收是采用匹配滤波器和一个T间隔抽头的均衡器。一个以码元速率取样的T间隔均衡器不能形成匹配滤波器,而分数间隔均衡器是以不低于奈奎斯特速率取样,可以达到匹配滤波器和T间隔均衡器特性的最好组合,即分数间隔均衡器可以构成一个最好的自适应匹配滤波器,且分数间隔均衡器在较低噪声环境下可以补偿更严重的时延和幅度失真。分数间隔均衡器对采样器噪声不敏感,这也是由于没有频谱重叠现象而产生的优点。

均衡作用可分为频域均衡(包括幅度均衡、相位或时延均衡)和时域均衡。前者是校正频率特性;后者是直接校正畸变波形。

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