王曉東，白長(zhǎng)河

(中國人民解放軍92785部隊(duì)，河北秦皇島 066004)

0 引言

當(dāng)前電磁環(huán)境日益復(fù)雜，軍事通信信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到多徑效應(yīng)的嚴(yán)重影響，導(dǎo)致信號(hào)特征發(fā)生畸變。在實(shí)踐中多采用均衡技術(shù)來消除多徑效應(yīng)的影響。由于傳統(tǒng)的均衡器需要依賴不斷地發(fā)送訓(xùn)練序列來調(diào)整均衡器系數(shù)，而盲均衡技術(shù)僅利用接受信號(hào)序列就可以實(shí)現(xiàn)信道均衡，所以盲均衡技術(shù)的研究得到了普遍的關(guān)注。常模算法(CMA)是實(shí)際中應(yīng)用較為廣泛的盲均衡方法，其具有收斂性能穩(wěn)健，計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也有收斂速度慢，剩余誤差大，存在相位偏轉(zhuǎn)、不適合處理多模信號(hào)等不足。

針對(duì)CMA算法無法修正相位偏轉(zhuǎn)的問題，文獻(xiàn)［1］提出了修正常模算法(MCMA)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法有效解決了相位旋轉(zhuǎn)問題，但是對(duì)收斂速度和剩余誤差的改善不明顯。文獻(xiàn)［2］針對(duì)CMA算法處理多模信號(hào)不理想的情況提出了修正多模算法(MMMA算法)，分析表明該算法不僅解決了相位旋轉(zhuǎn)問題，而且進(jìn)一步減小了剩余誤差。文獻(xiàn)［3，4］在文獻(xiàn)［1］的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，通過構(gòu)造函數(shù)的方式利用了函數(shù)的確定信息，使均衡器收斂后的剩余誤差更小。由文獻(xiàn)［5，6］可知，分?jǐn)?shù)間隔均衡的性能要明顯優(yōu)于波特間隔，所以利用上述文獻(xiàn)的改進(jìn)思想提出了修正構(gòu)造函數(shù)算法，并通過實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證其均衡性能。

1 算法描述

1.1 常用盲均衡算法介紹

設(shè){a(n)}是原始發(fā)送序列，{h(n)}是信道沖激響應(yīng)，{x(n)}是經(jīng)信道加噪后的信號(hào)，{w(n)}是采用抽頭延遲線模型的線性均衡器，{y(n)}是均衡后的信號(hào)，{e(n)}代表迭代誤差。在CMA中誤差函數(shù)定義為:

式中，T表示轉(zhuǎn)置，H表示共軛轉(zhuǎn)置，?表示卷積，*表示共軛。

在CMA算法中其代價(jià)函數(shù)為:

均衡器權(quán)向量的迭代過程為:

式中，μ表示步進(jìn)長(zhǎng)度。

可以看出CMA的誤差函數(shù)僅包含信號(hào)的幅度信息，這樣就導(dǎo)致不能克服信道引起的相位誤差。文獻(xiàn)［1］中提出分別對(duì)信號(hào)的實(shí)部和虛部進(jìn)行均衡的MCMA算法，在均衡過程中既包含了信號(hào)的幅度信息又包含了相位信息，從而可以補(bǔ)償信道引起的相位偏轉(zhuǎn)。該算法誤差函數(shù)的實(shí)部和虛部分別為:

CF算法就是在此基礎(chǔ)上引入1個(gè)構(gòu)造函數(shù)，以64QAM為例，對(duì)于單路信號(hào)而言在信號(hào)發(fā)生端有8個(gè)數(shù)據(jù) -7，-5，-3，-1，1，3，5，7。對(duì)于這個(gè) 8 個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造 1個(gè)函數(shù) φ(x)，滿足條件:φ(x)=0，x∈(-7，-5，-3，-1，1，3，5，7)。構(gòu)造這樣 1 個(gè)函數(shù)的目的是使均衡器的輸出也能滿足上述條件，同MCMA相比，構(gòu)造函數(shù)算法利用了信號(hào)的確知信息，所以在信號(hào)收斂后穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)進(jìn)一步減小。參考文獻(xiàn)［3］令φ(x)=Acos(π/2x)，所以抽頭函數(shù)的遞推公式為:

上式中的A值一方面表示了函數(shù)的幅度，另一方面也隱含了 φ(x)在(-7，-5，-3，-1，1，3，5，7)這8個(gè)點(diǎn)處的變化率。A愈大，這4點(diǎn)處的變化率就越大，函數(shù)的區(qū)分度就愈好，但A并不能太大，否則不能保證算法的收斂性。

1.2 新算法描述

由式(11)和式(12)可知，CF算法中的模值R是恒定值，這樣就會(huì)導(dǎo)致均衡器輸出的數(shù)據(jù)向半徑為的圓上靠近，而QAM信號(hào)屬于非常模信號(hào)，星座點(diǎn)分布在多個(gè)圓上，所以采用CF算法處理QAM信號(hào)在算法收斂后勢(shì)必會(huì)存在剩余誤差大的問題。針對(duì)此問題，對(duì)CF算法做了進(jìn)一步改進(jìn)，提出修正構(gòu)造函數(shù)算法(MCF)，即用均衡器輸出的判決值來代替CF算法中的R［4］，使均衡器輸出與信號(hào)的多個(gè)模值相吻合，算法收斂后穩(wěn)態(tài)誤差趨于0，如此便解決了CF剩余誤差大的問題。改進(jìn)后的均衡器抽頭函數(shù)遞推公式為:

評(píng)價(jià)均衡效果的2個(gè)重要指標(biāo)是收斂速度和收斂后的剩余誤差大小，MCF算法相對(duì)CF算法僅減小了剩余誤差，而在收斂速度方面并沒有改善。上述方法都是采用波特間隔均衡器，分?jǐn)?shù)間隔均衡器的采樣頻率大于或者等于奈奎斯特頻率，從而避免了因欠采樣引起的頻譜混疊，均衡器可以在較低信噪比環(huán)境下補(bǔ)償更嚴(yán)重的時(shí)延和幅度失真。所以利用分?jǐn)?shù)間隔均衡器的這一優(yōu)勢(shì)，提出了FSE-MCF算法。與CF算法和MCF算法相比，該算法收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小。綜合考慮均衡器的性能和復(fù)雜度，采用1/4分?jǐn)?shù)間隔均衡器，該均衡器比1/6、1/8結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)又比1/2分?jǐn)?shù)間隔結(jié)構(gòu)收斂速度快，穩(wěn)態(tài)誤差小，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 1/4分?jǐn)?shù)間隔均衡器系統(tǒng)框圖

圖1中{a(n)}是原始發(fā)送序列，h(i)(n)表示子信道i(i=1，2，3，4)的沖擊響應(yīng)，且子信道長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寫成向量的形式為:

N(i)(n)表示子信道i的加性噪聲，x(i)(n)表示第i個(gè)子濾波器的輸入信號(hào)，w(i)(n)表示第i個(gè)子濾波器的系數(shù)，用向量表示為:

則該均衡器在采樣時(shí)刻n的輸出y(n)為:

2 仿真結(jié)果分析

以常用的64QAM信號(hào)作為處理信號(hào)，信道的沖擊響應(yīng)h=［0.9344-1.0311j 2.2483-1.6682j-1.0780-0.2138j-0.6742+0.8835j 0.3755-0.2771j 0.0886+0.0628j］，均衡器的階數(shù)為11，步進(jìn)長(zhǎng)度為0.0002，構(gòu)造函數(shù)中A=4，信噪比分別為10 dB、15 dB和20 dB，仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 信號(hào)未均衡及CF算法、FSE-MCF算法均衡后星座圖

圖3 2種盲均衡算法剩余誤差曲線圖

圖2中圖(a)顯示的是接收端數(shù)字信號(hào)在未經(jīng)過均衡時(shí)的星座圖，圖(b)顯示的是接收信號(hào)經(jīng)過CF算法均衡處理后的星座圖，圖(c)顯示的接收信號(hào)經(jīng)過改進(jìn)算法FSE-MCF均衡后的信號(hào)星座圖。由圖(a)可以看出經(jīng)多徑信道傳輸后信號(hào)星座圖模糊一片，信號(hào)特征發(fā)生了嚴(yán)重的畸變。對(duì)比圖(b)和圖(c)可以看出在相同條件下，經(jīng)改進(jìn)的FSEMCF算法均衡后的信號(hào)星座圖的收斂性要優(yōu)于CF算法。圖3顯示的CF算法和FSE-MCF算法均衡中的剩余誤差曲線圖，從圖中可以看出不僅FSE-MCF算法收斂速度比CF算法快，而且其剩余誤差也遠(yuǎn)小于CF算法。仿真結(jié)果分析可見，改進(jìn)算法在剩余誤差和收斂速度方面確實(shí)得到了明顯的改善，具有一定的參考意義。

3 結(jié)束語

針對(duì)QAM調(diào)制信號(hào)的特點(diǎn)提出MCF算法和FSE-MCF算法，經(jīng)過仿真結(jié)果分析可知新算法的均衡性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的算法。新算法不僅可以修正信號(hào)在信道中傳輸引起的相位偏轉(zhuǎn)，而且加快了收斂速度，減小了收斂后的剩余誤差。系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，具有更好的利用價(jià)值。

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