江蘇金陵機(jī)械制造總廠 徐立升

判決反饋盲均衡的設(shè)計(jì)與仿真

江蘇金陵機(jī)械制造總廠 徐立升

介紹了判決反饋均衡算法的實(shí)現(xiàn)，并將最陡下降恒模算法應(yīng)用到DFE，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)算法，通過仿真比較了均衡前后的星座圖，并分析均衡前后的誤碼率曲線，驗(yàn)證了恒模算法的DFE可減小多徑效應(yīng)的干擾。

判決反饋；恒模算法；誤差傳播

0 引言

軍用無(wú)線通信領(lǐng)域，受傳輸環(huán)境的影響，傳輸信號(hào)經(jīng)過不同路徑到達(dá)接收系統(tǒng)，使得接收端的波形不可避免的產(chǎn)生碼間干擾。為了提高通信質(zhì)量，減小碼間干擾，接收端通常采用均衡器來(lái)消除碼間干擾。在各種均衡器結(jié)構(gòu)中，判決反饋均衡器（Decision Feedback Equalizer，DFE）可以有效消除惡劣信道產(chǎn)生的碼間干擾，具有對(duì)信號(hào)幅度畸變的良好補(bǔ)償性能，同時(shí)克服了線性均衡器增強(qiáng)噪聲的現(xiàn)象。

1 判決反饋均衡器原理

DFE由前饋濾波器、反饋濾波器和判決器三個(gè)部分組成[1]。原理圖如圖1所示。

圖1 判決反饋均衡器原理圖

圖2 判決反盲均衡實(shí)現(xiàn)示意圖

接收端信號(hào)經(jīng)過均衡器的輸出結(jié)果如公式(1)所示。

2 最陡下降恒模算法

判決反饋均衡中前饋系數(shù)和反饋系數(shù)基于最陡恒模算法進(jìn)行更新[2]。算法實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

恒模算法通過調(diào)節(jié)均衡器抽頭增益來(lái)達(dá)到使代價(jià)函數(shù)最小的目的，代價(jià)函數(shù)只與接收信號(hào)的幅度值有關(guān)，而與相位無(wú)關(guān)，對(duì)載波相位不敏感，因而，恒模算法不需要訓(xùn)練序列，提高系統(tǒng)帶寬利用率[3]。恒模算法中的代價(jià)函數(shù)定義如公式(2)所示。

式中yk滿足下式。

由于恒模算法的代價(jià)函數(shù)是非線性的，無(wú)法直接求解，只能采用迭代的方法求解。文中采用最陡梯度下降法來(lái)優(yōu)化代價(jià)函數(shù)。前饋系數(shù)和反饋系數(shù)迭代公式如公式(5)和(6)所示。

式中μ是步長(zhǎng)因子，它控制著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自適應(yīng)的收斂速度[4]。▽w表示關(guān)于w的梯度算子，梯度表達(dá)式如公式(7)和(8)所示

前饋系數(shù)和反饋系數(shù)更新如公式(9)和(10)所示。

3 仿真設(shè)計(jì)

為了分析判決反饋盲均衡的算法的均衡效果，系統(tǒng)分析了恒包絡(luò)調(diào)制8PSK均衡效果。

信道參考了3GPP TS45.005 V9.4.0協(xié)議C.3上提供的信道測(cè)試模型：農(nóng)村信道環(huán)境。如表1所示。

表1 農(nóng)村信道環(huán)境

文中采用matlab對(duì)盲均衡DFE的性能進(jìn)行了仿真，采用調(diào)制方式為8PSK，信噪比為SNR=30。均衡前星座圖如圖3所示。

圖3 均衡前星座圖

圖4 均衡后的星座圖

信號(hào)經(jīng)過信道后由于多徑效應(yīng)的影響，交織在一起，從圖3中可以看出經(jīng)過信道后的信號(hào)星座圖已經(jīng)模糊不清，造成較大誤碼率。均衡后的信號(hào)星座圖如圖4所示。

從圖4可以看出，信號(hào)經(jīng)過均衡后，星座圖有了明顯的改善，信號(hào)經(jīng)過均衡后降低了碼間干擾。

為了定量分析多徑環(huán)境下DFE算法的性能，分析了均衡前后的誤碼率。分別仿真了在不同信噪比情況下的均衡前后的誤碼率曲線。如圖5所示。

DFE有誤差傳播問題，一次誤判可能影響后面若干次判決的正確性，從圖5中可以看出，在信噪比較低時(shí)，誤判的概率較大，均衡后的誤碼率大于均衡前的，當(dāng)信噪比較大時(shí)，經(jīng)過均衡算法后的誤碼率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于沒有經(jīng)過均衡的誤碼率。

圖5 不同信噪比時(shí)的誤碼率曲線

4 結(jié)論

文中分析了DFE算法，通過恒模算法實(shí)現(xiàn)了DFE自適應(yīng)過程。此方法可用于實(shí)現(xiàn)軍事通信中接收信號(hào)的均衡。對(duì)于更加惡劣的通信環(huán)境，可以采用分?jǐn)?shù)間隔DFE實(shí)現(xiàn)均衡。

[1]韋照川,李德明,等.一種基于FPGA的判決反饋均衡器[J].信息終端與顯示,2011:50-52.

[2]馮文江,王勇.運(yùn)用誤差反饋的判決反饋均衡器的性能分析[J].信息與電子工程,2006(4):108-110.

[3]劉術(shù)平.恒模算法及其在忙均衡中的應(yīng)用[D].南京郵電大學(xué),2006.

[4]丁玉美,闊永紅,高新波.數(shù)字信號(hào)處理-時(shí)域離散隨機(jī)信號(hào)處理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003.