江蘇金陵機械制造總廠 徐立升
判決反饋盲均衡的設(shè)計與仿真
江蘇金陵機械制造總廠 徐立升
介紹了判決反饋均衡算法的實現(xiàn),并將最陡下降恒模算法應(yīng)用到DFE,實現(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
軍用無線通信領(lǐng)域,受傳輸環(huán)境的影響,傳輸信號經(jīng)過不同路徑到達接收系統(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,具有對信號幅度畸變的良好補償性能,同時克服了線性均衡器增強噪聲的現(xiàn)象。
DFE由前饋濾波器、反饋濾波器和判決器三個部分組成[1]。原理圖如圖1所示。
圖1 判決反饋均衡器原理圖
圖2 判決反盲均衡實現(xiàn)示意圖
接收端信號經(jīng)過均衡器的輸出結(jié)果如公式(1)所示。
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行更新[2]。算法實現(xiàn)如圖2所示。
恒模算法通過調(diào)節(jié)均衡器抽頭增益來達到使代價函數(shù)最小的目的,代價函數(shù)只與接收信號的幅度值有關(guān),而與相位無關(guān),對載波相位不敏感,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函數(shù)是非線性的,無法直接求解,只能采用迭代的方法求解。文中采用最陡梯度下降法來優(yōu)化代價函數(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。
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對盲均衡DFE的性能進行了仿真,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)過信道后的信號星座圖已經(jīng)模糊不清,造成較大誤碼率。均衡后的信號星座圖如圖4所示。
從圖4可以看出,信號經(jīng)過均衡后,星座圖有了明顯的改善,信號經(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,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,經(jīng)過均衡算法后的誤碼率要遠遠的小于沒有經(jīng)過均衡的誤碼率。
圖5 不同信噪比時的誤碼率曲線
文中分析了DFE算法,通過恒模算法實現(xiàn)了DFE自適應(yīng)過程。此方法可用于實現(xiàn)軍事通信中接收信號的均衡。對于更加惡劣的通信環(huán)境,可以采用分數(shù)間隔DFE實現(xiàn)均衡。
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