高宇寧

（廣東工業(yè)大學(xué) 華立學(xué)院，廣州 511325）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和數(shù)據(jù)輸出的保真率提出更高的要求，需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡控制模型，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸抗干擾濾波和調(diào)制，在高頻網(wǎng)絡(luò)通信中，由于信道的碼間存在干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸輸出的信道均衡性不好，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制設(shè)計，建立高頻網(wǎng)絡(luò)通信的抗干擾濾波模型，采用信道調(diào)制解調(diào)方法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡控制，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸輸出的質(zhì)量，研究網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制算法在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量方面具有重要意義，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制算法研究受到人們的極大關(guān)注［1］。

當(dāng)前，對網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制的方法主要有分集均衡控制方法、自適應(yīng)碼間干擾抑制方法、波特間隔均衡方法等［2］。建立高頻網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，采用信道特征尺度調(diào)制方法，進(jìn)行高頻網(wǎng)絡(luò)通信的信道均衡控制。基于非線性失真單周控制的高頻網(wǎng)絡(luò)通信調(diào)制方法，采用非線性失真補(bǔ)償方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸過程中的干擾抑制，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量，但該方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)制的自適應(yīng)性不好，抗干擾能力不強(qiáng)［3］；基于載波調(diào)制失真抑制的網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡方法，采用Hilbert 變換擴(kuò)頻方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡，但該方法進(jìn)行信道均衡調(diào)制的模糊度較大，收斂性不好［4］。

針對上述問題，本文提出基于信道擴(kuò)頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制算法。構(gòu)建超高頻網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，利用相鄰的2 組訓(xùn)練碼進(jìn)行信道參數(shù)測量，提取網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸信號的譜特征量，根據(jù)譜特征偏移進(jìn)行信道畸變補(bǔ)償，采用最大比合并分集判決反饋調(diào)節(jié)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制，構(gòu)建分集判決反饋均衡器，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道補(bǔ)償和自適應(yīng)均衡調(diào)制。最后通過仿真實驗進(jìn)行性能測試，得出有效性結(jié)論。

1 信道模型和信道參數(shù)測量

1.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型

為了實現(xiàn)高頻網(wǎng)絡(luò)通信的信道均衡控制和調(diào)制，首先構(gòu)建高頻網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，采用BPSK 調(diào)制碼元進(jìn)行信道傳輸?shù)倪^程控制［5］，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男诺滥Ｐ腿鐖D1 所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男诺滥Ｐ虵ig.1 Channel Model of network transmission

構(gòu)建超高頻網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，利用相鄰的兩組訓(xùn)練碼進(jìn)行信道參數(shù)測量，在信號的輸入端，得到各支路信號G（V，r），（r≤δ·rmax，δ∈（0，1），rmax＝(P(N0β)－1)1／α）。計算第k條衰落信道的相移，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的反饋調(diào)節(jié)模型為式（1）：

式中，θ0和Δ2 個參數(shù)分別表示網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的最大合并比和調(diào)頻特征；a(θ) 表示信道調(diào)制卷積函數(shù)；w(k) 表示濾波系數(shù)。采用前饋濾波器完成匹配濾波，采用分段擬合的方式補(bǔ)償非線性失真［6］，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的輸出沖擊響應(yīng)特征為式（2）：

其中，an（t）是第n條傳輸信道上的振蕩幅值，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸傳播衰減系數(shù)為式（3）：

其中，ai和τi分別是網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的傳輸時間延遲和頻率響應(yīng)。根據(jù)上述分析，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸信道模型，結(jié)合信道均衡調(diào)制方法，進(jìn)行信道參數(shù)測量。

1.2 信道參數(shù)測量與特征提取

當(dāng)信道響應(yīng)擴(kuò)展時間超過奈奎斯特采樣率時，采用信道多徑擴(kuò)展方法進(jìn)行信道模型設(shè)計［7］，得到信道參數(shù)測量函數(shù)為式（4）：

其中，（t）為網(wǎng)絡(luò)傳輸信號S（t）的模糊度函數(shù)。

使用線性均衡器進(jìn)行均衡控制，得到高頻網(wǎng)絡(luò)通信的自相關(guān)函數(shù)為式（5）：

在非高斯噪聲環(huán)境下，通過計算波特率進(jìn)行采樣，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸信道的參數(shù)優(yōu)化輸出為式（7）：

其中，ni（t）為噪聲項，表示為：ni（t）＝n1i（t）*p（t）。根據(jù)信道參數(shù)計算結(jié)果，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制。

2 信道均衡調(diào)制算法優(yōu)化

2.1 信道畸變補(bǔ)償

在信道模型構(gòu)造的基礎(chǔ)上，提取網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸信號的譜特征量，采用前饋濾波器完成匹配濾波，選擇加權(quán)系數(shù)，式（8）：

對超出奈奎斯特頻率以外的傳輸碼元進(jìn)行調(diào)制濾波，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸終端輸出的正信號表示為式（9）：

根據(jù)譜特征偏移進(jìn)行信道畸變補(bǔ)償，采用最大比合并分集判決反饋調(diào)節(jié)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制［9］，對正信號和翻轉(zhuǎn)負(fù)信號再進(jìn)行線性擬合，結(jié)合線性反饋濾波方法，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲控制［10］，構(gòu)建自適應(yīng)橫向濾波器，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)制輸出為式（11）～式（13）：

根據(jù)上述分析，構(gòu)建信道畸變補(bǔ)償模型，實現(xiàn)過程如圖2 所示。

圖2 信道畸變補(bǔ)償?shù)膶崿F(xiàn)過程框圖Fig.2 Block diagram of realizing channel distortion compensation

2.2 信道均衡調(diào)制優(yōu)化

構(gòu)建分集判決反饋均衡器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道補(bǔ)償和自適應(yīng)均衡調(diào)制，采用動態(tài)負(fù)載均衡傳輸控制方法進(jìn)行高頻網(wǎng)絡(luò)通信過程中的碼元輸出自適應(yīng)調(diào)節(jié)［11］，得到碼元輸出為式（14）：

顯然，m1＝E（x）＝η，根據(jù)采樣速率與碼元速率的關(guān)系進(jìn)行時延控制，構(gòu)建信道均衡調(diào)制模型，得到均衡后的碼元間隔滿足式（15）：

對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)念l率參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以補(bǔ)償信道畸變，提取信號的傳輸譜特征量。為了補(bǔ)償一幀數(shù)據(jù)時間內(nèi)信道變化，采用信道畸變補(bǔ)償方法，得到反饋鏈路為式（16）：

綜上分析，實現(xiàn)基于信道擴(kuò)頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制，提高了輸出的均衡性和自適應(yīng)性，降低了輸出誤碼率。

3 仿真實驗與結(jié)果分析

為了測試本文方法在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道均衡調(diào)制中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實驗，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)傳輸信號的長度為1 024 Kbpa，碼元序列大小為200 Bit，調(diào)制序列長度為100 s，調(diào)制幅度可以達(dá)到20～30 dB，信道中的碼間干擾信噪比為－20 dB，得到網(wǎng)絡(luò)傳輸信號如圖3 所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)傳輸信號Fig.3 Network transmission signal

圖3 中六角形表示沖激碼元，以圖3 的信號為輸入，提取網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸信號的譜特征量，采用信道畸變補(bǔ)償方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制，輸出調(diào)制結(jié)果如圖4 所示。

圖4 信道均衡性能對比Fig.4 Channel equalization performance comparison of this method

分析圖4 得知，采用本文方法進(jìn)行信道畸變補(bǔ)償，實現(xiàn)信道均衡，輸出網(wǎng)絡(luò)傳輸信號碼元的均衡性較高，測試輸出誤碼率，誤碼率越低，表示安全性越好，得到對比結(jié)果如圖5 所示。本文方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制，輸出誤碼率較低，提高了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

圖5 輸出誤碼率對比Fig.5 Output bit error rate comparison

4 結(jié)束語

本文研究了網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量優(yōu)化問題，提出基于信道擴(kuò)頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制算法。構(gòu)建超高頻網(wǎng)絡(luò)通信信道模型，利用相鄰的兩組訓(xùn)練碼進(jìn)行信道參數(shù)測量，提取網(wǎng)絡(luò)傳輸信道傳輸信號的譜特征量，采用前饋濾波器完成匹配濾波，根據(jù)譜特征偏移進(jìn)行信道畸變補(bǔ)償，采用最大比合并分集判決反饋調(diào)節(jié)方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸均衡調(diào)制，計算信道的沖激響應(yīng)，以此作為補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行信道畸變補(bǔ)償，構(gòu)建分集判決反饋均衡器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸信道補(bǔ)償和自適應(yīng)均衡調(diào)制。分析得知，采用該方法進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男诺谰庑暂^好，抗干擾能力較強(qiáng)，輸出誤碼較低，具有很好的網(wǎng)絡(luò)傳輸優(yōu)化能力。