均衡技术ppt课件.ppt

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1、无线通信技术,翟旭平,2012-5-9,均衡技术概述时域均衡技术频域均衡技术,通信与信息工程学院,信道均衡技术,均衡技术,4.1 均衡技术概述,均衡的概念均衡的对象是什么? 信道的传输特性。均衡的目的是什么(或者说为什么需要均衡)? 信道的传输特性由于各种原因不满足无码间串扰条件。符号间干扰是无线信道中传输高速率数据时的主要障碍,均衡是克服符号间干扰的一种技术。 均衡的实现原理是怎样的? 在基带系统中插入一种可调(或不可调)滤波器,来补偿整个系统的幅频和相频特性,从而使包含该滤波器的传输系统的特性满足无码间串扰的条件。这个对系统校正的过程称为均衡,实现均衡的滤波器称为均衡器。无线通信系统中,由

2、于移动衰落信道具有随机性和时变性,要求均衡器必须能够实时地跟踪信道的时变特性,因此这种均衡器又称为自适应均衡器。,均衡技术,4.1 均衡技术概述,均衡器的分类 1、 频域均衡频域均衡是从校正系统的频率特性出发,利用一个可调滤波器的频率特性去补偿信道或系统的频率特性,使包括可调滤波器在内的基带系统的总特性接近无失真传输条件。 2、时域均衡直接校正已失真的响应波形,使包括可调滤波器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。,均衡技术,4.2 均衡技术原理,均衡技术,4.2 均衡技术原理,均衡技术,4.2 均衡技术原理,均衡技术,4.2 均衡技术原理,横向滤波器,均衡技术,4.2 均衡技术原理,横

3、向滤波器特性:横向滤波器的特性将取决于各抽头系数Cn。如果Cn是可调整的,则图中所示的滤波器是通用的;特别当Cn可自动调整时,则它能够适应信道特性的变化,可以动态校正系统的时间响应。理论上,无限长的横向滤波器可以完全消除抽样时刻上的码间串扰,但实际中是不可实现的。因为,不仅均衡器的长度受限制,并且系数Cn的调整准确度也受到限制。如果Cn的调整准确度得不到保证,即使增加长度也不会获得显著的效果。 因此,有必要进一步讨论有限长横向滤波器的抽头增益调整问题。,均衡技术,4.2 均衡技术原理,横向滤波器 设一个具有2N+1个抽头的横向滤波器,如下图所示,其单位冲激响应为e(t),则有设它的输入为x(t

4、), x(t)是被均衡的对象,并设它没有附加噪声,如下图所示。则均衡后的输出波形y(t)为,均衡技术,4.2 均衡技术原理,均衡技术,4.2 均衡技术原理,例:设有一个三抽头的横向滤波器,其C-1=-1/4,C0 =1,C+1 =-1/2;均衡器输入x(t)在各抽样点上的取值分别为:x-1= ,x0 = 1,x+1 =1/2,其余都为零。试求均衡器输出y(t)在各抽样点上的值。,均衡技术,4.2 均衡技术原理,由此例可见:除y0外,均衡使y-1及y1为零,但y-2及y2不为零。这说明,利用有限长的横向滤波器减小码间串扰是可能的,但完全消除是不可能的。那么,如何确定和调整抽头系数,获得最佳的均衡

5、效果呢?这就是下面要讨论的内容。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,有限长横向滤波器不可能完全消除码间串扰,其输出将有剩余失真。为了评价均衡效果,需要建立一个标准来度量剩余失真的大小。均衡准则峰值失真准则均方失真准则(1)峰值失真 意义:除k = 0以外的各值的绝对值之和反映了码间串扰的最大值。y0是有用信号样值,所以峰值失真D 是码间串扰最大可能值(峰值)与有用信号样值之比。显然,对于完全消除码间干扰的均衡器而言,应有D = 0;对于码间干扰不为零的场合,希望D 越小越好。因此,若以峰值失真为准则调整抽头系数时,应使D 最小。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,(2)均方失真 意义:其物理意

6、义与峰值失真相似。以最小峰值失真为准则,或以最小均方失真为准则来确定或调整均衡器的抽头系数,均可获得最佳的均衡效果,使失真最小。注意:以上两种准则都是根据均衡器输出的单个脉冲响应来规定的。另外,还有必要指出,在分析横向滤波器时,我们均把时间原点(t = 0)假设在滤波器中心点处(即C0处)。如果时间参考点选择在别处,则滤波器输出的波形形状是相同的,所不同的仅仅是整个波形的提前或推迟。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,1)最小峰值失真准则下的迫零算法,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,例:设计

7、一个具有3个抽头的迫零均衡器,以减小码间串扰。已知x-2 = 0 ,x-1 = 0.1,x0 = 1, x1 = -0.2 ,x2 = 0.1,求3个抽头的系数,并计算均衡前后的峰值失真。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,例:设计一个具有3个抽头的迫零均衡器,以减小码间串扰。已知x-2 = 0 ,x-1 = 0.1,x0 = 1, x1 = -0.2 ,x2 = 0.1,求3个抽头的系数,并计算均衡前后的峰值失真。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,由上例可见,3抽头均衡器可以使两侧各有一个零点,但在远离y0的一些抽样点上仍会有码间串扰。这就是说抽头有限时,总不能完全消除码间串扰,但适当增加

8、抽头数可以将码间串扰减小到相当小的程度。迫零均衡器的具体实现-预置式自动均衡器原理图:,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,迫零均衡器的具体实现-预置式自动均衡器 原理图:它的输入端每隔一段时间送入一个来自发端的测试单脉冲波形。当该波形每隔Ts秒依次输入时,在输出端就将获得各样值为yk(k= -N,-N+1,N-1,N)的波形,根据“迫零”调整原理,若得到的某一yk为正极性时,则相应的抽头增益Ck应下降一个适当的增量;若yk为负极性,则相应的Ck应增加一个增量。为了实现这个调整,在输出端将每个yk依次进行抽样并进行极性判决,判决的两种可能结果以“极性脉冲”表示,并加到控制电路。控制电路将在某一规

9、定时刻(例如测试信号的终了时刻)将所有“极性脉冲”分别作用到相应的抽头上,让它们作增加或下降的改变。这样,经过多次调整,就能达到均衡的目的。可以看到,这种自动均衡器的精度与增量的选择和允许调整时间有关。愈小,精度就愈高,但调整时间就需要愈长。,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,均衡技术,4.3 均衡准则与实现,由于自适应均衡器的各抽头系数可随信道特性的时变而自适应调节,故调整精度高,不需预调时间。在高速数传系统中,普遍采用自适应均衡器来克服码间串扰。 自适应均衡器还有多种实现方案,经典的自适应均衡器准则或算法有:迫零算法(ZF)、最小均方误差算法(LMS)、递推最小二乘算法(RLS)、卡尔曼算法等。 另外,上述均衡器属于线性均衡器(因为横向滤波器是一种线性滤波器),它对于像电话线这样的信道来说性能良好,对于在无线信道传输中,若信道严重失真造成的码间干扰以致线性均衡器不易处理时,可采用非线性均衡器。,均衡技术,均衡技术的分类,作业题,7.67.9,

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