基于matlab的数字自适应信道均衡器仿真研究【字数：12087】
指导教师 刘维周 摘 要科技的迅速发展带动了我们生活中各个领域的进步，通信领域也不例外。在基带传输的通信系统中，实际波形不可避免的会发生失真，因为时变通信质量与传输速度的主要干扰因素是码间串扰ISI。信道均衡技术[2]在通信系统中不可或缺，其能降低信号畸变和误码率，补偿信道的非理想性。自适应均衡是一种能自动调节系数并跟踪信道的重要技术，应用于多个领域。本文介绍了信道及其特性原理，由其引出了码间串扰的相关理论知识，从而详细地介绍了自适应均衡器的发展情况与各种特性等。最后本文将自适应均衡技术与数字信号处理方法相结合，设计出一个能更好地补偿失真的数字自适应均衡器，并通过MATLAB和Simulink仿真。摘 要 1
目 录
ABSTRACT 2
目 录 3
第一章 绪论 4
1.1 研究背景与意义 4
1.2 研究方案 4
第二章 信道模型、特性与码间串扰 6
2.1 信道 6
2.1.1信道模型 7
2.1.2信道特性 8
2.2 码间串扰 10
第三章 自适应均衡技术 12
3.1 自适应均衡技术概念 12
3.2 自适应均衡技术原理 12
第四章 MATLAB软件及Simulink仿真功能 14
4.1 MATLAB软件与Simulink仿真功能 14
第五章 数字自适应均衡器的实现 16
5.1 算法 16
5.1.1最小均方算法 16
5.1.2递归最小二乘法 18
5.2 数字自适应均衡器仿真[9] 19
第六章 总结和展望 27
参考文献 28
附录A系统仿真图 29
附录B源程序 30
致 谢 36
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
最初，均衡技术用于电话信道这一领域，用来解决电话信道里相位非线性带来的分散性及频 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
率性不均匀失真的问题。上世纪60年代，一套系统的自适应滤波理论诞生，这套理论是由美国的斯坦福大学的维德罗和霍夫共同提出。在60年代以后，关于自适应信号处理的系列研究与实践得到了迅速猛烈的发展。1965年，lucky在熟悉掌握了极大极大准则后，运用这一准则创造出一种迫零自适应均衡器，使得横向均衡器的加权系数能够得以自动的调整。次年，他将此算法进行大范围的推广，为此后人们对自适应均衡器的深入研究做出了巨大的贡献。1965年，Di Toro能够想出一种通过自适应均衡器就可以消除码间干扰在高频链路数据传输过程中的影响的想法，且他将这一想法付诸于实际行动中并得以成功。而在1967年,Gersho、Proakis和Mille这三个人利用了最小均方误差准则，对自适应均衡器进行再次的深入研究，他们得到了一些有利于后世人们了解掌握自适应均衡器的相关理论知识。1972年，Ungerboeck详细分析了最小均方误差算法，并将其与自适应均衡器的收敛性结合进行更深层系的研究。1974年，Godard根据前人的一系列完整或有部分残缺的研究，从而能推导出一种高效的快速卡尔曼算法。1978年，Falconer与Ljung根据自身的研究，对Godard的快速卡尔曼算法进行了补充与修改，一定程度上简化了这种算法。
按结构划分，均衡器[1]可分为线性均衡器、非线性均衡器与格型均衡器。由于移动通信环境的时变性使得均衡技术要适应信道时变多径传输的这一特性，自适应均衡技术就至关重要。自适应均衡技术有三类，他们分别是线性均衡、判决反馈均衡与最大似然序列估计（MLSE）。一般地，判决信号不为反馈信号的均衡器是线性均衡器；相反地，判决信号在输出同时能被反馈回前端的均衡器叫非线性均衡器。
自适应均衡器[1]实质是一个能自动调整系数的滤波器，他需要特殊的算法去更新系数以便于补偿未知时变信道，跟踪信道变化。自适应算法有迫零算法、最小均方算法、递归最小二乘法以及盲自适应算法。
数字自适应均衡器则是用数字信号处理的方法来完成对码间串扰这一问题的解决，它具有高精度、稳定性能、易于集成等优点，特别适合应用于自适应时域均衡，只因数字时延线容易制作，而且有高精度的特点；有一定复杂程度的自适应均衡算法如果用数字运算的方法也较容易实现。因此，在载波通信中，数字自适应均衡器常常被应用于传输数据的高速调制解调器。
1.2 研究方案
本文对以下这一问题做出了具体的研究与分析：
数字自适应均衡器的实现与仿真：
要实现数字自适应均衡器[7]，首先我们要了解信道特性、均衡器结构、自适应均衡技术的相关原理与特点以及数字信号处理的方法原理。在掌握了理论知识后，我们要知道，信道均衡器有着能够形成一个信道传输函数的逆的作用，而通带之外其增益很小甚至为零。当条件满足时，可以消除符号间的干扰。自适应均衡技术也能较好的解决未知时变信道所引起的问题。我们需要用自适应滤波器均衡信道通带内信道的振幅和相位。可以利用拉克提出的一种得到期望响应d(k)的方法，即“判决只想学习”方法。当期望响应在量化后是正确无误的，那么自适应可以正确的进行下去。数字信号处理其中之一的方法是可以用数字信号处理芯片结合数字存储器，通过软件使均衡函数与算法得以实现。本文将这二者结合，通过MATLAB软件编程实现，再利用Simulink仿真模块对其进行仿真。
目录框架：
第一章：大概地描述本文研究背景意义与研究方案。
第二章：详细介绍信道模型、特性与码间串扰。
第三章：详细地介绍自适应均衡技术概念及原理。
第四章：系统地叙述MATLAB软件及SIMULINK仿真功能
第五章：讲述数字自适应均衡器的实现及仿真
第六章：总结与展望
第二章 信道模型、特性与码间串扰
2.1 信道
一个通信系统有三大组成部分：发送设备、信道以及接收设备，其中，将传输媒质作为基础的信号通路为信道。信道[1]又可根据其定义分为狭义信道与广义信道。当信道仅仅代表传输媒质，这样的信号通路为狭义信道；而当信道不仅仅代表传输媒质，还包含一些转换装置，这样的信号通路为广义信道。侠义信道以传输媒质特性也可划分为有线信道以及无线信道。有线信道内包含了明线、同轴电缆、光线等等；无线信道可包括超短波或微波视距中继、地波传播、人造卫星中继等等。广义信道的重要组成就是狭义信道，狭义信道其特性很大程度上影响了通信效果的品质高低。一般地，我们将信道作为广义信道的简称。广义信道内除了传输媒质，还有转换装置。发收设备、调制器、馈线和天线等都可作为转换装置，这一定程度上扩大了信道的定义范围。信道安琪功能特性又可分为调制信道与编码信道。信道一般由输入、编码器、调制器、发转换器、媒质、收转换器、解调器、译码器、输出组成。如图21所示。
目 录
ABSTRACT 2
目 录 3
第一章 绪论 4
1.1 研究背景与意义 4
1.2 研究方案 4
第二章 信道模型、特性与码间串扰 6
2.1 信道 6
2.1.1信道模型 7
2.1.2信道特性 8
2.2 码间串扰 10
第三章 自适应均衡技术 12
3.1 自适应均衡技术概念 12
3.2 自适应均衡技术原理 12
第四章 MATLAB软件及Simulink仿真功能 14
4.1 MATLAB软件与Simulink仿真功能 14
第五章 数字自适应均衡器的实现 16
5.1 算法 16
5.1.1最小均方算法 16
5.1.2递归最小二乘法 18
5.2 数字自适应均衡器仿真[9] 19
第六章 总结和展望 27
参考文献 28
附录A系统仿真图 29
附录B源程序 30
致 谢 36
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
最初，均衡技术用于电话信道这一领域，用来解决电话信道里相位非线性带来的分散性及频 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
率性不均匀失真的问题。上世纪60年代，一套系统的自适应滤波理论诞生，这套理论是由美国的斯坦福大学的维德罗和霍夫共同提出。在60年代以后，关于自适应信号处理的系列研究与实践得到了迅速猛烈的发展。1965年，lucky在熟悉掌握了极大极大准则后，运用这一准则创造出一种迫零自适应均衡器，使得横向均衡器的加权系数能够得以自动的调整。次年，他将此算法进行大范围的推广，为此后人们对自适应均衡器的深入研究做出了巨大的贡献。1965年，Di Toro能够想出一种通过自适应均衡器就可以消除码间干扰在高频链路数据传输过程中的影响的想法，且他将这一想法付诸于实际行动中并得以成功。而在1967年,Gersho、Proakis和Mille这三个人利用了最小均方误差准则，对自适应均衡器进行再次的深入研究，他们得到了一些有利于后世人们了解掌握自适应均衡器的相关理论知识。1972年，Ungerboeck详细分析了最小均方误差算法，并将其与自适应均衡器的收敛性结合进行更深层系的研究。1974年，Godard根据前人的一系列完整或有部分残缺的研究，从而能推导出一种高效的快速卡尔曼算法。1978年，Falconer与Ljung根据自身的研究，对Godard的快速卡尔曼算法进行了补充与修改，一定程度上简化了这种算法。
按结构划分，均衡器[1]可分为线性均衡器、非线性均衡器与格型均衡器。由于移动通信环境的时变性使得均衡技术要适应信道时变多径传输的这一特性，自适应均衡技术就至关重要。自适应均衡技术有三类，他们分别是线性均衡、判决反馈均衡与最大似然序列估计（MLSE）。一般地，判决信号不为反馈信号的均衡器是线性均衡器；相反地，判决信号在输出同时能被反馈回前端的均衡器叫非线性均衡器。
自适应均衡器[1]实质是一个能自动调整系数的滤波器，他需要特殊的算法去更新系数以便于补偿未知时变信道，跟踪信道变化。自适应算法有迫零算法、最小均方算法、递归最小二乘法以及盲自适应算法。
数字自适应均衡器则是用数字信号处理的方法来完成对码间串扰这一问题的解决，它具有高精度、稳定性能、易于集成等优点，特别适合应用于自适应时域均衡，只因数字时延线容易制作，而且有高精度的特点；有一定复杂程度的自适应均衡算法如果用数字运算的方法也较容易实现。因此，在载波通信中，数字自适应均衡器常常被应用于传输数据的高速调制解调器。
1.2 研究方案
本文对以下这一问题做出了具体的研究与分析：
数字自适应均衡器的实现与仿真：
要实现数字自适应均衡器[7]，首先我们要了解信道特性、均衡器结构、自适应均衡技术的相关原理与特点以及数字信号处理的方法原理。在掌握了理论知识后，我们要知道，信道均衡器有着能够形成一个信道传输函数的逆的作用，而通带之外其增益很小甚至为零。当条件满足时，可以消除符号间的干扰。自适应均衡技术也能较好的解决未知时变信道所引起的问题。我们需要用自适应滤波器均衡信道通带内信道的振幅和相位。可以利用拉克提出的一种得到期望响应d(k)的方法，即“判决只想学习”方法。当期望响应在量化后是正确无误的，那么自适应可以正确的进行下去。数字信号处理其中之一的方法是可以用数字信号处理芯片结合数字存储器，通过软件使均衡函数与算法得以实现。本文将这二者结合，通过MATLAB软件编程实现，再利用Simulink仿真模块对其进行仿真。
目录框架：
第一章：大概地描述本文研究背景意义与研究方案。
第二章：详细介绍信道模型、特性与码间串扰。
第三章：详细地介绍自适应均衡技术概念及原理。
第四章：系统地叙述MATLAB软件及SIMULINK仿真功能
第五章：讲述数字自适应均衡器的实现及仿真
第六章：总结与展望
第二章 信道模型、特性与码间串扰
2.1 信道
一个通信系统有三大组成部分：发送设备、信道以及接收设备，其中，将传输媒质作为基础的信号通路为信道。信道[1]又可根据其定义分为狭义信道与广义信道。当信道仅仅代表传输媒质，这样的信号通路为狭义信道；而当信道不仅仅代表传输媒质，还包含一些转换装置，这样的信号通路为广义信道。侠义信道以传输媒质特性也可划分为有线信道以及无线信道。有线信道内包含了明线、同轴电缆、光线等等；无线信道可包括超短波或微波视距中继、地波传播、人造卫星中继等等。广义信道的重要组成就是狭义信道，狭义信道其特性很大程度上影响了通信效果的品质高低。一般地，我们将信道作为广义信道的简称。广义信道内除了传输媒质，还有转换装置。发收设备、调制器、馈线和天线等都可作为转换装置，这一定程度上扩大了信道的定义范围。信道安琪功能特性又可分为调制信道与编码信道。信道一般由输入、编码器、调制器、发转换器、媒质、收转换器、解调器、译码器、输出组成。如图21所示。
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