均衡技术PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,无线通信技术,翟旭平,zhaixp,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),，,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,C,0,=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,=,x,0,=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,y,0,外，均衡使,y,-1,及,y,1,为零，但,y,-2,及,y,2,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,，,x,0=1,，,x,1=-0.2,，,x,2=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,，,x,0=1,，,x,1=-0.2,，,x,2=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,y,k,(k=-N,，,-N+1,，,，,N-1,，,N),的波形，根据,“,迫零,”,调整原理，若得到的某一,y,k,为正极性时，则相应的抽头增益,C,k,应下降一个适当的增量；若,y,k,为负极性，则相应的,C,k,应增加一个增量。为了实现这个调整，在输出端将每个,y,k,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,7.6,7.9,