时域均衡

2016-12-20 16:42:31 |人围观 | 评论:

　　在基带传输中，除噪声外，码间干扰是影响传输质量的主要因素。通过精心设计的发送滤波器和接收滤波器就可以达到消除码间干扰的目的。但实际通信时，总的传输特性将会偏离理想特性，这样就会产生码间干扰。要想克服这些偏离就需要采用均衡的手段。
　　均衡器又分为频域均衡器和时域均衡器两种。频域均衡的基本思想是利用幅度均衡器和相位均衡器来补偿传输系统的幅频特性和相频特性的不理想，以达到所要求的理想形成波形，从而消除码间干扰。因此它的出发点是保持形成波形的不失真。时域均衡的基本思想是建立在消除取样点的码间干扰的基础上，并不要求传输波形的所有细节都与奈氏准则所要求的理想波形一致。因此它们利用接收波形本身来进行补偿，消除抽样点的码间干扰，提高判决的可靠性。所以时域均衡是对信号在时域上进行处理，比频域均衡更为直观。
　　理论和实践都表明，在数字基带系统的接收滤波器和抽样判决器之间或在数字调制系统的解调器和抽样判决器之间插入一个均衡器，可以消除或减小通信系统参数变化引起的码间干扰。
一、时域均衡的基本原理
　　时域均衡器主要是由横向滤波器构成，它是由无限多的横向排列的迟延单元 和抽头加权系数 组成的线性系统，如图1所示。它的功能是利用它产生的无限多个响应之和，将接收滤波器输出端抽样时刻上有码间干扰的响应波形变换成无码间干扰的响应波形。 图1 横向滤波器　　不难看出，横向滤波器的特性将取决于各抽头系数 。如果 是可调整的，则图1所示的滤波器是通用的；特别当 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干扰，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 的调整准确度也受到限制。如果 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问题。
　　设一个具有 个抽头的横向滤波器，如图2（a）所示，其传递函数 图2 有限长横向滤波器及其输入输出波形　　单位冲激响应为 　　又设它的输入为 ，是被均衡的对象，且没有附加噪声，如图2 (b)所示。则均衡后的输出波形 为 　　在抽样时刻 ，有 　　或者简写为 　　也就是说，均衡器在第k个抽样时刻得到的样值 将由 与 的乘积之和来确定。根据消除码间干扰的要求，我们得出 　　将 展开 　　令n等于 ，得 个独立线性方程如下： 　　写成矩阵形式，有 　　解 个独立线性方程，可求得 个 ，
　　举例说明：
　　例1设计一个三抽头迫零均衡器的抽头增益加权系数，输入波形 的样值为 其余 。
　　解： 　　解得 　　再用求得的 核对已均衡波的 ，得 　　可见，它能保证在 范围内消除码间干扰，但是超出这个范围还存在码间干扰。所以，当 有限时，不能完全消除码间干扰。然而，当 时，可完全消除码间干扰。
　二、时域均衡器的结构
　　横向滤波器的特性完全取决于各抽头系数，而抽头系数的确定则依据均衡效果的评价标准。均衡效果通常用最小峰值畸变准则和最小均方误差畸变准则来衡量，根据这两种准则构成的均衡器分别为预置式自动均衡器和自适应均衡器。
　　1.预置式自动均衡器
　　预置式自动均衡器采用最小峰值畸变准则。若时域均衡器的输入信号为 ，输出信号为 ，则它们的峰值畸变分别为 　　理论分析表明：当均衡器输入峰值畸变 （即眼图不闭合）时，调整除 外的 个抽头增益并迫使均衡器单脉冲输出的抽样值 ，而 ，就可以获得最佳的均衡效果，即 最小。常称这种方法为“迫零调整”。
　　图3为预置式自动均衡器的原理方框图。在系统的发送端，每隔一段时间向发送滤波器输入一个单脉冲波形。当该波形每个 秒依次输入时，在输出端就将获得各样值为 的波形。根据迫零调整原理，若得到的某一 为正极性时，则相应的抽头增益 应下降一个适当的增量 ；若 为负极性时，则相应的 应增加一个增量 。为了实现这个调整，在输出端将每个 依次进行抽样并进行极性判决，这个过程由图中抽样与峰值极性判决器完成，判决的两种可能结果以“有无脉冲”表示并将其输入到控制电路。控制电路将在同一规定时刻将所有“极性脉冲”分别作用到相应的增益头上。让它们作增加 或下降 的改变。经过多次调整，就能达到均衡的目的。可见这种自动均衡器的精度与增量 的选择和允许调整的时间有关。 越小，精度就越高，但调整时间就越长。 图3 预置式自动均衡器的原理框图　　2.自适应均衡器
　　自适应均衡与预置式均衡一样，都是借助调整横向滤波器的抽头增益达到均衡的目的。但自适应均衡采用最小均方误差畸变准则，不再利用专门的单脉冲波形来调整抽头增益，而是在传输数据期间借助信号本身来自动均衡的。 图4 自适应均衡器　　理论分析和实践表明，最小均方算法比迫零算法的收敛性好，但在恶劣信道环境下，它的初始收敛性能变坏。为克服初始均衡的困难，在开始传输信息数据之前可以传输一段接收机已知的随机序列，用以对均衡器进行训练。这一段随机序列为训练序列。当然带有预置式自动均衡器的基带系统传输信息数据之前所传输的单脉冲训练也是训练训练，但其周期远大于码元周期。
　　自适应均衡器种类很多，但其原理基本雷同。




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