无线通信系统中均衡器的研究与设计

无线通信系统中均衡器的研究与设计

论文摘要

在无线通信系统中,由于多径效应常常引起信道衰落,直接结果是码间干扰非常严重。为了克服码间干扰所带来的信号畸变,必须在接收端增加均衡器,以补偿信道特性,正确恢复发送序列。盲均衡器由于不需要训练序列,仅利用接收信号的统计特性就能对信道特性进行补偿,消除码间干扰。因而,盲均衡技术在数字通信、雷达、地震和图像处理等领域获得了广泛的应用。本文首先分析了无线通信信道的传输特性以及码间干扰产生的原因,接着概述了自适应均衡技术,对常用的Bussgang盲均衡算法进行了研究、分析和仿真。在信道盲均衡器的计算机仿真部分,通过MATLAB建模仿真,分析了噪声和步长对恒模(CMA)算法的收敛性能的影响。然后利用Simulink仿真工具,构建QPSK调制系统平台,分别在高斯白噪声信道和多径信道的环境下,通过眼图、星座图和误码率对CMA算法的性能做了进一步的分析。在信道盲均衡器的实现部分,本文探讨了以FPGA为平台,利用VHDL语言,使用TOP-DOWN的数字系统设计方法,实现了基于判决引导(DDLMS)算法的盲均衡器。本文详细阐述了基于FPGA的信道盲均衡器的设计思想,设计结构和VHDL设计实现,以及分别给出了各个模块的结构框图和验证结果。本文所设计和实现的信道盲均衡器,为电子设计自动化(EDA)技术做了有益的探索性尝试,对今后无线通信系统中的单芯片可编程系统(SOPC)的设计应用有着积极的借鉴意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究盲均衡的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 本文的研究内容和主要工作
  • 2 无线通信信道
  • 2.1 无线信道中的传输特性
  • 2.1.1 无线信道的信号传播
  • 2.1.2 小尺度多径传播的特征
  • 2.1.3 影响多径衰落的因素
  • 2.1.4 小尺度衰落分析
  • 2.2 带限信道的信号传输
  • 2.2.1 码间干扰的产生
  • 2.2.2 理想的Nyquist 滤波器
  • 2.2.3 脉冲形成滤波器
  • 2.3 移动多径信道的建模
  • 2.3.1 概述
  • 2.3.2 散射多径信道的建模
  • 2.3.3 离散多径信道的建模
  • 3 自适应均衡及盲均衡
  • 3.1 自适应均衡技术
  • 3.1.1 自适应均衡概述
  • 3.1.2 均衡器在通信系统中的位置
  • 3.1.3 均衡器的结构与分类
  • 3.1.4 常用自适应均衡算法
  • 3.2 盲均衡的数学模型
  • 3.3 Bussgang 类盲均衡算法
  • 3.3.1 Bussgang 算法的原理
  • 3.3.2 判决引导LMS(DDLMS)算法
  • 3.3.3 Sato 算法
  • 3.3.4 Godard 算法
  • 3.3.5 恒模(CMA)算法
  • 3.3.6 DDLMS 算法与 CMA 相结合的算法
  • 4 盲均衡器的计算机仿真
  • 4.1 盲均衡的性能表征
  • 4.2 通信系统的模型建立
  • 4.2.1 等价定理
  • 4.2.2 均衡器仿真模型的建立
  • 4.3 CMA 算法收敛性能分析
  • 4.3.1 信道噪声对CMA 算法的影响
  • 4.3.2 步长对CMA 算法的影响
  • 4.4 QPSK 系统模型仿真
  • 4.4.1 Simulink 仿真环境
  • 4.4.2 高斯白噪声信道下QPSK 系统模型仿真
  • 4.4.3 多径衰落信道下QPSK 系统模型仿真
  • 5 盲均衡器的FPGA 设计与实现
  • 5.1 FPGA 设计
  • 5.1.1 电子设计自动化与硬件描述语言
  • 5.1.2 自顶向下的设计
  • 5.2 均衡器实现方案
  • 5.2.1 FPGA 选型(EP1S30F780C5)
  • 5.2.2 均衡算法设计及优化
  • 5.2.3 内部字长的选择
  • 5.2.4 定点数小数点的处理
  • 5.2.5 主抽头的初始化
  • 5.2.6 迭代步长的确定
  • 5.3 均衡器系统模块划分及子模块设计
  • 5.3.1 均衡器系统接口与模块划分
  • 5.3.2 滤波器模块功能及设计
  • 5.3.3 系数更新模块功能及设计
  • 5.3.4 误差产生模块功能及设计
  • 5.4 综合实验结果
  • 6 结束语
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 相关论文文献

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