基于分数间隔的盲均衡器设计与算法研究

论文摘要

水声通信中广泛存在的多径衰落和信道失真导致的码间干扰,大大降低了水下数据传输的可靠性和数据传输速率,是高速水声通信的主要障碍。自适应均衡技术作为对码间干扰的一种有效抑制技术而被广泛采用,但是由于信道的时变特性,传统的自适应均衡技术需要频繁发送训练序列来跟踪信道的变化,大量的训练序列就会占用有限的带宽,无疑大大降低了水声信道带宽的利用和通信效率。然而,盲均衡技术无需发送训练序列就可跟踪信道变化,可有效提高数据的传输速率及可靠性。随着现代化水声通信向高速信息传输需求的发展,针对水声通信盲均衡理论和算法进行分析和研究具有重要意义。本文针对水声信道特性,对常数模算法和分数间隔均衡器结构进行了深入的研究,主要研究成果和创新点如下:1介绍了水声信道特点和盲均衡器的结构,论述了分数间隔均衡器的的工作原理,研究了基于T/4分数间隔常数模盲均衡算法（T/4-FSE-CMA）。仿真结果表明,与波特间隔常数模盲均衡算法（BSE-CMA）和T/2分数间隔常数模盲均衡算法（T/2-FSE-CMA）相比,T/4-FSE-CMA具有快的收敛速度和小的剩余误差。2在线性均衡器的情况下,对波特间隔均衡器,当信道传输函数在单位圆上有零点,或对于分数间隔均衡器,实际信道的传输函数有公共零点时,常数模（CMA）算法均不能收敛。为了克服此缺陷,将线性均衡器与判决反馈算法相结合,提出了基于T/4分数间隔的判决反馈盲均衡算法。该算法将T/4分数间隔均衡器应用到判决反馈均衡器结构中,提高了信道的均衡器效果。深谱水声信道的仿真结果,验证了该算法的良好性能。3针对CMA算法收敛速度慢的缺点,分别将解相关算法和动量算法应用到分数间隔判决反馈盲均衡器中（1）提出了一种基于解相关的水声信道分数间隔判决反馈盲均衡算法。该算法基于过采样接收信号产生的分数间隔单输入多输出信道模型,利用均衡器输出的解相关特性和二阶统计量来直接估计均衡器,反馈滤波器来均衡信道的谱零点,与传统的基于二阶矩的均衡算法相比,计算简单、收敛速度快。深谱零点混合水声信道仿真结果表明,该算法具有很好的均衡效果。（2）利用动量算法可以加快收敛速度的性能,将动量算法与分数间隔均衡器相结合,提出了基于T/4分数间隔的判决反馈动量盲均衡算法。该算法的前缆瞬ㄆ饕运谋恫ㄌ芈识越邮招藕沤泄裳?均衡器权系数用动量算法进行调整,其采样频率大于奈奎斯特频率,从而避免了因欠采样引起的频谱混叠,反馈滤波器用来从当前估值中滤除被检测符号引起的那部分符号间干扰,动量算法用来进一步加快收敛速度。多径水声信道盲均衡的仿真结果,验证了该算法的性能。4通信信号在通过时变多普勒频移的水声信道时,由于码间干扰和相位旋转,使信号发生变形失真,而常规的基于波特间隔的常数模盲均衡算法是利用不含相位信息的二阶统计量对信道进行均衡的,虽然结构简单、性能稳定,但无法补偿信道所引起的相位旋转。将T/2分数间隔盲均衡器与波特间隔盲均衡器实行串级联接,设计出级联盲均衡器,得到性能良好的均衡器结构,利用修正的常数模算法对分数间隔抽头进行均衡以克服信号的相位旋转,再以常数模算法对波特均衡器抽头进行调整,该结构的算法克服了相位旋转,同时加快了收敛速度、减小了剩余均方误差。仿真结果,验证了该算法的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号与缩写含义清单
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 盲均衡技术发展概述
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文结构及研究内容
• 2 盲均衡理论基础
• 2.1 水声信道
• 2.1.1 水声信道特性
• 2.1.2 水声信道模型与信道仿真
• 2.1.3 水声通信环境需要信道均衡
• 2.2 信道均衡
• 2.3 均衡器的分类
• 2.4 盲均衡技术
• 2.4.1 盲均衡系统基带模型
• 2.4.2 Bussgang类盲均衡算法
• 2.5 本章小结
• 3 基于T/4分数间隔的盲均衡算法研究
• 3.1 分数间隔均衡器
• 3.1.1 分数间隔均衡器系统模型
• 3.1.2 分数间隔均衡器性能分析
• 3.2 基于T/4分数间隔的盲均衡算法
• 3.2.1 T/4分数间隔均衡器系统模型
• 3.2.2 T/4分数间隔均衡器性能分析
• 3.3 T/4分数间隔均衡器性能仿真
• 3.4 本章小结
• 4 基于T/4分数间隔的判决反馈盲均衡算法
• 4.1 判决反馈均衡器
• 4.2 基于T/4分数间隔的判决反馈盲均衡算法
• 4.2.1 结构和处理过程
• 4.2.2 性能分析
• 4.2.3 性能仿真
• 4.3 本章小结
• 5 解相关和动量分数间隔盲均衡算法
• 5.1 解相关分数间隔判决反馈盲均衡
• 5.1.1 解相关LMS算法概念
• 5.1.2 解相关LMS算法过程
• 5.1.3 解相关常数模算法
• 5.1.4 分数间隔解相关常数模算法分析
• 5.2 基于分数间隔的判决反馈动量算法
• 5.2.1 动量算法结构
• 5.2.2 计算量分析
• 5.2.3 性能仿真
• 5.3 本章小结
• 6 级联盲均衡器
• 6.1 级联盲均衡器
• 6.1.1 算法介绍
• 6.1.2 性能仿真
• 6.2 复基带信道Bussgang算法
• 6.3 基于级联盲均衡器的修正常数模算法
• 6.3.1 性能仿真
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 7.1 主要工作和创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果