短波通信的均衡技术研究

论文摘要

短波通信具有传输距离远、传播介质不会被摧毁等优势,在军事和应急通信等方面得到广泛应用,近年来,采用多种自适应技术的数字化短波电台得到较大的发展。由于短波信号传输中会经历电离层的多次反射、折射以及传输媒介的时变特性,造成严重的多径效应和衰落效应,使信号传输出现严重的码间干扰,必须采用有效的对抗码间干扰处理手段保证信号的传输质量。论文在对短波信道特性分析的基础上,研究多种均衡算法与结构在短波通信中应用优势与存在问题,提出一种适用于短波通信的均衡方案。论文主要工作有:①结合短波信道的传播特性和数学模型,利用ITU-R的标准建立了短波信道模型,对短波信道中的多径效应、衰落、多普勒频移和扩散以及噪声干扰等进行了模拟与仿真。②对均衡器的各种结构和算法进行了讨论和分析,结合的3G-ALE短波电台对突发波形在短波信道上进行传输的标准,基于前面所建立的短波信道模型,对各种均衡算法进行了性能仿真与分析比较。③基于数字短波电台的需要,为降低均衡器的实现复杂度和占用资源,论文提出了一种由LMS算法和改进QR-RLS算法相结合的DFE结构的均衡方案。由于信道的时变特性,前馈滤波器必须具有较高的跟踪能力,因此采用改进QR-RLS算法,能够快速有效的跟踪信道变化,从而抵消码间干扰;后馈滤波器对信道的跟踪能力要求偏低,因此采用LMS算法就能达到良好的效果,能够将前馈均衡器中未抵消完的码间干扰进一步抑制掉。分析与仿真研究表明,论文设计的均衡方案能够保证系统均衡要求,与传统均衡方案相比,降低了计算复杂度、占用资源更少,同时也具备较高的稳定性。论文研究基于短波通信系统对均衡方案进行分析和设计,相关方法和结果可进一步推广应用到其它通信系统的均衡设计和自适应滤波研究中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题意义与背景
• 1.1.1 短波通信系统概况
• 1.1.2 短波信道多径传输的影响
• 1.1.3 码间干扰与均衡技术
• 1.2 本文的主要内容和结构安排
• 2 短波通信信道
• 2.1 短波信道的特性
• 2.1.1 多径效应
• 2.1.2 衰落现象
• 2.1.3 多普勒频移
• 2.1.4 相位起伏与频谱扩散
• 2.1.5 噪声与干扰
• 2.2 短波信道对数据传输的影响
• 2.3 短波信道的数学模型
• 2.4 基于Watterson 模型的短波信道的建立
• 2.4.1 多径的实现
• 2.4.2 多普勒扩展和瑞利衰落的实现
• 2.4.3 多普勒频移的实现
• 2.5 计算机模拟与仿真
• 2.6 本章小结
• 3 基于3G-ALE 短波电台的均衡器结构设计
• 3.1 滤波器的结构
• 3.1.1 横向滤波器
• 3.1.2 格型滤波器
• 3.2 均衡器的类型
• 3.2.1 线性均衡器（LE）
• 3.2.2 判决反馈均衡器（DFE）
• 3.2.3 分数间隔均衡器（FSE）
• 3.2.4 预测判决反馈均衡器
• 3.3 基于3G-ALE 电台的均衡器结构
• 3.3.1 第三代自适应系统（3G-ALE）
• 3.3.2 基于3G-ALE 电台均衡器长度的设计
• 3.4 本章小结
• 4 自适应均衡算法
• 4.1 迫零算法
• 4.2 最小均方误差（LMS）算法
• 4.2.1 最陡下降法
• 4.2.2 LMS 算法的导出
• 4.2.3 计算机仿真与性能分析
• 4.3 递推最小二乘（RLS）算法
• 4.3.1 最小二乘准则
• 4.3.2 RLS 算法的导出
• 4.3.3 计算机仿真与性能分析
• 4.4 卡尔曼算法
• 4.4.1 卡尔曼滤波问题
• 4.4.2 新息过程
• 4.4.3 卡尔曼滤波器作为RLS 滤波器的统一基础
• 4.4.4 平方根卡尔曼滤波
• 4.5 本章小结
• 5 短波通信中的均衡方案
• 5.1 QR-RLS 算法
• 5.1.1 算法的导出
• 5.1.2 脉冲（systolic）阵的实现
• 5.1.3 逆QR-RLS 算法
• 5.1.4 计算机仿真与性能分析
• 5.2 改进型的QR-RLS 算法
• 5.2.1 算法的导出
• 5.2.2 脉冲阵的实现
• 5.2.3 计算机仿真与性能分析
• 5.3 3G-ALE 短波电台的均衡方案
• 5.3.1 决定算法性能的主要因素
• 5.3.2 3G-ALE 短波电台均衡模型的建立
• 5.3.3 均衡方案的设计与仿真
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录