判决反馈盲均衡的设计与仿真

江苏金陵机械制造总厂 徐立升

判决反馈盲均衡的设计与仿真

江苏金陵机械制造总厂 徐立升

介绍了判决反馈均衡算法的实现，并将最陡下降恒模算法应用到DFE，实现了自适应算法，通过仿真比较了均衡前后的星座图，并分析均衡前后的误码率曲线，验证了恒模算法的DFE可减小多径效应的干扰。

判决反馈；恒模算法；误差传播

0 引言

军用无线通信领域，受传输环境的影响，传输信号经过不同路径到达接收系统，使得接收端的波形不可避免的产生码间干扰。为了提高通信质量，减小码间干扰，接收端通常采用均衡器来消除码间干扰。在各种均衡器结构中，判决反馈均衡器（Decision Feedback Equalizer，DFE）可以有效消除恶劣信道产生的码间干扰，具有对信号幅度畸变的良好补偿性能，同时克服了线性均衡器增强噪声的现象。

1 判决反馈均衡器原理

DFE由前馈滤波器、反馈滤波器和判决器三个部分组成[1]。原理图如图1所示。

图1 判决反馈均衡器原理图

图2 判决反盲均衡实现示意图

接收端信号经过均衡器的输出结果如公式(1)所示。

2 最陡下降恒模算法

判决反馈均衡中前馈系数和反馈系数基于最陡恒模算法进行更新[2]。算法实现如图2所示。

恒模算法通过调节均衡器抽头增益来达到使代价函数最小的目的，代价函数只与接收信号的幅度值有关，而与相位无关，对载波相位不敏感，因而，恒模算法不需要训练序列，提高系统带宽利用率[3]。恒模算法中的代价函数定义如公式(2)所示。

式中yk满足下式。

由于恒模算法的代价函数是非线性的，无法直接求解，只能采用迭代的方法求解。文中采用最陡梯度下降法来优化代价函数。前馈系数和反馈系数迭代公式如公式(5)和(6)所示。

式中μ是步长因子，它控制着系统的稳定性和自适应的收敛速度[4]。▽w表示关于w的梯度算子，梯度表达式如公式(7)和(8)所示

前馈系数和反馈系数更新如公式(9)和(10)所示。

3 仿真设计

为了分析判决反馈盲均衡的算法的均衡效果，系统分析了恒包络调制8PSK均衡效果。

信道参考了3GPP TS45.005 V9.4.0协议C.3上提供的信道测试模型：农村信道环境。如表1所示。

表1 农村信道环境

文中采用matlab对盲均衡DFE的性能进行了仿真，采用调制方式为8PSK，信噪比为SNR=30。均衡前星座图如图3所示。

图3 均衡前星座图

图4 均衡后的星座图

信号经过信道后由于多径效应的影响，交织在一起，从图3中可以看出经过信道后的信号星座图已经模糊不清，造成较大误码率。均衡后的信号星座图如图4所示。

从图4可以看出，信号经过均衡后，星座图有了明显的改善，信号经过均衡后降低了码间干扰。

为了定量分析多径环境下DFE算法的性能，分析了均衡前后的误码率。分别仿真了在不同信噪比情况下的均衡前后的误码率曲线。如图5所示。

DFE有误差传播问题，一次误判可能影响后面若干次判决的正确性，从图5中可以看出，在信噪比较低时，误判的概率较大，均衡后的误码率大于均衡前的，当信噪比较大时，经过均衡算法后的误码率要远远的小于没有经过均衡的误码率。

图5 不同信噪比时的误码率曲线

4 结论

文中分析了DFE算法，通过恒模算法实现了DFE自适应过程。此方法可用于实现军事通信中接收信号的均衡。对于更加恶劣的通信环境，可以采用分数间隔DFE实现均衡。

[1]韦照川,李德明,等.一种基于FPGA的判决反馈均衡器[J].信息终端与显示,2011:50-52.

[2]冯文江,王勇.运用误差反馈的判决反馈均衡器的性能分析[J].信息与电子工程,2006(4):108-110.

[3]刘术平.恒模算法及其在忙均衡中的应用[D].南京邮电大学,2006.

[4]丁玉美,阔永红,高新波.数字信号处理-时域离散随机信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.