《均衡器毕业论文.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《均衡器毕业论文.（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 绪论11.1引言11.2 均衡的研究发展概况21.3 本论文的研究内容及主要工作32 信道、码间干扰及均衡技术42.1 信道42.1.1 恒参信道52.1.2 变参信道622 通信信道的仿真模型72.3 码间干扰82.4 均衡器的原理和特点102.5 本章小结113 均衡器的结构123.1 线性横向均衡器123.2 分数间隔均衡器143.3 本章小结184 线性均衡器的研究194.1 迫零均衡器实现194.2 迫零均衡器基于MATLAB仿真204.2.1 Matlab软件介绍204.2 .2 Matlab仿真204.2.3 设计调用函数214.2.4迫零均衡器系统仿真224.2.5
2、线性均衡器误码性能的仿真研究结果235 总结28参考文献29致谢30附录31 1绪论1.1引言通常信道特性是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间做随机变化，因此信道特性往往只能用随机过程来描述，例如在蜂窝式移动通信中，电磁波会因为碰撞到建筑物或者是其他物体而产生反射、散射、绕射，此外发射端和接收端还会受到周围环境的干扰，从而产生时变现象，其结果为信号能量会由不止一条路径到达接收天线，我们称之为多径传播。数字信号经过这样的信道传输以后，由于受到了信道的非理想特性的影响，在接收端就会产生码间干扰(ISI)，使系统误码率上升，严
3、重情况下使系统无法继续正常工作。理论和实践证明，在接收系统中插入一种滤波器，可以校正和补偿系统特性，减少码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。校正可以从频域和时域两个不同的角度考虑：在频域校正称为频域均衡，它是通过调整均衡器使信道和均衡器总的频谱特性符合理想低通特性或等效低通特性，从而实现无码间干扰传输，若从时域考虑问题，它是以奈氏第一准则为依据，通过调整滤波器抽头系数，在时域波形上把畸变了的信号校正为在取样点上无码间干扰的波形，我们把这种均衡称为时域均衡。随着数字信号处理理论和超大规模集成电路的发展，时域均衡已成为当今高速数字通信中所使用的主要方法。调整滤波器抽头系数的方法有手动
4、调整和自动调整,其中迫零均衡器就是其中一种，迫零均衡器具体实现具有很多种，最简单的是预置式自动均衡器。 均衡器从结构上可以分为三大类即线性、非线性均衡器和格型均衡器，从延迟线抽头间隔上分为码元间隔抽头和分数间隔抽头均衡器。均衡技术主要有三类：线性均衡、判决反馈均衡和最大似然序列估计（MLSE）。许多滤波器结构都用来实现线性和非线性均衡器，而且，每种结构都有许多算法用来调整均衡器。如果判决信号不作为均衡器的反馈信号，这样的均衡器称为线性均衡器；相反，如果判决信d(k)在输出的同时又被反馈回均衡器的前端,这样的均衡器叫做非线性均衡器。迫零均衡器本质上是一个能够手动对系数进行调整的滤波器，迫零均衡器
5、由于是对未知的时变信道作出补偿，因而它需要有特别的算法来更新系数，以跟踪信道的变化。均衡器算法的研究是很复杂的，从总体上可分为迫零算法、最小均方(LMS)算法和递归最二乘(RLS)算法。其中抽头延迟的线性滤波器结构是均衡器结构中最简单最常用的模型。1.2 均衡的研究发展概况 均衡技术最早应用于电话信道，由于电话信道频率特性不平坦和相位的非线性引起时间的弥散，使用加载线圈的均衡方法来改进传送语音用的双纹线电缆的特性。20 世纪60 年代以前, 能消除符号间干扰对数据传输恶化影响的电话信道均衡由固定均衡器或人工调整参数的均衡器完成。Lucky对均衡器的研究作了很大的贡歉，1965年,Lucky根据
6、极小极大准则提出了一种“迫零均衡器”, 用来调整横向均衡器的抽头加权系数,1966 年, 他将此算法推广到跟踪方式, 对均衡器的研究做出了很大的贡献。1965年,DiToro 独立的把均衡器应用于对抗码间干扰对高频链路数据传输的影响。1967年,Austin 提出了判决反馈均衡器。1969年, Gersho以及Proakis和Mille使用最小均方误差准则独立的重新描述了均衡器问题。1970年,Brady提出分数间隔均衡器方案。1972年,Ungerboeck对采用最小均方误差算法的均衡器的收敛性进行了详细的分析。1974 年, Godard 应用卡尔曼滤波器理论推导出了调整横向均衡滤波器抽头
7、加权系数的一种高效算法 快速卡尔曼算法。1978年, Falconer和Ljung介绍了快速卡尔曼算法的一种修正, 从而将其计算复杂性简化到可与简单的LMS算法比较的程度。Satorius和Alexander在1979年、Satorius和Pack在1981年证明了色散信道格型衡器算法的实用性。 目前国际上对均衡器的研究大都集中在有源自适应均衡器，而且模拟方式实现的有源自适应均衡器近年来在国外很流行。几年前，高速均衡器大多数用双极工艺实现的，因为双极工艺能够实现的最高频率高于CMOS工艺所能实现的最高频率。在1999年，双极工艺实现的自适应均衡器已经能够工作在2.5Gbps的频率。而能够查到的
8、相关资料表明，与此同时的CMOS工艺实现的自适应均衡器还仅能工作于几百兆bps的频率范围以下。但近年来，随着CMOS工艺的快速发展，其所能工作的频率越来越高，已经能够满足高速数据传输的要求，CMOS工艺的均衡器研究也得到了飞速的发展。IEEE最新发表的文献表明，目前，国际上最先进的自适应模拟接收机均衡器其数据传输率最高可达到20Gbps，在10GHz时的高频补偿最多可达20dB，最先进的已经采用的90nm CMOS工艺实现。国内在均衡器方面也有很多相关研究，但由于工艺和设计条件的限制，大多数都是以数字方式实现的自适应均衡器，难以实现很高的数据传输率。 到目前为止，国外的均衡器技术已经发展得比较
9、成熟，形成了完整的系列产品，满足了高速数据传输领域的需要，形成了巨大的均衡器市场。生产均衡器的厂商主要有德州仪器（Texas Instruments）公司、ALTERA公司、Maxim公司等。德州仪器公司生产的THS4140接收机均衡器，主要应用于RS-485数据传输收发机系统，在短传输距离时数据传输率可达30Mbps，在低数据率时传输的距离最高能达到1200米。同时，德州仪器公司RS-485收发机系统还实现了将接收机均衡器内部集成，接收机均衡器已经与通信系统的收发机电路集成在一起, 形成了集接收机、发射机、均衡器于一体的SOC 芯片。该RS-485收发机系统中的均衡器形成了SN65HVD2X
10、系列，其中的SN65HVD23和SN65HVD24，集成有基于三阶有源滤波器的接收机均衡器。SN65HVD23适用的数据率为25Mbps，电缆长度可达200米。而SN65HVD24使用的数据率为5Mbps，电缆长度达到500米。ALTERA公司生产的高速Stratix GX收发机系统中也集成有动态可控的均衡器，其传输速率为3.125Gbps，均衡范围可适量调节。Maxim公司生产的自适应均衡器MAX3801，数据速率高达3.2Gbps，均衡范围为0dB30dB，工作电压为3.3V，功耗仅为125mW。均衡器的发展趋势是使数据传输频率更高、传输距离更远、制作工艺更先进、集成度更高、成本更低、功耗
11、更低、系列品种更加完善。1.3 本论文的研究内容及主要工作第一章简单的介绍了均衡技术，以及其发展概况等 。第二章介绍了信道的特性，码间干扰及迫零均衡的原理和特点。第三章概述了均衡器的各种结构。第四章讲述了迫零均衡器的实现。第五章描绘了迫零均衡器的仿真。第六章为全文作了总结和展望。2信道、码间干扰及均衡技术数字信号经过信道的传输到达接收端，而实际上通信信道是一个特性复杂的函数而且还是时变的。因此接收到的信号己经发生了严重的畸变从而产生了码间干扰，迫零均衡器能够补偿信道所产生的畸变。2.1 信道任何一个通信系统可视为由发送设备、信道与接收设备三大部分组成。所谓传输信道指的是以传输媒质为基础的信号通
12、路。具体的说，它是由有线和无线的电线路提供的信号通路。它允许信号通过同时又给信号以限制和损害。按传输媒介的不同，物理信道分为有线信道和无线信道两大类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆以及光纤等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波无线电接力、人造卫星中继、散射以及移动无线电信道。在信道中发生的基本物理过程是电磁波的传播如果不管电磁波传播的具体方式，则可以发现信道有以下共同特征：(1)所有信道都有输入端和输出端，待传信号作用在输入端，而输出信号由输出端送给接收设备；(2)观察表明，绝大多数信道是线性的，亦即输出和输入量的关系满足叠加原理，但在某些情况下信道可能存在非线性效应；(3
13、)信号通过信道后能量被衰减，或者说传播过程中引入了损耗，而且损耗往往是随时间变化的；(4)信号自输入端到输出端要经历一定的时延：(5) 所有信道都存在噪声或者干扰，也就是说，即使没有输入信号，信道也有输出。根据以上描述，可以用一个如图2.1所示的四端网络来描述信道的模型，其输出信号是： （2-1）式中代表输人信号的线性或者非线性变换，代表加性噪声。信道等效模型 图2.1 信道模型 在线性条件下，信道的传输特性决定5于等效四端网络的传输函数。在一个相当长的时间内保持恒定的信道，称为恒参信道；否则称为变参信道。下面分别讨论他们的特性及对数据传输的影响。2.1.1 恒参信道恒参信道的传输涵数可以表示
14、为： （2-2）式中:,代表角频率;是信道的幅度特性；是信道的相位特性。另外,群时延定义为： （2-3）任何一个现实的信号都将占据某一频带，即它是由许多不同频率的分量构成的。如果在信号频带内，信道的幅度响应H(w)不是常数，信号的各频率分量将受到不同的衰减，在输出端叠加后将发生波形的畸变或失真，这种失真称为幅度失真。如果在信号频带内，(w)不是频率的线性函数，即(w)不是常数，那么信号的各个频率分量通过信道后将产生不同的时延，从而引起波形失真。这种失真称为相位失真或群时延失真。一般说来，信道的带宽总是有限的。这种带限信道对数字信号传输的主要影响是引起码元波形的展宽，从而产生码间干扰。为了使码间
15、干扰减少到最少的程度就需要采用自适应均衡技术。2.1.2 变参信道 信道的传输特性一般都是随时间变化的。这些变化可以分为慢变化(或称长期变化）和快变化（或称短期变化）。慢变化和快变化没有十分明确的分界，但一般认为在5 分钟或更长时间内才显现的变化属于慢变化，而在分秒间显现的变化属于快变化。 两种变化的原因是截然不同的。慢变化是与传播条件（如对流层气象条件，电离层的状态等）的变化相关联的。而快变化，又称为快衰落，表现为接收信号振幅和相位的随机起伏，起源于电波的多径传播。两条射线的多径为了便于明确多径传播效应，首先讨论双射线多径信道。设第二条射线相对于第一条射线的时延为： ，这里是的平均值,是中随时间变化的部分。一般来说是细微的，但它足以引起射频相位的显著变化。如果不考虑信道的固定衰减，则可得到如图2.2所示的信道等效模型，图中1 表示第一条射线，2 表示第二条射线，是第二条射线相对于第一条射
