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1、信道估计与均衡理论Channel Estimate & Equalization Techniques概述n信道及均衡1、何谓信道？2、均衡的目的、意义n信道均衡的起源与发展1、固定参数均衡2、可调参数均衡3、盲均衡信道的基本概念n信息传输的路径包括信息传输的各环节均衡的目的、意义n保证非失真地高速传递信息信道均衡的起源与发展n固定参数均衡A、频域均衡B、时域均衡n可调参数均衡人工调节参数自动调节参数n盲均衡无需先验知识的均衡均衡的概念和基础均衡的概念和基础 n自适应均衡器解决的问题：信道的变化特性带宽限制时变特性最小均方误差（MMSE）准则 海洋信道衰落信道1.有限通信带宽传播损失，声线弯曲
2、，相位畸变2.多途效应折射、反射、散射，浅海，扩展时间几百毫秒，深海扩展可至几秒 3.海洋环境噪声地震活动、风动海面、降雨、分子热运动、海洋生物活动、潮汐、涌浪 4.时变、空变、随机性信道可被看为空变、时变的梳状滤波器，由若干子通带构成 5.多普勒效应 接收机与发射机之间的相对运动 ，流的影响发送信号 窄带信号：信号带宽B远远小于载波频率，即 B 展开：信号正交分量带通信号的复数表示 多径信道的简化模型多径信道的简化模型 提取的带通信号 复包络复载波 的另一种表达形式s(t)的相角 s(t)的包络 信号经过信道后，由于边界反射、传输衰减等影响，得到的信号：衰减因数 传播时延 等效低通信号为 用
3、其时变冲激响应来描述 多径传播效应使发射信号的幅度和相位都发生了畸变，并且其变化规律是人们无法预知的，相当于给发送信号的包络和相位一个附加的调制 发射未调载波的情况，以便直观地说明海洋多径效应对信号传输的影响 发射信号简化为 即：接收信号： 它们随时间的变化与载波周期相比要缓慢许多，视为缓慢变化的随机过程 或第条路径的时变相位 第条路径的幅度 设 有：包络 相位 信号经过信道传输后的结论n 可以看作一个窄带过程 ；n在任一时刻 ， 以及 是 个随机变量的和；nX、Y高斯随机变量；nR平稳窄带高斯过程n n 一维分布服从均匀分布 一维分布服从瑞利分布 水声信道的模型 1、不考虑信道本身的时变特性
4、设多径时延 为多径传播的相干带宽 频率选择性衰落 实际上，多径一般不止两条，且由于水声传输介质的缓变，相对时延差随时间改变，而且传媒的传输特性本身就随时间作缓慢变化，因此传输媒介对不同的频率成分有不同的、随机的响应，这些都会加剧信道的频率选择性衰落。具有时变特性的水声信道 n设发射信号为 接收信号为 等效低通信道的时变冲激响应 仅传输载频接收信号的等效低通信号： 在接收信号强度出现快速、大幅度的周期性变化就被称为快衰落，若接收信号包络中值随时间出现较慢的变化，就被称为慢衰落。 水声信道可以看作是一个慢衰落信道 自适应均衡算法自适应滤波器的原理 n抽头延迟线构成的横向滤波器结构 设为输入信号，它
5、表示了连续时间信号在时刻的离散采样值。 各抽头的输出信号分别经过一个乘法器与权值，相乘，把这些相乘结果相加，便形成了此时的输出信号 输出信号与期望信号相比较定义输入矢量定义权矢量定义定义R为下述方阵为下述方阵:定义定义P为列矢量为列矢量:均方误差为 对于二次型性能函数仅有一个整体最佳值 ，基于梯度法。表示均方误差性能表面的梯度： 令权向量等于其最佳值 假设是非奇异的，则： 最小均方误差为： 最小均方误差算法最小均方误差算法(LMS)梯度搜索法的基本思想： 若权矢量在时刻值记为迭代收敛的充要条件是： 其中是的最大特征值 在LMS算法中，简单地取本身作为的估值 采用这个简单的梯度估值，可以导出一种
6、最速下降法的自适应算法 确保收敛： 递归最小平方算法(RLS) 最佳权向量为： 其中 ：为了递归求得权向量，用估计来代替其期望 ：考虑仅获得一个新的观察值的情况： 定义 这里：由矩阵恒等式： 得到：其次：定义：则可得到 ：（1），（2），（3）构成RLS算法 的初始值可以从初始数据计算得到，也可以简单地令是足够大的正数，典型值的初始值可以通过估计得到或简单地令遗忘因子遗忘因子 以上推导的自适应算法的记忆时间无限长，滤波器系数值是所有已输入信号的函数。为了使新到的数据较之旧数据更为重要，可在算法中引入“遗忘因子”，一个方法是采用输出的指数加权平方和来代替平方和代价函数。 用类似的推导可得以下迭代公式：t0h信道模型1信道模型2t0h信道模型信道模型3nOFDM均衡（频域均衡）n信道识别与均衡结合n空间处理技术与均衡结合n等等。n盲均衡
