基于锁相环的CMA盲均衡器设计

时间:2022-10-13 09:08:24

基于锁相环的CMA盲均衡器设计

【摘要】 论文主要系统的分析了盲均衡的基本理论、算法形式,以及锁相环的基本原理、算法形式。重点分析了锁相环技术在常数模算法中的运用。对常数模算法进行了理论推导,分析了常数模算法的收敛性能,通过仿真实验,指出了迭代步长、相位、对CMA算法的收敛性能的影响。

【关键字】 盲均衡 常模算法 锁相环 载波相位恢复

一、引言

在通信系统中,由于信道的不理想,信号在经过信道时会发生多种畸变,其中一种非常普遍的畸变就是码间干扰,会使信号相位发生偏转,很大程度上会降低数据传输的可靠性和数据传输的速率。为了克服常数模算法由复信道引起的相位旋转,收敛速度慢及稳态误差大等缺点,提出结合锁相环的盲均衡算法。该算法所使用的是一阶锁相环用于追踪常相位旋转,利用锁相环对相位旋转进行补偿,从而纠正常相位旋转、加快算法的收敛速度、减小稳态误差。因此,深入研究锁相环技术在盲均衡中的运用具有非常重要的理论意义和使用价值。

二、盲均衡技术

2.1 盲均衡的原理

盲均衡器是一种自适应技术,它不需要训练序列就可以完成信道的均衡。该均衡器执行数据均衡无需参考的信号,因此,这种盲均衡器被广泛使用。但盲均衡依赖于信号的星座图的结构和统计模值的特性。图1为盲均衡的原理图。

三、基于锁相环的常数模算法的实现及其实验结果分析

3.1 常数模算法(CMA)概述

常数模算法是当参数P=2时的Godard算法,是Bussgang类盲均衡算法[14]中最常用的一种。CMA算法的优点是不需要发送训练序列,计算容易,易于实现,收敛性能好。在实际中,常数模算法的应用非常广泛。

3.2基于锁相环的常数模算法

在上节中介绍了常数模算法的推导,但是由于CMA只与幅度有关,对相位信息不敏感,从而降低了CMA的收敛速度。因此提出了基于CMA和PLL相结合盲均衡算法[17],加快收敛速度,减小稳态均方误差及纠正相位误差。本文是建立在信号通过信道后,通过调节CMA盲均衡器的抽头系数找到均衡器抽头系数的最优值,使得信号稳定。此时,信号通过复信道后的相位差也达到稳定。本文重点研究用一阶锁相环对常相位旋转进行补偿。

结合锁相环的CMA盲均衡结构图如图2。

其工作原理是将通过CMA忙均衡器的z(n)(对常相位旋转的估计值初始化为0)与判决器的输出)(nx∧在锁相环中进行相位比较,得出)(nx∧与z(n)之间相位差估计值)(?nε,并对其相位补偿。经过锁相环对相位的不断补偿,直至相位差为零。因此,达到相位纠正的目的。

3.4基于锁相环的常数模算法(CMA)实验结果分析

通过MATLAB进行仿真实验。以10000个随机数进行16―QAM调制得到的16―QAM信号作为发射信号。可以发现经过信道后,信号已经产生严重失真,并发生了相位偏转,必须经过处理。

通过对比,可以明显看出均衡器所起到的作用,也就可以说明,常数模算法是可以实现的。模糊不清的接收信号经过均衡器的处理,10000个随机数已基本位于星座图的16个点上。但显然可以看出信号发生相位偏转,还是会发生失真,再通过加入锁相环的处理就可以恢复出发射信号。信道输出信号在经过均衡器和结合锁相环的CMA均衡器的处理之后,就基本能去除码间干扰,恢复出发射信号。由此,我们可以肯定基于锁相环的常数模算法的作用,而基于锁相环的CMA盲均衡能达到去除码间干扰,恢复发射信号的目的。

CMA和CMA+PLL对收敛性能的影响。只用CMA时,算法收敛速度很快,但稳态均方误差较大,星座图中的点虽聚集在十六处,但偏转严重;当用结合锁相环的CMA时,算法收敛速度慢,稳态均方误差较小,星座图中各点的相位基本纠正。因此,基于锁相环的CMA算法的研究是非常有意义的。

四、总结

在数字通信系统中,为了克服码间干扰,充分利用信道带宽,提高通信质量,常采用盲均衡技术对信道进行均衡。由于盲均衡的稳定性强、计算复杂度低以及易于实现,受到广泛关注和研究。但其缺点是只与CMA幅度有关,对相位信息不敏感,在均衡有相位偏移的信号时,不能克服相位旋转。因此提出了基于CMA和PLL相结合盲均衡算法,加快收敛速度,纠正常相位误差。而基于锁相环的CMA盲均衡可以达到去除码间干扰,恢复发射信号的目的。本文在常数模盲均衡算法的基础上,提出了一种基于锁相环的常数模盲均衡新算法。通过计算机仿真将该类新算法与CMA进行对比研究,仿真结果证明了该类算法的有效性。

参 考 文 献

[1] K. Abend and B. D. Fritchman, “Statistical detection for communication channels with intersymbol interference,” P~OC. IEEE, VOI. 58, pp. 779-785, May 1970.

[2] 张辉, 曹丽娜. 现代通信原理与技术[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2002.[3]沈福民.自适应信号处理[M]. 西安:西安电子科技大学出版社, 2001.

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