基于鎖相環(huán)的CMA盲均衡器設(shè)計(jì)

【摘要】 論文主要系統(tǒng)的分析了盲均衡的基本理論、算法形式，以及鎖相環(huán)的基本原理、算法形式。重點(diǎn)分析了鎖相環(huán)技術(shù)在常數(shù)模算法中的運(yùn)用。對(duì)常數(shù)模算法進(jìn)行了理論推導(dǎo)，分析了常數(shù)模算法的收斂性能，通過仿真實(shí)驗(yàn)，指出了迭代步長、相位、對(duì)CMA算法的收斂性能的影響。

【關(guān)鍵字】 盲均衡 常模算法 鎖相環(huán) 載波相位恢復(fù)

一、引言

在通信系統(tǒng)中，由于信道的不理想，信號(hào)在經(jīng)過信道時(shí)會(huì)發(fā)生多種畸變，其中一種非常普遍的畸變就是碼間干擾，會(huì)使信號(hào)相位發(fā)生偏轉(zhuǎn)，很大程度上會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省榱丝朔?shù)模算法由復(fù)信道引起的相位旋轉(zhuǎn)，收斂速度慢及穩(wěn)態(tài)誤差大等缺點(diǎn)，提出結(jié)合鎖相環(huán)的盲均衡算法。該算法所使用的是一階鎖相環(huán)用于追蹤常相位旋轉(zhuǎn)，利用鎖相環(huán)對(duì)相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，從而糾正常相位旋轉(zhuǎn)、加快算法的收斂速度、減小穩(wěn)態(tài)誤差。因此，深入研究鎖相環(huán)技術(shù)在盲均衡中的運(yùn)用具有非常重要的理論意義和使用價(jià)值。

二、盲均衡技術(shù)

2.1 盲均衡的原理

盲均衡器是一種自適應(yīng)技術(shù)，它不需要訓(xùn)練序列就可以完成信道的均衡。該均衡器執(zhí)行數(shù)據(jù)均衡無需參考的信號(hào)，因此，這種盲均衡器被廣泛使用。但盲均衡依賴于信號(hào)的星座圖的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)模值的特性。圖1為盲均衡的原理圖。

三、基于鎖相環(huán)的常數(shù)模算法的實(shí)現(xiàn)及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 常數(shù)模算法（CMA）概述

常數(shù)模算法是當(dāng)參數(shù)P=2時(shí)的Godard算法，是Bussgang類盲均衡算法[14]中最常用的一種。CMA算法的優(yōu)點(diǎn)是不需要發(fā)送訓(xùn)練序列，計(jì)算容易，易于實(shí)現(xiàn)，收斂性能好。在實(shí)際中，常數(shù)模算法的應(yīng)用非常廣泛。

3.2基于鎖相環(huán)的常數(shù)模算法

在上節(jié)中介紹了常數(shù)模算法的推導(dǎo)，但是由于CMA只與幅度有關(guān)，對(duì)相位信息不敏感，從而降低了CMA的收斂速度。因此提出了基于CMA和PLL相結(jié)合盲均衡算法[17]，加快收斂速度，減小穩(wěn)態(tài)均方誤差及糾正相位誤差。本文是建立在信號(hào)通過信道后，通過調(diào)節(jié)CMA盲均衡器的抽頭系數(shù)找到均衡器抽頭系數(shù)的最優(yōu)值，使得信號(hào)穩(wěn)定。此時(shí)，信號(hào)通過復(fù)信道后的相位差也達(dá)到穩(wěn)定。本文重點(diǎn)研究用一階鎖相環(huán)對(duì)常相位旋轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。

結(jié)合鎖相環(huán)的CMA盲均衡結(jié)構(gòu)圖如圖2。

其工作原理是將通過CMA忙均衡器的z（n）（對(duì)常相位旋轉(zhuǎn)的估計(jì)值初始化為0）與判決器的輸出）（nx∧在鎖相環(huán)中進(jìn)行相位比較，得出）（nx∧與z（n）之間相位差估計(jì)值）（？nε，并對(duì)其相位補(bǔ)償。經(jīng)過鎖相環(huán)對(duì)相位的不斷補(bǔ)償，直至相位差為零。因此，達(dá)到相位糾正的目的。

3.4基于鎖相環(huán)的常數(shù)模算法（CMA）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。以10000個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行16—QAM調(diào)制得到的16—QAM信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)?？梢园l(fā)現(xiàn)經(jīng)過信道后，信號(hào)已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重失真，并發(fā)生了相位偏轉(zhuǎn)，必須經(jīng)過處理。

通過對(duì)比，可以明顯看出均衡器所起到的作用，也就可以說明，常數(shù)模算法是可以實(shí)現(xiàn)的。模糊不清的接收信號(hào)經(jīng)過均衡器的處理，10000個(gè)隨機(jī)數(shù)已基本位于星座圖的16個(gè)點(diǎn)上。但顯然可以看出信號(hào)發(fā)生相位偏轉(zhuǎn)，還是會(huì)發(fā)生失真，再通過加入鎖相環(huán)的處理就可以恢復(fù)出發(fā)射信號(hào)。信道輸出信號(hào)在經(jīng)過均衡器和結(jié)合鎖相環(huán)的CMA均衡器的處理之后，就基本能去除碼間干擾，恢復(fù)出發(fā)射信號(hào)。由此，我們可以肯定基于鎖相環(huán)的常數(shù)模算法的作用，而基于鎖相環(huán)的CMA盲均衡能達(dá)到去除碼間干擾，恢復(fù)發(fā)射信號(hào)的目的。

CMA和CMA+PLL對(duì)收斂性能的影響。只用CMA時(shí)，算法收斂速度很快，但穩(wěn)態(tài)均方誤差較大，星座圖中的點(diǎn)雖聚集在十六處，但偏轉(zhuǎn)嚴(yán)重；當(dāng)用結(jié)合鎖相環(huán)的CMA時(shí)，算法收斂速度慢，穩(wěn)態(tài)均方誤差較小，星座圖中各點(diǎn)的相位基本糾正。因此，基于鎖相環(huán)的CMA算法的研究是非常有意義的。

四、總結(jié)

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了克服碼間干擾，充分利用信道帶寬，提高通信質(zhì)量，常采用盲均衡技術(shù)對(duì)信道進(jìn)行均衡。由于盲均衡的穩(wěn)定性強(qiáng)、計(jì)算復(fù)雜度低以及易于實(shí)現(xiàn)，受到廣泛關(guān)注和研究。但其缺點(diǎn)是只與CMA幅度有關(guān)，對(duì)相位信息不敏感，在均衡有相位偏移的信號(hào)時(shí)，不能克服相位旋轉(zhuǎn)。因此提出了基于CMA和PLL相結(jié)合盲均衡算法，加快收斂速度，糾正常相位誤差。而基于鎖相環(huán)的CMA盲均衡可以達(dá)到去除碼間干擾，恢復(fù)發(fā)射信號(hào)的目的。本文在常數(shù)模盲均衡算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于鎖相環(huán)的常數(shù)模盲均衡新算法。通過計(jì)算機(jī)仿真將該類新算法與CMA進(jìn)行對(duì)比研究，仿真結(jié)果證明了該類算法的有效性。

參 考 文 獻(xiàn)

[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] 張輝， 曹麗娜. 現(xiàn)代通信原理與技術(shù)[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2002.[3]沈福民.自適應(yīng)信號(hào)處理[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2001.