短波通信中自适应均衡技术的研究

摘要

短波通信具有传输距离远、设备简单、传播介质不可摧毁等优势，在军事和应急通信等方面得到广泛应用。在短波通信中，由于信道的特性导致多径传输，进而引起码间干扰，严重影响通信的质量和速度。目前，自适应均衡是克服多径效应、减少码间干扰的主要技术手段之一，其实质是采用自适应滤波器对接收信号在解调之后进行滤波。本文在分析短波信道特性的基础上，主要分析了多种均衡器结构和自适应均衡算法在应用中的优势与存在的不足，并对其中的LMS算法做了进一步的硬件功能仿真。主要研究内容及结果如下：
　　 ⑴介绍了自适应算法发展历史及其在短波通信系统中的应用。分析了短波信道特性和码间干扰产生的原因，以奈奎斯特定理为基础分析了时域均衡的原理。建立了短波信道Watterson的数学模型，参照ITU-R标准确定了其参数。
　　 ⑵对均衡器的常用结构进行了详细的理论分析和研究。以Watterson短波信道为背景，论文研究了常用的LMS算法和RLS算法。针对影响算法收敛速率、信道追踪能力和稳态误差的变量，进行了详细的理论分析和计算机仿真研究。仿真证明，相同信道环境下，在收敛速率方面，RLS算法比LMS算法快一个数量级，且在信道突变时有较好的追踪能力；在稳态误差方面，RLS算法的收敛效果比LMS算法更好。但RLS算法复杂度较高，而LMS算法，简单易于工程实现。以LMS算法为参考标准，在不大幅增加运算量的基础上，为了进一步降低在输入信号较大时LMS算法稳态误差的不稳定性，从步长因子入手，研究了NLMS算法。仿真证明，在相同条件下，NLMS与LMS算法相比较，能够在输入信号较大时很好的保持稳态误差。为了加快算法的收敛速率，从输入信号入手，论文研究了DLMS算法和TRLMS算法，并进行了详细的理论推导和仿真研究。仿真结果表明，改进类的LMS算法，收敛速率明显快于传统的LMS算法。
　　 ⑶研究了基于LMS算法的自适应均衡器的FPGA功能仿真。针对传统浮点数仿真时运算复杂、耗时长的问题提出了改进方案。利用定点数运算速度快、易于仿真实现的优点，在保证运算精度的前提下结合有效的数据截位及采用模块化设计和串并行相结合的操作方式，实现了LMS均衡器的功能仿真。仿真证明，该方案有效地实现了对信号的均衡补偿，运算量较小，资源占有率也较低，均方误差收敛曲线与理论分析一致，可用于短波通信的均衡领域。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

2 通信信道分析和自适应均衡原理

3 自适应均衡器的结构

4 自适应均衡算法的研究

5 短波通信中的均衡方案

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录