基于水声通信的变步长LMS算法的研究与实现

摘要

自适应均衡是水声通信中广泛采用的消除码间干扰的一种方法。为了适应高速数据传输的要求，达到在非线性畸变信道上较好的抗噪声性能，可采用非线性自适应均衡器—判决反馈均衡器（Decision Feedback Equalizer，DFE）。针对在水声通信中广泛应用的均衡算法—最小均方（Least Mean Square，LMS）算法—在固定步长下存在收敛速度与剩余误差的矛盾缺陷，本文提出了一种基于剩余误差的变步长最小均方算法，通过实验仿真分析证明其性能良好，最后用软件无线电的方式在数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）上实现，效果显著。
　　本文主要工作和创新如下：
　　（1）系统地总结近年来均衡技术领域出现的研究理论和方法，对部分均衡器和基本均衡算法的原理进行了详细的阐述。由于固定步长下存在收敛速度与剩余误差相互制约的问题，因而对变步长LMS算法也进行了详细的介绍，然后将提到的算法分别进行仿真分析，并将这些算法分析比较，结果证明变步长算法很好的解决了传统算法的制约问题，并且得到很好的均衡效果。
　　（2）提出基于剩余误差的变步长算法。现有变步长算法的收敛速度、稳态误差等效果欠佳,尤其是在外界干扰较大时，均衡效果不尽如人意。本文对固定步长下存在的收敛速度与剩余误差相互制约的问题进行研究，提出了基于剩余误差的变步长算法。首先通过建立步长因子与误差函数的关系得到变步长表达式，由此随着迭代次数的增加削弱由步长变化过大产生的而影响，即削弱干扰的影响，进而解决上面的制约问题，仿真结果证明新算法效果显著。
　　（3）在DSP上实现新的变步长算法。详述正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)扩频调制系统各个模块的原理及其实现流程，在QPSK扩频调制系统的基础上，通过当下流行的软件无线电技术实现本文提出的ReLMS算法。硬件平台选用ADI公司的DSP芯片ADSP-BF533，开发语言为C语言，实验结果进一步验证均衡算法的可实现性及其优质的性能。

目录

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景和研究意义

1.2 水声通信的发展历史和研究现状

1.3 均衡技术的研究现状

1.4 主要研究内容及章节安排

第2章 水声信道的均衡技术

2.1 均衡技术的原理概述

2.2 均衡器的结构

2.3 自适应均衡算法

2.4 仿真结果

2.5 本章小结

第3章 ReLMS——一种新的变步长LMS算法

3.1 改进的变步长LMS算法原理

3.2 算法的性能分析

3.3 仿真比较

3.4 本章小结

第4章 ReLMS算法的DSP实现

4.1 QPSK扩频调制系统

4.2 硬件部分

4.3 软件部分

4.4 实验结果

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的科研项目

致谢

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