一种改进型恒模自适应盲均衡算法
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摘要:在存在多径衰落和加性高斯噪声的信道中,码间干扰是影响接收性能的主要问题。CMA算法一般被用来解决正交幅度调制(QAM)信号通过具有加性高斯白噪声的多径信道后的相位偏移和码间干扰问题。文章分析了CMA算法纠正码间干扰的性能和剩余误差,并提出了一种改进型恒模算法(MCMA)。
关键词:QAM;CMA算法;MCMA;收敛曲线
中图分类号:TN713文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)10-0016-02
正交幅度调制(QAM)信号具有较高的频谱利用率,因而被广泛应用于高速广播通信领域,例如数字视频广播(DVB),家用电话线网络。然而随着电平级数的增加,传输数码率变大,电平间的间隔减小,信号的码间干扰越来越大,系统抗噪性能变差。均衡技术被广泛用于解决通信系统中的码间干扰问题。
CMA是一种常用的均衡技术,它能有效降低QAM信号的码间干扰,但是存在收敛速度慢,剩余误差大的缺点。K.N.OH和Y.O.Chin提出了一种改进型CMA算法,该算法具有较快的收敛速度和较小的剩余误差,而且能同时纠正载波的频偏和相位偏移。
时域自适应均衡器是一种利用训练序列调整均衡器系数实现消除码间干扰的均衡器。自适应均衡器在发送数据之前进入训练模式。发送端先传输一段接收端预知的训练序列,均衡器在接收端根据训练序列和接收序列的误差来更新均衡器的系数。当误差达到一个较小的值的时候(10-2),均衡器从训练模式转为判决模式。此时均衡器把输出的硬判决信号作为参考信号,来测量接受信号的误差,并根据误差来调整抽头系数。然而,在一些应用场合,如多点通信网络,希望接收机在没有确知训练序列可用的情况下能与接收信号同步,并能调整均衡器。而且,基于利用训练序列设计的均衡器会带来增加系统开销,降低通信效率,降低频谱利用率的问题。不利用训练序列初始调整系数的均衡技术被称为自回复或盲均衡。
二、CMA算法
Godard最早提出了CMA恒模盲均衡算法。恒模盲均衡算法适用于所有具有恒定包络的发射信号的均衡,它是Bussgang算法的一个特例。CMA算法因其较小的计算量和良好的收敛性能被广泛应用于非恒包络信号的盲均衡。
假设均衡器的前向滤波器K1和反馈滤波器K2的阶数分别是f和b,rk是均衡器接收到的复数信号向量,是判决后kT时刻的符号向量,是kT时刻均衡器输出的符号向量,是kT时刻的输入符号向量,是kT时刻均衡器滤波器的系数向量,T是符号周期,令,,于是得到:
三、MCMA均衡算法
CMA的主要优点是它对载波相位偏差和频率偏差不敏感,即使在有很大的载波频率偏差和载波相位偏差的情况下,均衡器也能收敛到一个比较好的状态。但是,这也是CMA算法的一个不足之处,它必须要求一个载波跟踪环路来完成载恢复。于是学者K.N.OH和Y.O.Chin提出了一个改进型的CMA(MCMA)算法,在恢复星座图的同时纠正载波的频偏和相偏,该算法修正了传统CMA算法的代价函数为:
四、CMA和MCMA均衡算法仿真分析
从图1(b)的仿真结果可以看到,16QAM信号经过多径信道和加性高斯白噪声的污染以后,载波相位产生了偏移,而且所有的信号点都没有聚拢,无法判决出传输的信号,从图1(c)显示了经过均衡器后输出的信号已经收敛到星座点附近,只是因为CMA算法对载波的相位偏移不敏感,所有的星座点相位都有旋转了一定的角度。
从图1(d)的仿真结果可以看到,通过采用MCMA算法的均衡器后,所有的星座点都收敛到标准16QAM的星座点附近,而且载波的相位偏移被纠正,达到了均衡的效果。
图2对比了CMA和MCMA的收敛曲线,CMA算法需要较长的收敛时间,而且有较大的剩余误差,而MCMA很快达到收敛状态,而且几乎没有剩余误差。
图2CMA算法和MCMA算法收敛曲线对比
五、结语
本文介绍了均衡器的结构,介绍了一种常用的QAM信号的均衡算法CMA,因为CMA算法对载波的频率和相位偏差不敏感,导致通过均衡器的信号都有一定的相偏,而改进型CMA算法在代价函数中分开计算信号的同相和正交分量的代价函数,所以有效地抑制了接收信号的相位偏移。MCMA算法在收敛速度、剩余误差和信号点的聚拢性方面也明显强于CMA算法。
参考文献
[1].均衡算法的研究[D].上海交通大学硕士论文,2006.
[2]Lin He. A Hybrid Adaptive Blind Equalization Algorithm for QAM Signals in Wireless Communications.
[3]石文琼.QAM信号的自适应均衡技术[D].哈尔滨工程大学工学硕士论文,2007.
[4]John G.Proakis.数字通信(第4版)[M].北京:电子工业出版社,2003.
作者简介:贾佳(1982-),男,河南漯河人,电子科技大学空天科学技术研究院硕士研究生,研究方向:数字通信与数字信号处理。