单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,信道估计与均衡理论,Channel Estimate&Equalization Techniques,1,信道估计与均衡理论Channel Estimate&Eq,概述,信道及均衡,1,、何谓信道？,2,、均衡的目的、意义,信道均衡的起源与发展,1,、固定参数均衡,2,、可调参数均衡,3,、盲均衡,2,概述信道及均衡2,信道的基本概念,信息传输的路径,包括信息传输的各环节,3,信道的基本概念信息传输的路径3,均衡的目的、意义,保证,非失真,地,高速,传递信息,4,均衡的目的、意义保证非失真地高速传递信息4,信道均衡的起源与发展,固定参数均衡,A,、频域均衡,B,、时域均衡,可调参数均衡,人工调节参数,自动调节参数,盲均衡,无需先验知识的均衡,5,信道均衡的起源与发展固定参数均衡5,均衡的概念和基础,6,均衡的概念和基础 6,自适应均衡器解决的问题：,信道的变化特性,带宽限制,时变特性,最小均方误差（,MMSE,）准则,7,自适应均衡器解决的问题：7,海洋信道,衰落信道,1.,有限通信带宽,传播损失，声线弯曲，相位畸变,2.,多途效应,折射、反射、散射，浅海，扩展时间几百毫秒，深海扩展可至几秒,3.,海洋环境噪声,地震活动、风动海面、降雨、分子热运动、海洋生物活动、潮汐、涌浪,4.,时变、空变、随机性,信道可被看为空变、时变的梳状滤波器，由若干子通带构成,5.,多普勒效应,接收机与发射机之间的相对运动，流的影响,8,海洋信道衰落信道1.有限通信带宽8,发送信号,窄带信号：信号带宽,B,远远小于载波频率，即,B,展开：,信号正交分量,带通信号的复数表示,多径信道的简化模型,9,发送信号 多径信道的简化模型 9,提取的带通信号,复包络,复载波,的另一种表达形式,s(t),的相角,s(t),的包络,信号经过信道后，由于边界反射、传输衰减等影响，得到的信号：,衰减因数,传播时延,10,提取的带通信号 复包络复载波 的另一种表达形式s(t)的相角,等效低通信号为,用其时变冲激响应来描述,多径传播效应使发射信号的幅度和相位都发生了畸变，并且其变化规律是人们无法预知的，相当于给发送信号的包络和相位一个附加的调制,11,等效低通信号为 用其时变冲激响应来描述 多径传播效应使发射信,发射未调载波的情况，以便直观地说明海洋多径效应对信号传输的影响,发射信号简化为,即：,接收信号：,它们随时间的变化与载波周期相比要缓慢许多，视为缓慢变化的随机过程,或,第,条路径的时变相位,第,条路径的幅度,设,有：,包络,相位,12,发射未调载波的情况，以便直观地说明海洋多径效应对信号传输的影,信号经过信道传输后的结论,可以看作一个窄带过程；,在任一时刻 ，以及 是 个随机变量的和；,X,、,Y,高斯随机变量；,R,平稳窄带高斯过程,一维分布服从均匀分布,一维分布服从瑞利分布,13,信号经过信道传输后的结论 可以看作一个窄带过程；,水声信道的模型,1,、不考虑信道本身的时变特性,14,水声信道的模型 1、不考虑信道本身的时变特性14,设多径时延,为多径传播的相干带宽,频率选择性衰落,实际上，多径一般不止两条，且由于水声传输介质的缓变，相对时延差,随时间改变，而且传媒的传输特性本身就随时间作缓慢变化，因此传输媒介对不同的频率成分有不同的、随机的响应，这些都会加剧信道的频率选择性衰落。,15,设多径时延 为多径传播的相干带宽 频率选择性衰落 实际上，多,具有时变特性的水声信道,设发射信号为,接收信号为,等效低通信道的时变冲激响应,仅传输载频接收信号的等效低通信号：,16,具有时变特性的水声信道 设发射信号为 接收信号为 等效低通信,在接收信号强度出现快速、大幅度的周期性变化就被称为快衰落，若接收信号包络中值随时间出现较慢的变化，就被称为慢衰落。,水声信道可以看作是一个慢衰落信道,17,在接收信号强度出现快速、大幅度的周期性变化就被称为快衰,自适应均衡算法,18,自适应均衡算法18,自适应滤波器的原理,抽头延迟线构成的横向滤波器结构,设,为输入信号，它表示了连续时间信号,在,时刻的离散采样值。,各抽头的输出信号分别经过一个乘法器与权值,，,，,，,相乘，把这些相乘结果相加，便形成了此时的输出信号,输出信号,与期望信号,相比较,19,自适应滤波器的原理 抽头延迟线构成的横向滤波器结构 设为输入,定义输入矢量,定义权矢量,20,定义输入矢量定义权矢量20,定义,R,为下述方阵,:,定义,P,为列矢量,:,21,定义R为下述方阵:定义P为列矢量:21,均方误差为,对于二次型性能函数仅有一个整体最佳值，基于梯度法。,表示均方误差性能表面的梯度：,令权向量等于其最佳值,假设,是非奇异的，则：,最小均方误差为：,22,均方误差为 对于二次型性能函数仅有一个整体最佳值，基于梯度,最小均方误差算法,(LMS),梯度搜索法的基本思想：,若权矢量,在,时刻值记为,迭代收敛的充要条件是：,其中,是,的最大特征值,在,LMS,算法中，简单地取,本身作为,的估值,23,最小均方误差算法(LMS)梯度搜索法的基本思想：若权矢量在,采用这个简单的梯度估值，可以导出一种最速下降法的自适应算法,确保收敛：,24,采用这个简单的梯度估值，可以导出一种最速下降法的自适应算法,递归最小平方算法,(RLS),最佳权向量为：,其中：,为了递归求得权向量，用,估计来代替其期望,：,考虑仅获得一个新的观察值,的情况：,定义,25,递归最小平方算法(RLS)最佳权向量为：其中：为了递归,这里：,由矩阵恒等式：,得到：,其次：,26,这里：由矩阵恒等式：得到：其次：26,定义：,则可得到：,（,1,），（,2,），（,3,）构成,RLS,算法,的初始值可以从初始数据计算得到，也可以简单地令,是足够大的正数，典型值,的初始值可以通过估计,得到或简单地令,27,定义：则可得到：（1），（2），（3）构成RLS算法 的初,遗忘因子,以上推导的自适应算法的记忆时间无限长，滤波器系数值是所有已输入信号的函数。为了使新到的数据较之旧数据更为重要，可在算法中引入“遗忘因子”，一个方法是采用输出的指数加权平方和来代替平方和代价函数。,用类似的推导可得以下迭代公式：,28,遗忘因子 以上推导的自适应算法的记忆时间无限长，滤波器系数值,29,29,30,30,t,0,h,信道模型,1,信道模型,2,t,0,h,31,t0h信道模型1信道模型2t0h31,信道模型,3,32,信道模型332,OFDM,均衡（频域均衡）,信道识别与均衡结合,空间处理技术与均衡结合,等等。,盲均衡,33,OFDM均衡（频域均衡）33,