实验十一 信道均衡器
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信道均衡在5G通信系统中的应用案例一、信道均衡在5G通信系统中的应用概述信道均衡是通信系统中一个至关重要的技术,它通过补偿信道引起的信号失真,以提高通信系统的性能。
在5G通信系统中,由于其高数据传输速率和复杂多变的通信环境,信道均衡技术的应用变得尤为关键。
本文将探讨信道均衡技术在5G通信系统中的应用案例,分析其在不同场景下的作用和效果。
1.1 信道均衡技术的核心原理信道均衡技术主要基于对信道特性的估计,通过调整接收信号,以抵消信道引起的时延扩展、衰减和相位变化。
在5G通信系统中,信道均衡器通常采用自适应滤波器,根据实时的信道状态信息动态调整滤波器系数,以实现最优的均衡效果。
1.2 信道均衡技术在5G通信系统中的应用场景5G通信系统因其高速率、大连接数和低时延的特点,对信道均衡技术提出了更高的要求。
信道均衡技术在5G通信系统中的应用场景包括:- 移动宽带通信:在高速移动环境下,信道均衡技术能够有效减少多径效应和频率选择性衰落,保证数据传输的稳定性和可靠性。
- 大规模机器类通信:在物联网(IoT)应用中,信道均衡技术有助于提高设备间的通信质量,确保大量设备的有效接入和数据传输。
- 车联网(V2X)通信:在车联网系统中,信道均衡技术对于实现车辆间高速、低延迟的通信至关重要,有助于提升交通安全和效率。
二、信道均衡技术在5G通信系统中的应用案例分析2.1 移动宽带通信中的信道均衡应用在移动宽带通信中,用户设备在高速移动过程中,信号会经历复杂的多径传播,导致接收信号出现时延扩展和频率选择性衰落。
信道均衡技术通过估计信道的冲激响应,采用自适应滤波器对接收信号进行均衡处理,以减少信号失真,提高数据传输速率和通信质量。
案例分析:在一项针对城市环境中5G移动宽带通信的研究中,研究人员通过实测数据发现,采用信道均衡技术后,系统在高速移动场景下的误码率(BER)显著降低,数据传输速率提高了20%以上。
此外,信道均衡器的自适应能力使得系统能够快速响应信道条件的变化,有效提升了通信的稳定性。
本科学生设计性实验报告
学号姓名
学院物电学院专业、班级
实验课程名称现代通讯原理实验及仿真
教师及职称
开课学期2013 至2014 学年下学期
填报时间2014 年06 月04 日
云南师范大学教务处编印
图3 仿真系统框图
图4 基带数字传输发送端图5 数据发生器Source Data
图6 串扰信道模型
)基带数字传输接收端
图8 信道均衡器模型结构
图9 Matlab界面
4.3 在图9中,选择:File>New>Model新建文件,保存在matlab工作目录下,
并取名为equalizer.mdl。
4.4 在Find命令行处输入:Bernouli Binary Generator,就在窗口的右边找到
图11 接收信号(均衡之前)的眼图
图13 均衡前(上)和均衡后(下)信号波形比较。
FIR::Finite Impulse Response 有限冲激响应信道估计和均衡基本概念传输层组成信道均衡是宽带系统区别与窄带系统的一个明显特征信道均衡的原因•地面无线广播传输信道中(主要是VHF和UHF频段)是一个复杂的时变频率选择性衰落信道多径干扰(100us对应30公里)多普勒效应(100Hz)•均衡器产生与信道多径相反的特性,抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰•信道是时变的,要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡,故称自适应均衡。
•信道估计: 估计信道函数的过程•信道均衡: 使用得到的信道估计来补偿信道的过程均衡器的分类•均衡处理方法时域均衡器:单载波数字通信中多采用时域均衡器,从时域的冲激响应考虑正交频分复用OFDM调制:采用频域均衡•是否使用训练序列或导频DA(数据辅助)DD(判决指向)NDA(盲均衡):需要在接收到足够多的数据情况下才能得到一个可靠的估计导频或训练序列的插入地面数字电视一般使用DA方式信道估计和均衡•多径衰落信道可以看成是在时间和频率上的一个二维信号•训练序列时域的间隔取决于信道的相关时间•训练序列频域的间隔取决于相关带宽•训练序列对信道在时-频空间的不同点上进行采样,利用采样插值即可得到整个信道的频率响应值时域均衡器•均衡器的输出是否用于反馈控制线性均衡器:输出未被用于反馈控制非线性均衡器:输出用于反馈,如判决反馈均衡器(DFE-decision Feedback Equalizer)•线性均衡器如何求解线性均衡器系数Cj ?•常用的优化均衡器系数的准则迫零准则: 信道逆滤波器均衡技术带均衡器的数字通信系统的等效模型理论和实践证明,在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性,减少码间干扰的影响。
这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。
均衡技术-基本原理均衡器通常是用滤波器来实现的,使用滤波器来补偿失真的脉冲,判决器得到的解调输出样本,是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。
FIR::Finite Impulse Response 有限冲激响应信道估计和均衡基本概念传输层组成信道均衡是宽带系统区别与窄带系统的一个明显特征信道均衡的原因•地面无线广播传输信道中(主要是VHF和UHF频段)是一个复杂的时变频率选择性衰落信道多径干扰(100us对应30公里)多普勒效应(100Hz)•均衡器产生与信道多径相反的特性,抵消信道的时变多径传播特性引起的码间干扰•信道是时变的,要求均衡器的特性能够自动适应信道的变化而均衡,故称自适应均衡。
•信道估计: 估计信道函数的过程•信道均衡: 使用得到的信道估计来补偿信道的过程均衡器的分类•均衡处理方法时域均衡器:单载波数字通信中多采用时域均衡器,从时域的冲激响应考虑正交频分复用OFDM调制:采用频域均衡•是否使用训练序列或导频DA(数据辅助)DD(判决指向)NDA(盲均衡):需要在接收到足够多的数据情况下才能得到一个可靠的估计导频或训练序列的插入地面数字电视一般使用DA方式信道估计和均衡•多径衰落信道可以看成是在时间和频率上的一个二维信号•训练序列时域的间隔取决于信道的相关时间•训练序列频域的间隔取决于相关带宽•训练序列对信道在时-频空间的不同点上进行采样,利用采样插值即可得到整个信道的频率响应值时域均衡器•均衡器的输出是否用于反馈控制线性均衡器:输出未被用于反馈控制非线性均衡器:输出用于反馈,如判决反馈均衡器(DFE-decision Feedback Equalizer)•线性均衡器如何求解线性均衡器系数Cj ?•常用的优化均衡器系数的准则迫零准则: 信道逆滤波器均衡技术带均衡器的数字通信系统的等效模型理论和实践证明,在数字通信系统中插入一种可调滤波器可以校正和补偿系统特性,减少码间干扰的影响。
这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。
均衡技术-基本原理均衡器通常是用滤波器来实现的,使用滤波器来补偿失真的脉冲,判决器得到的解调输出样本,是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。
LMS 算法自适应均衡器实验08S005073 房永奎一、实验目的1、掌握LMS 算法的计算过程,加深对LMS 算法的理解。
2、研究用LMS 算法自适应均衡引起失真的线性色散信道问题。
3、研究特征值扩散度()R χ和步长参数μ对学习曲线的影响。
二、实验原理1、自适应均衡器)n图1 自适应信道均衡试验原理图自适应均衡器用来纠正存在加性白噪声的信道的畸变,信道均衡器的原理框图如1所示。
随机噪声发生器(1)产生用来探测信道的测试信号序列{n x },本实验中由Bernoulli 序列组成,n x =±1,随机变量n x 具有零均值和单位方差。
随机噪声发生器(2)产生干扰信道的白噪声()n ν,具有零均值,方差为2νσ=。
信道的脉冲响应用升余弦表示为:20.51cos (2)1,2,30n n n h W π⎧⎡⎤⎛⎫+-=⎪ ⎪⎢⎥=⎝⎭⎨⎣⎦⎪⎩(1) 其中,参数W 控制均衡器抽头输入相关矩阵的特征值分布()R χ,并且特征值分布随着W 的增大而扩大。
均衡器具有11M =个抽头。
由于信道的脉冲响应n h 关于n =2时对称,那么均衡器的最优抽头权值on ω在5n =时对称。
因此,信道的输入n x 被延时了257∆=+=个样值,以便提供均衡器的期望响应。
通过选择匹配横向均衡器中点的合适延时∆,LMS 算法能够提供信道响应的最小相位分量和非最小相位分量之逆。
2、均衡器输入相关矩阵在时刻n ,均衡器第1个抽头的输入为()()()31k k u n h x n k v n ==-+∑ (2)其中所有参数均为实数。
因此,均衡器输入的11个抽头(),(1),,(10)u n u n u n --的自相关矩阵R 为一个对称的1111⨯矩阵。
此外,因为脉冲响应n h 仅在1,2,3n =时为非零,且噪声过程()v n 是零均值、方差为2v σ的白噪声,因此相关矩阵R 是主对角线的,有以下特殊结构所示:()()()()()()()()()()()()()()()012001012021010021000000r r r r r r r r r r r r r r r ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦R (3) 其中()22221230v r h h h σ=+++ (4)()12231r h h h h =+ (5)()132r h h = (6)其中方差20.001v σ=。
《无线通信基础》课程研究性学习手册实验三信道均衡姓名:学号:同组成员:指导教师:***时间:2015年6月一、实验任务:在本实验中,你需要在Labview 平台上利用线性最小二乘算法,实现线性均衡器的设计,以领会信道均衡器的基本思想。
此外,通过比较不同接收机误码率性能,你将感受到均衡技术对于抗多径信道的重要意义。
二、理论分析:经过多径传播到达接收机的信号,一般表示为()()()e z t h x t d ττττ=-⎰ (1)其中, ()e h τ为基带的频率选择性信道。
则调制解调器间的等价基带信道为()()*()*()e tx rx h t g t g t τ=,其中,()tx g t ()rx g t 为匹配滤波器组。
ℎ[n]为数字基带等价信道即[]()h n h nT =,其中T 为符号周期,则[][][][][0][][][][] 0,1,...mm y n h m s n m v n h s n h m s n m v n m L ≠=-+=+-+=∑∑(2)其中,0[][]m s n m h m ≠-∑表示符号间干扰;当()h t 为奈奎斯特脉冲时该项为0,即解调器输入信号无符号间干扰。
均衡器()f t 满足()*()()e d h t f t t t δ=-,即均衡器可补偿信道的影响,使得()()*()*()*()e tx rx h t g t g t f t τ=保持奈奎斯特滤波器特征,消除了符号间干扰,如下图1所示。
均衡器参数是由具体信道参数决定的,一般可采用直接估计均衡器参数,和根据估计的信道参数间接估计均衡器参数两种方式完成均衡器的设计。
在本实验中,均衡器间接估计算法已经给出,直接估计算法需要自己完成。
图 1 信道均衡2.1 最小线性二乘本实验所需完成的信道估计和信道均衡都是基于最小二乘法的,下面简单介绍一下该方法的原理。
A 是N M ⨯的列满秩矩阵(N M >),b 是1N ⨯维的矢量,x 是1N ⨯未知的矢量。
Turbo 均衡算法主要从以下五个方面讲解:1.什么是Turbo码2.Turbo码的发展3.Turbo码的编码和译码4.Turbo均衡5.Turbo 均衡算法Turbo码:(1)Turbo码是由C.Berrou等人在ICC’93会议上提出的一种信道编码,它很好的应用了Shannon有噪信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近Shannon理论极限的译码性能。
(2)它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码,并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。
(3)带交织的并行级联卷积码(PCCC)也叫Turbo码,通过软输出迭代译码来逼近最大似然译码。
Turbo码的发展:(1)1993 年两位法国教授Berrou、Glavieux 和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima 在ICC 会议上发表的Near Shannon limiterror-correcting coding and decoding: Turbo codes”,提出了一种全新的编码方式——Turbo 码(2)它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联来构造具有伪随机特性的长码,并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。
(3)在AWGN 信道下,如果采用大小为65535的随机交织器,并且进行18次迭代,则在Eb/N0>=0.7dB时,码率为1/2的Turbo 码在AWGN信道的误比特率(BER)<=10的-5次方,达到了近Shannon的性能(1/2码率的Shannon限是0db),远远超过了其他的编码方式,一时在信息和编码理论界引起了轰动。
此后,Turbo码由于其近Shannon界的突出纠错能力而得到了广泛的关注和发展,并对当今的编码理论和研究方法产生了深远的影响。
Turbo码的编码:C.Berrou最初提出的Turbo码就是采用并行级联卷积码(PCCC)的结构,由两个或多个带反馈的递归系统卷积(RSC)码通过一个随机交织器并行级联而成的,编码后的校验位经过删余矩阵,从而产生不同码率的码字。
本科学生设计性实验报告
学号姓名
学院物电学院专业、班级
实验课程名称现代通讯原理实验及仿真
教师及职称
开课学期2013 至2014 学年下学期
填报时间2014 年06 月04 日
云南师范大学教务处编印
图3 仿真系统框图
图4 基带数字传输发送端图5 数据发生器Source Data
图6 串扰信道模型
)基带数字传输接收端
图8 信道均衡器模型结构
图9 Matlab界面
4.3 在图9中,选择:File>New>Model新建文件,保存在matlab工作目录下,
并取名为equalizer.mdl。
4.4 在Find命令行处输入:Bernouli Binary Generator,就在窗口的右边找到
图11 接收信号(均衡之前)的眼图
图13 均衡前(上)和均衡后(下)信号波形比较。