自适应均衡器的设计

电子信息系综合课程设计基于Matlab的自适应均衡器设计专业名称通信工程班级学号学生姓名指导教师设计时间2010.12.20~2011.1.7课程设计任务书专业：学号：学生姓名（签名）：设计题目：基于Matlab的自适应均衡器设计一、设计实验条件实验室，Matlab软件二、设计任务及要求1. 课题要求系统学习时域均衡原理，掌握理论知识；2. 首先进行时域均衡原理和算法设计，再在所用的仿真软件Matlab上对设计进行仿真分析，最后写实验报告；3. 对整个系统设计进行回顾，总结心得。

三、设计报告的内容1.设计题目与设计任务（设计任务书）2.前言（绪论）(设计的目的、意义等)3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等）4.结束语（设计的收获、体会等）5.参考资料四、设计时间与安排1、设计时间：3周2、设计时间安排：熟悉实验设备、收集资料: 4天设计图纸、实验、计算、程序编写调试: 7天编写课程设计报告: 3天答辩: 1天基于Matlab的自适应均衡器设计一、设计目的及意义：通过本学期通信原理课程的学习，主要对数字信号系统的通信原理、传输机制等有了系统深入的了解。

而实践性的课程设计能够起到提高综合运用能力，加强理论知识的学习，提高实验技术，启发创造新思想的效果。

此次课程设计是自适应均衡器设计。

我们按照查找资料、软件选择、系统设计、仿真实现、结果优化这一流程进行。

不仅使我们进一步巩固了课程知识，也提高了我们分析问题、解决问题的能力。

二、设计主体：1 、设计原理数字信号经过这样的信道传输以后，由于受到了信道的非理想特性的影响，在接收端就会产生码间干扰(ISI)，使系统误码率上升，严重情况下使系统无法继续正常工作。

理论和实践证明，在接收系统中插入一种滤波器，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。

时域均衡是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形，使包括均衡器在内的整个系统的冲击响应满无码间串扰条件。

毕业设计（论文）自适应均衡器的设计与仿真摘要在移动通信领域中，码间干扰始终是影响通信质量的主要因素之一。

为了提高通信质量，减少码间干扰，在接收端通常采用均衡技术抵消信道的影响。

由于信道响应是随着时间变化的，通常采用自适应均衡器。

自适应均衡器能够自动的调节系数从而跟踪信道，成为通信系统中一项关键的技术。

本篇论文在对无线通信信道进行研究的基础上，阐述了信道产生码间干扰的原因以及无码间干扰的条件，介绍了奈奎斯特第一准则和时域均衡的原理。

深入研究了均衡器的结构和自适应算法，在均衡器的结构中主要介绍了4种自适应均衡器结构即线性横向均衡器、线性格型均衡器、判决反馈均衡器和分数间隔均衡器，并对这几种结构进行了比较。

对于系数调整算法主要介绍了常用的几种算法，包括LMS算法、RLS算法以及盲均衡常用的恒模算法(CMA)，并讨论了它们各自的优缺点。

最后选用线性横向均衡器结构与上述3种系数调整算法，利用MATLAB进行仿真，并对结果进行分析与比较。

关键字：自适应均衡器，LMS，RLS，CMA ，MATLABAbstractIn the field of mobile communications, the inter-symbol interferences (ISI) is always one of the primary factor which effects transmission. Adaptive equalization is mainly solution of dealing with ISI. Equalizers are often used to combat the influence of channels for improving communication’s quality and decreasing ISI in receivers. Sometimes, channel response varies due to time, the adaptive equalizer is always necessary. Equalizer coefficients can be automatically adjusted to track the channel as a key communication system technology.On the basis of studying on wireless communication channel, this paper discusses the reasons of resulting inter-symbol interference (ISI) and without conditions, introduces Nyquist first rule and the theory of adaptive equalizers. The equalizer structures and the adaptive algorithm are particularly studied in this paper. Mainly introducing and comparing four adaptive equalizer structures, such as linear horizontal equalizer, line personality type equalizer, decision feedback equalizer, fractionally spaced equalizers. Then we research the algorithms of the adaptive equalizer which are often used, including LMS, RLS, CMA, and discuss their respective advantages and disadvantages. Finally, we choose different adaptive equalizer structures and algorithms, and use the MATALB tool to simulate, at the end of this paper we analyze and compare the results.Keywords: adaptive equalizer, LMS, RLS, CAM, MATLAB目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内(外)研究现状 (1)1.3论文研究的内容及主要工作 (2)第二章信道、码间干扰及均衡技术 (3)2.1信道 (3)2.1.1 恒参信道 (4)2.1.2 变参信道 (4)2.2通信信道模型 (6)2.3码间干扰 (7)2.4自适应均衡的原理与特点 (10)2.5本章小结 (11)第三章均衡器结构 (12)3.1自适应均衡简介 (12)3.2均衡器的分类 (12)3.3线性横向均衡器结构(LTE) (13)3.4线性格型均衡器(LLE) (14)3.5判决反馈均衡器(DFE) (15)3.6分数间隔均衡器(FSE) (17)3.7本章总结 (21)第四章自适应均衡算法的理论基础 (22)4.1最小均衡误差算法(LMS) (22)4.2递归最小二乘算法(RLS) (25)4.3盲均衡算法 (27)4.4本章小结 (30)第五章均衡器的仿真与实现 (31)5.1采用线性横向均衡器与LMS算法 (31)5.2采用线性横向均衡器与RLS算法 (31)5.3利用恒模算法和线性横向均衡器 (32)总结 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)第一章绪论1.1引言通常信道特性是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。

均衡技术是通信领域三大技术之一，时域均衡具有很强的实时性，被广泛使用。

通过软件或数字芯片，可以实现数字滤波器的设计，而不必依赖电感、电容等模拟元件。

本研究通过系统建模、仿真的方式完成了均衡内部参数的设计。

在参数选取上克服了随意性并节省了系统资源，对均衡的开发具有一定的参考意义。

1 均衡模型LMS 算法使用最小均方误差准则，并采用最速下降梯度算法[3]。

LMS 算法可以概括为两个过程：滤波和参数调整。

第一步初始化滤波器抽头系数矢量；然后求解当n=n+1时滤波器的输出；最后求出误差值并调整抽头系数值[3]。

具体公式为：因此，均衡效果的优劣受到信号期望值d （k ）、滤波器抽头更新步长μ、抽头数量的影响。

判决反馈盲均衡器的期望值e （k ）由接收信号的判决值替代，因为接收信号本身含有发送信号的信息[3]。

2 L MS 判决反馈盲均衡算法仿真图1是通信系统使用LMS 判决反馈盲均衡与未使用均衡时的效果对比。

从图1的a 、b 中显示出使用均衡后，原本混叠的码元显著地分开了。

图1中c 的误码率数据表明，使用均衡后的通信质量明显提高。

图1 LMS 判决反馈盲均衡使用前后效果对比为了更清晰地观察该均衡方案的校正效果，因此在同等条件下将信道误码率提高到 进行仿真，其中误码率统计部分每一百个码元显示一个点，图2为仿真结果。

据图2可知，在信道误码率是7.4204*10-3时，LMS 判决反馈盲均衡器仍然能通过少量码元就调整好参数，进而适应信道特性，降低系统的误码率。

因此，在该环境下LMS 判决反馈盲均衡是一种有效的方法。

图3为LMS 判决反馈盲均衡器在信道误码率分别为7.4204*10-3和3.7201*10-3环境下、抽头更新步长μ分别为1/32、1/64、1/128时的误码曲线。

据图可知，在步长μ取不同值时，系统稳定后的余差相近。

因而主要从系统收敛速度、工程实现难易、资源占用大小三个角度进行考虑（相较于除法运算，FPGA 更适合移位操作，因此更新步长选取2n 值），所以选用1/32作为抽头系数更新步长值。

自适应均衡实验1、实验内容和目的1）通过对RLS 算法的仿真，验证算法的性能，更加深刻的理解算法的理论。

2）分别用RLS 算法和LSM 算法实现图1中的自适应均衡器，比较两种算法的差异，分析比较算法的性能，从而掌握两种算法的应用。

图1 自适应均衡框图2、基本原理分析1）LMS 算法原理LMS 算法一般来说包括两个基本过程：滤波过程和自适应过程。

滤波过程来计算线性滤波器的输出及输出结果与期望响应的误差。

自适应则是利用误差来自动调节滤波器的参数。

LMS 算法也是一个递推的算法。

设()J n 是滤波器在n 时刻产生的均方误差，其梯度计算如下：()()22n n ∇=-+J p Rw其中R 和p 分别是输入的自相关矩阵和输入与期望输出的互相关矩阵：()()()ˆH n n n =Ru u()()()*ˆn n n =pu d 则梯度向量的瞬态估计为：()()()()()()*ˆˆ22H n n n n n n ∇=-+J u d u u w 由最速下降算法可以得到抽头向量更新的递推关系式：()()()()()()*ˆˆˆ1Hn n n n n n μ⎡⎤+=+-⎣⎦w w u d u w整个LMS 算法归纳总结如下： 参数设置：M=抽头数（滤波器长度） μ=步长参数 m a x20MS μ<<其中max S 是抽头输入功率谱密度的最大值，而滤波器长度M 为中到大 初始化：如果知道抽头权向量()n w 的先验知识，则用它来选择()ˆ0w 的合适值，否则令()ˆ00=w。

更新滤波过程：()()()ˆH y n n n =wu ()()()e n d n y n =- ()()()()*ˆˆ1n n n e n μ+=+ww u 2）RLS 算法原理RLS 算法是一个递归的过程，递归最小二乘问题的正则方程可用矩阵写为()()()ˆn n n =Φwz 其中n 是可测数据的可变长度，()n Φ更新抽头输入的自相关矩阵，()n z 是抽头输入与期望响应之间的互相关向量，()ˆn w 是抽头的权值向量。

第３６卷㊀第２期２０２１年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３６㊀N o ．２㊀F e b ．２０２１㊀㊀收稿日期:２０２０Ｇ０６Ｇ１１;修订日期:２０２０Ｇ０９Ｇ０６．㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :x u f e n g c h e n g＠t c l ．c o m 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２１)０２Ｇ０２７９Ｇ０８基于C S P I 传输协议的自适应均衡器设计赵㊀斌１,２,张裕桦２,王㊀照２,徐枫程２∗(１．华南理工大学电子与信息学院,广东广州５１０６４０;２．T C L 华星光电技术有限公司,广东深圳５１８１０７)摘要:为了解决高速传输速率下信号在信道传输中遇到的衰减问题,本文介绍一种工作在１．５G H z 下,使用误差反馈的R x (R e c e i v e r )端自适应均衡器设计.为缩短收敛时间,应用了基于离散信号处理的均衡器.二进制随机序列(P R B S )作为训练数据,首先进入均衡滤波器以获得高频增益补偿,然后在采样分割单元被采样并获得陡峭的上升下降特性,最后进入到比较器中.与传统比较器原理不同,该比较器具有内部寄存器用来存储输入信号,将其与期望值比较返回误差.误差通过反馈回路对增益系数进行提升,不断迭代获得可用增益值,从这些可用值中取中位数作为最优增益.若无法找到合适增益值,将向发送器T x (T r a n s m i t t e r )传输信号增加预加重增益,然后接收器R x 再次进行自适应迭代.最后,向T x 反馈增益系数.增益补偿范围为１~１６d B .该设计在使用C S P I 协议的１６５．１c m (６５i n )８K 机种上实验,在T x 读取的反馈值证实了设计的有效性.满足在高传输速率下,R x 能够不失真地接收并还原C S P I 协议数据.关㊀键㊀词:误差反馈;离散信号处理;自适应均衡器中图分类号:T N ９１９㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/C J L C D．２０２０Ｇ０１４７A d a p t i v e e q u a l i z e r d e s i gnb a s e d o nC S P I p r o t o c o l Z H A OB i n １,２,Z H A N G Y u Ｇh u a ２,WA N GZ h a o ２,X U F e n g Ｇc h e n g２∗(１．C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,S o u t hC h i n aU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,G u a n gz h o u ５１０６４０,C h i n a ;２．T C LC h i n aS t a rO p t o e l e c t r o n i c sT e c h n o l o g y Co ．,L t d ．,S h e n z h e n ５１８１０７,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o s o l v e t h e s i g n a l a t t e n u a t i o n t h r o u g hc h a n n e l a t h i g hd a t a r a t e ,a １．５G H z a d a pＧt i v e e q u a l i z e r u s i n g e r r o r f e e d b a c k a tR x (R e c e i v e r )i s i n t r o d u c e d ．A n e q u a l i z e r b a s e d o n d i s c r e t e s i g n a l p r o c e s s i s a p p l i e d t o r e d u c e c o n v e r g e n c e t i m e ．F i r s t l y ,P R B Su s e da s t h e t r a i n i n g da t aw i l lb e t r a n s Ｇp o r t e d t o t h e e q u a l i z e r f i l t e r f o r h i g h f r e q u e nc y c o m p e n s a t i o n ．T h e n i t i s s a m p l ed a n d s l i ce db y t h e S /Hc i r c u i t a n d s l i c e r t o o b t a i n s t e e p r i s i n g a n df a l l i ng ch a r a c t e ri s t i c s ．F i n a l l y ,i t i s s e n t t o a c o m pa r a t o r w h i c h i s d i f f e r e n tw i t hc o n v e n t i o n a l c o m p a r a t o r ．T h e r e i s a n i n t e r n a l r e g i s t e r i n p r o p o s e dc o m pa r a t o r t o s t o r e i n p u t s i g n a l ．E r r o rb e t w e e n i n p u t a n d d e s i r e d v a l u ew i l l b e f e d b ac k t h r o u g h t h e c l o s ed l o o pt o i n c r e a s e e q u a l i z e r b o o s t i n g g a i n ．A f t e r s e v e r a l t i m e s i t e r a t i o n ,u s e a b l e g a i n s a r e a c q u i r e d a n d t h em e d i Ｇa n i s s e l e c t e d a s t h e o p t i m a l ga i n ．I f n o s u i t ab l e g a i n i s f o u n d ,T x (T r a n s m i t t e r )w i l l i nc r e a s e p r e Ｇe m Ｇp h a s i s s e t t i n g a nd a d a p t i ve i t e r a t i o n p r o g r e s s a t R x r e p e a t s ．F i n a l l y ,t h e s e t t i n g ga i nw i l lb e s e n t t o i n Ｇf o r m T x ．T h ec o m p e n s a t i o n r a n g e i s f r o m１t o １６d B ．A ne x pe r i m e n t a t １６５．１c m (６５i n )８K m o d u l eu s i n g C S P I p r o t o c o l i s c a r r i e do u t,w h e r e t h ev a l i d i t y o f t h e p r o p o s e dd e s i g n i sv e r i f i e db y f e e d b a c k s e t t i n g a tT x．T h e r e q u i r e m e n t t h a tC S P I p r o t o c o l d a t a c o u l db e r e c e i v e da n d r e c o v e r e dw i t h o u t d i sＧt o r t i o nb y R xa t h i g hd a t a r a t e i sm e t．K e y w o r d s:e r r o r f e e d b a c k;d i s c r e t e s i g n a l p r o c e s s;a d a p t i v e e q u a l i z e r１㊀引㊀㊀言㊀㊀由于T F TＧL C D显示在尺寸㊁分辨率和刷新率方面的飞速发展,大量信号的快速传输要求使得高速串行传输逐渐取代传统的并行传输.C S P I是一种点对点高串行速传输协议,在超高清显示(UH D)中有着优秀的表现[１].然而随着高分辨率(e．g．８K)和高刷新率(e．g．１２０H z)面板需求的出现,使得串行通道的数据传输速率急速上升.由于趋肤效应和介电损失的存在,高速数据在通过信道(e．g．F RＧ４)时,不可避免地出现幅值衰减和码间干扰(I S I)等问题.为了解决这种与频率强相关的信号损失问题,发送器T x(T r a n s m i t t e r)使用预加重技术[２Ｇ３](P r eＧe m p h a s i s)提前对可能遭受损失的频段进行增强,接收器R x(R e c e i v e r)使用均衡器技术[４Ｇ５] (E Q)对接收信号中已损失的频段进行补偿.通常来说,二者的增益值是由人根据信号眼图质量手动进行更改的.在T F TＧL C D调试中,P V T (P r o c e s sV o l t a g eT e m p e r a t u r e)的存在使得相同产品不同个体的最优增益值有差别[６].因此在大规模制造时,自适应调节将替代手动调节.在系统层次,针对R x的自适应设计方法可以被分类为两种:前馈均衡器(F F E)和决策反馈均衡器(D F E).F F E占用面积和能耗较小,然而由于缺少反馈,均衡器增益也将施加于噪声,系统的信噪比(S N R)变差.D F E可以改善S N R问题,但操作速率被反馈环延时所限制[７].在信号处理层次,均衡方式可以被分类为两种:连续信号均衡和离散信号均衡.连续信号均衡的实现独立于时钟恢复机制之外,不受其影响[８].离散信号均衡的实现需要恢复时钟信号参与采样,有高速处理能力.因采样时钟信号是由高速串行信号恢复所得,则由于高频衰减问题,恢复时钟本身的精确性难以确保,均衡器工作不稳定[９].本文提出把伪随机二进制序列(P R B S)作为训练数据,使用D F E,并以离散信号均衡的方式进行自适应调整的均衡器设计.在R x至T x方向架设单向低速通道,在初期无法获得较为精确的时钟信号时告知T x提升预加重增益,由此解决离散信号均衡方式中恢复时钟不精确带来的问题.２㊀信道特性为了量化信道对信号的幅值衰减作用,必须先对信道本身的特性有所了解.图１为传输模型.图１㊀(a)传输模型;(b)有损传输模型;(c)趋肤效应模型.F i g．１㊀(a)T r a n s m i s s i o n m o d u l e;(b)L o s s y t r a n sＧm i s s i o nm o d u l e;(c)S k i ne f f e c tm o d u l e．在信道(e．g．R GＧ５８,F RＧ４)上的信号损失取决于信号的频率和信道的长度,高频下损失函数由式(１)表示[１０]:L o s s f()＝e x p(－k l f),(１)其中L o s s(f)表示损失函数,k表示趋肤效应系数,l表示信道长度,f表示信号频率.信号在信道长度为３０００m i l的F RＧ４板上的衰减如图０８２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀２(a )所示.对于工作频率在１．５G H z 的信号,衰减为８d B .如图２(b)所示,此时眼图质量差,R x 端不足以准确还原信号.图２㊀(a )３０００m i lF R Ｇ４下的信号衰减;(b )１．５G H z 工作频率下的眼图.F i g ．２㊀(a )S i gn a l a t t e n u a t i o n a t ３０００m i l F R Ｇ４;(b )E y e d i a g r a ma t １．５G H z ．３㊀自适应均衡器设计方案３．１㊀自适应均衡器架构自适应均衡器的总体设计如图３所示.均衡滤波器起到高频增益的作用;采样分割负责将经过增益的信号转化为标准二进制代码输出[１１];比较器通过比较实际输入与理想值,计算误差.比较器控制反馈回路更新滤波器增益.图３㊀自适应均衡器架构图F i g ．３㊀S t r u c t u r e o f a d a p t i v e e qu a l i z e r ３．２㊀均衡滤波器图４(a)为均衡滤波器,为受到衰减的高频信号提供增益.为了获得更大的带宽与增益,采用串联多个均衡滤波器的做法.图４(b )为电容阵列(即图４(a )中的可变电容部分),根据反馈误差转换的档位决定接入电路的电容值.本文采用４b i t ~１６档位可选机制,每一个档位补偿１d B增益.图４㊀(a )均衡滤波器;(b)电容阵列.F i g ．４㊀(a )E q u a l i z e r f i l t e r ;(b )C a p a c i t o r a r r a y．３．３㊀采样与分割采样时钟信号由T x 端锁相环模块产生,抵消差分信号耦合.信号眼图的中央进行采样,并保持采样结果一段时间直到分割器完成工作.分割器作用与鉴幅器原理相同,使得信号具有较陡峭的上升下降沿,方便比较器获得精确的比较结果.３．４㊀比较器比较器实际为一个数据处理单元,如图５所示.在进行自适应调整期间,R x 接受的数据均为P R B S 码,码型已经由生成多项式决定,因此在理想值寄存器中可存入T x 送出数据的理论值.在计算得到实际输入与理想输入的误差后,比较器向驱动I C 设定寄存器查询误差阈值.若误差超过设定阈值,则向均衡滤波器发出增加增益档位的需求;若没有超过,也会发出增加档位需求,同１８２第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀赵㊀斌,等:基于C S P I 传输协议的自适应均衡器设计图５㊀比较器框图F i g ．５㊀D i a g r a mo f c o m pa r a t o r 时将该档位记录为可用档位.４㊀基于C S P I 的应用４．１㊀系统结构基于C S P I 协议的系统架构图如图６所示,自适应设计位于源驱动芯片(S o u r c e I C )R x 端.在系统开机时,时序控制器(T c o n )T x 端通过差分信号线D A T A P /N 向S o u r c e I C 传输训练协议,s o u r c e I C 依次进行自适应调节.在调节过程中,s o u r c e I C 通过L S 信号线与T c o n 完成预加重(P r e Ｇe m p h a s i s )和均衡器(E q u a l i z e r ,E Q )的协同调节,通过F B D ＧL i n k 信号线告知T c o n 当前E Q 状态.当所有s o u r c e I C 完成自适应调节后,系统进入正常显示模式.图６㊀基于C S P I 的系统架构图F i g ．６㊀S ys t e m a t i c s t r u c t u r eb a s e do nC S P I ４．２㊀系统自适应调节机制系统自适应调节机制如图７所示.系统的自适应调节包含T c o n 到s o u r c e I C 以及s o u r c e I C 到T c o n 两种数据发送机制.根据发送数据的主体,系统自适应调节机制又分为训练机制和回传机制.图７㊀系统自适应调节机制F i g ．７㊀S y s t e ma d a p t i v e a d ju s t m e n tm e c h a n i s m ４．２．１㊀训练机制图８是自适应调节训练机制.开机时T c o n通过差分信号线发送C T 信号给所有s o u r c e I C ,使其建立内部时钟[１].成功后,L S 信号被拉至高电位,T c o n 发送C M D _S 信号通知s o u r c e I C 准备接受P R B S 码,s o u r c e I C 通过P R B S 训练找到最佳E Q 设定.如果s o u r c e I C 无法找到任何最佳设定或突然受到外部干扰导致R x 接收状态失锁[１],则将L S 拉至低电位,通知T c o n 增加预加重,同时重新发送C T .s o u r c e I C 将重复之前步骤直到找到最佳E Q ,此时s o u r c e I C 通过F B D ＧL I N K 告知T c o n 现在的设置档位.T c o n 向下一颗s o u r c e I C 重复以上步骤.图８㊀训练机制F i g ．８㊀T r a i n i n g me c h a n i s m 训练码内容如表１所示.由于L S 与F B D ＧL I N K 存在多个子机复用的情况,如表２所示,对于协议中各段代码的时间长度有最小值的要求,这样可以保证s o u r c e I C 在训练和回传时留有时间裕量,提高系统的稳定性.其中,T ２仅与T x端相关,无最小值要求.２８２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀表１㊀训练码T a b ．１㊀T r a i n i n g co d e B i t[０][１][２][３][４][５][６][７][８]C T１００００１１１１C M D _S０００００１１１１C M D _E １１０００１１１１P R B S ７P r b s [０]P r b s [１]P r b s [２]００１１P r b s [３]P r b s [４]P R B S ７P r b s [５]P r b s [６]P r b s [７]００１１P r b s [８]P r b s [９]P R B S ７００１１表２㊀训练码最小时间要求T a b ．２㊀T r a i n i n g c o d em i n i m a l t i m e r e qu i r e m e n t T N AM E P e r i o d N o t eT ０C T＞１００μs T r a i n i n g cl o c k p e r o i d T １E Q _T r a i n i n g ＞３００μs (１/d a t a r a t e )ˑ１２７(s a m p l e )ˑ６４(c y c l e )ˑ１６(s e t t i n g)ˑ９/５T ２T c o n s e t t i n g t i m e N /AT x p r e Ｇe m p h a s i s s e t t i n g t i m e T ３F B Dl i n k i n g＞１００μs O n e s o u r c e f e e d b a c k t i m eT ４F i x e d r a n d o md a t a＞１０μs ４．２．２㊀回传机制如图９所示,s o u r c e I C 通过F B D ＧL I N K 信号线向T c o n 回传当前E Q 设定的机制.F B D ＧL I N K 回传协议由i d l e ㊁pr e a m b l e ㊁h e a d e r ㊁d a t a ㊁e n d 组成.图９㊀F B D ＧL I N K 回传机制F i g．９㊀F B D ＧL I N Kf e e d b a c km e c h a n i s m 表３㊀回传码T a b ．３㊀F e e d b a c kc o d es t a t e L e n gt h /b i t v a l u e M a n c h e s t e r c o d i n gI d l eX１N O P r e a m b l e ８０N OH e a d e r ８０Y E S D a t a ３２D ０~D ３１Y E S e n d ４０Y E S如表３所示,h e a d e r ㊁d a t a 与e n d 采用曼彻斯特编码方式.由于这３个部分可能存在长时间电平不跳变的情况,使用具有自定时功能的曼彻斯特编码可以防止同步时钟的丢失以及低频直流漂移造成的比特错误.D a t a 部分内容决定E Q 设定.在３２位D a t a 中,前１６位用于表示可用E Q 设定,１７~２０位用于表示最终的E Q 设定,其余位无内容,默认为０,用于满足F B D 最小时间要求.此处,我们选择将可用E Q 设定中的中位数作为最终档位,因为增益与信号改善效应的关系可概括成二次项系数为负的二次函数,通常情况下中位数档位最接近拐点.注意,当预加重值与E Q 值都为最大值仍不能满足要求时(即无合适档位可选),s o u r c e I C 将默认设置为第８档位.此时表明仅从信号本身进行加强已无法弥补信道带来的损耗,需要同时优化改善信道设计.如表４所示,D a t a 的０~１５位每一位对应E Q 增益的一个档位.０为不通过(F a i l ),１为通过(P a s s).３８２第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀赵㊀斌,等:基于C S P I 传输协议的自适应均衡器设计表４㊀D a t a与E Q联系T a b．４㊀R e l a t i o nb e t w e e nD a t a a n dE QE Q g a i n l e v e l P R B Sc h e c k r e s u l t０d B D０＝０(F a i l),１(P a s s)１d B D１＝０(F a i l),１(P a s s)２d B D２＝０(F a i l),１(P a s s)３d B D３＝０(F a i l),１(P a s s)４d B D４＝０(F a i l),１(P a s s)５d B D５＝０(F a i l),１(P a s s)６d B D６＝０(F a i l),１(P a s s)７d B D７＝０(F a i l),１(P a s s)８d B D８＝０(F a i l),１(P a s s)９d B D９＝０(F a i l),１(P a s s)１０d B D１０＝０(F a i l),１(P a s s)１１d B D１１＝０(F a i l),１(P a s s)１２d B D１２＝０(F a i l),１(P a s s)１３d B D１３＝０(F a i l),１(P a s s)１４d B D１４＝０(F a i l),１(P a s s)１５d B D１５＝０(F a i l),１(P a s s)F B DＧL I N K有两个作用:(１)帮助判断自适应机制是否正常工作.在实际系统中,无法对I C 内部的R x端对经过A E Q后的信号进行测量.因此需要借助F B DＧL I N K的回传机制来判断系统设计的有效性.若T x端接收不到回传值或者接收到的回传值内容不符合设计原理要求,则证明系统设计失效.(２)下一颗DＧI C自适应调节的使能.L S为多子机复用,使用同一根L S信号线的s o u r c e I C无法同时进行E Q训练,否则存在总线竞争.因此,对于o n eＧb yＧo n e训练的系统来说,F B DＧL I N K起到告知T x当前I C已完成训练需要启动下一颗I C训练的作用.５㊀实验结果与分析如图１０所示,分别选取信号走线最短和最长的两端DＧI C进行F B DＧL I N K回传信号读取.根据系统设计原理,A端信道传输距离最短,信号衰减低,F B DＧL I N K返回的E Q设定中,较小的档位也能通过,通过的档位数较多,最后在通过档位中选取中位数作为E Q设定.B端信道传输距离最长,信号衰减高,F B D返回的E Q设定中,只有一定增益以上的档位可以通过,通过的档位数较少,最后在通过档位中选取中位数作为E Q设定.图１０㊀P C B板量测F i g．１０㊀M e a s u r e m e n t o nP C B图１１(a)㊁(b)分别为DＧI CA和B位置量测的F B D反馈信号.将其中D a t a的内容转化为表５与表６.A端所有档位通过,设定值为第９档.B端４~１６档通过,设定为第１０档.实测档位选择符合设计理论,证明自适应均衡器工作正常.图１１㊀(a)DＧI C A F B D信号量测;(b)DＧI CBF B D 信号量测.F i g．１１㊀(a)F B Ds i g n a lm e a s u r e m e n t o fDＧI CA;(b)F B Ds i g n a lm e a s u r e m e n t o fDＧI CB．４８２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀表５㊀A 端E Q 档位状态及选择T a b ．５㊀E Qs e t t i n g &st a t e a tA 档位状态选定D ０P a s s D １P a s s D ２P a s s D ３P a s s D ４P a s s D ５P a s s D ６P a s s D ７P a s s D ８P a s s ɿD ９P a s s D １０P a s s D １１P a s s D １２P a s s D １３P a s s D １４P a s s D １５P a s s表６㊀B 端E Q 档位状态及选择T a b ．６㊀E Qs e t t i n g &s t a t e a tB 档位状态选定D ０N G D １N G D ２N G续㊀表档位状态选定D ３P a s s D ４P a s s D ５P a s s D ６P a s s D ７P a s s D ８P a s s D ９P a s s ɿD １０P a s s D １１P a s s D １２P a s s D １３P a s s D １４P a s s D １５P a s s６㊀结㊀㊀论本文提出一种基于C S P I 协议的自适应均衡器设计.在R x 设计层面,D F E 的引入消除了噪声带来的影响,离散信号处理的均衡方式改善了反馈引入后的延时效应.在系统层面,加入F B D ＧL I N K 机制以解决对信号采样时采样时钟精确性的问题.最后在实验中通过检查T x 端的回读值证明了系统的有效性.该设计补偿了高频信号的衰减,对于R x 端准确恢复高速信号有重要意义.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀赵斌,周明忠,张裕桦,等．薄膜晶体管液晶显示器的点对点传输协议[J ]．液晶与显示,２０２０,３５(４):３３４Ｇ３４０．Z HA OB ,Z HO U M Z ,Z HA N GY H ,e t a l ．P o i n t Ｇt o Ｇp o i n t i n t e r f a c e p r o t o c o l f o r t h i n f i l mt r a n s i s t o r Ｇl i q u i d c r ys t a l d i s p l a y [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２０２０,３５(４):３３４Ｇ３４０．(i nC h i n e s e )[２]㊀D A L L Y WJ ,P O U L T O NJ ．T r a n s m i t t e r e q u a l i z a t i o n f o r ４ＧG b p s s i g n a l i n g [J ]．I E E E M i c r o ,１９９７,１７(１):４８Ｇ５６．[３]㊀F A R J A D ＧR A DR ,Y A N GCK K ,HO R OW I T Z M A ,e t a l ．A０．４ＧμmC MO S １０ＧG b /s ４ＧP AM p r e Ｇe m p h a s i s s e r i a l l i n k t r a n s m i t t e r [J ]．I E E EJ o u r n a l o f So l i d ＧS t a t eC i r c u i t s ,１９９９,３４(５):５８０Ｇ５８５．[４]㊀G O T OH K ,T AMU R A H ,T A K A U C H IH ,e t a l ．A２B p a r a l l e l １．２５G b /s i n t e r c o n n e c t I /Oi n t e r f a c ew i t hs e l f Ｇc o n f i g u r a b l e l i n ka nd p le s i o c h r o n o u s c l o c k i n g [C ]//P r o c e e d i n g s of １９９９I E E EI n t e r n a t i o n a lS o l i d ＧS t a t eC i r c u i t s C o n f e r e n c e ．D ig e s t o f T e ch ni c a lP a pe r s ．S a nF r a n c i s c o ,C A ,U S A :I E E E ,１９９９:１８０Ｇ１８１．[５]㊀K U D OH Y ,F U K A I S H IM ,M I Z U N O M．A０．１３ＧμmC MO S ５ＧG b /s １０Ｇm２８AWGc a b l e t r a n s c e i v e rw i t hn o Ｇf e e d Ｇb a c k Ｇl o o p c o n t i n u o u s Ｇt i m e p o s t Ｇe q u a l i z e r [J ]．I E E EJ o u r n a l o f So l i d ＧS t a t eC i r c u i t s ,２００３,３８(５):７４１Ｇ７４６．[６]㊀HWA N GS ,J U N GI ,S O N GJ ,e t a l ．A５．４G b /s a d a p t i v e e q u a l i z e rw i t hu n i t p u l s e c h a r g i n g t e c h n i qu e i n ０．１３μm ５８２第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀赵㊀斌,等:基于C S P I 传输协议的自适应均衡器设计C MO S [C ]//P r o c e e d i n g s o f ２０１２I E E EI n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u mo nC i r c u i t s a n dS ys t e m s ．S e o u l ,S o u t hK o r e a :I E E E ,２０１２:１９５９Ｇ１９６２．[７]㊀S E OJC ,K I M T H ,A N TJ ,e t a l ．Ah i g h Ｇs p e e da d a p t i v e l i n e a r e q u a l i z e rw i t h I S I l e v e l d e t e c t i o nu s i n gpe r i o d i c t r a i n i n gp a t t e r n [C ]//P r o c e e d i n g s of ２０１２I n t e r n a t i o n a l S o CD e s ig nC o n fe r e n c e ．J e j u I s l a n d ,S o u t hK o r e a :I E E E ,２０１２:４１９Ｇ４２２．[８]㊀S HA K I B A M H．A２．５G b /s a d a p t i v e c a b l e e q u a l i z e r [J ]．D i g e s t o f T e c h n i c a lP a p e r s o f t h eS o l i dS t a t eC i r c u i t s C o n fe r e n c e ,１９９９,１(１):３９６Ｇ３９７．[９]㊀C HO I J S ,HWA N G MS ,J E O N GDK．A０．１８ＧμmC MO S ３．５ＧG b /s c o n t i n u o u s Ｇt i m e a d a p t i v e c a b l e e q u a l i z e r u s i n g e n h a n c e d l o w Ｇf r e q u e n c yg a i n c o n t r o lm e th o d [J ]．I E E EJ o u r n a l o f S o li d ＧS t a t eC i r c u i t s ,２００４,３９(３):４１９Ｇ４２５．[１０]㊀Y E NCS ,F A Z A R I N CZ ,WH E E L E RRL ．T i m e Ｇd o m a i ns k i n Ｇe f f e c tm o d e l f o r t r a n s i e n t a n a l y s i so f l o s s y t r a n s Ｇm i s s i o n [J ]．P r o c e e d i n g s o f th e I E E E ,１９８２,７０(７):７５０Ｇ７５７．[１１]㊀C A O W D ,WA N GZ Q ,L ID M ,e t a l ．A４０G b /sa d a p t i v ee q u a l i z e rw i t ha m p l i t u d ea p p r o a c h i n g t e c h n i qu e i n ６５n m C MO S [C ]//P r o c e e d i n g s o f I E E EI n t e r n a t i o n a lC o n fe r e n c e o nE l e c t r o nD e v i c e s a n dS o l i d ＧS t a t eC i r c u i t s ．S i n g a po r e :I E E E ,２０１５．作者简介:㊀赵㊀斌(１９７８－),男,内蒙古乌海人,博士研究生,高级工程师,２００３年于燕山大学获得硕士学位,主要研究方向为图像处理㊁高速信号处理.E Ｇm a i l:c s o t z h a o b i n ＠t c l ．c om㊀徐枫程(１９８７－),男,湖南衡阳人,学士,２０１０年于湘潭大学获得学士学位,主要从事T F T ＧL C D 液晶行业产品电路设计及驱动研究.E Ｇm a i l :x u f e n g c h e n g＠t c l ．c o m６８２㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀。

2014届毕业设计（论文）摘要在移动通信领域中，码间干扰始终是影响通信质量的主要因素之一。

为了提高通信质量，减少码间干扰，在接收端通常采用均衡技术抵消信道的影响。

由于信道响应是随着时间变化的，通常采用自适应均衡器。

自适应均衡器能够自动的调节系数从而跟踪信道，成为通信系统中一项关键的技术。

本篇论文在对无线通信信道进行研究的基础上，阐述了信道产生码间干扰的原因以及无码间干扰的条件，介绍了奈奎斯特第一准则和时域均衡的原理。

深入研究了均衡器的结构和自适应算法，在均衡器的结构中主要介绍了4种自适应均衡器结构即线性横向均衡器、线性格型均衡器、判决反馈均衡器和分数间隔均衡器，并对这几种结构进行了比较。

对于系数调整算法主要介绍了常用的几种算法，包括LMS算法、RLS算法以及盲均衡常用的恒模算法(CMA)，并讨论了它们各自的优缺点。

最后选用线性横向均衡器结构与上述3种系数调整算法，利用MATLAB进行仿真，并对结果进行分析与比较。

关键字：自适应均衡器，LMS，RLS，CMA ，MATLABAbstractIn the field of mobile communications, the inter-symbol interferences (ISI) is always one of the primary factor which effects transmission. Adaptive equalization is mainly solution of dealing with ISI. Equalizers are often used to combat the influence of channels for improving communication’s quality and decreasing ISI in receivers. Sometimes, channel response varies due to time, the adaptive equalizer is always necessary. Equalizer coefficients can be automatically adjusted to track the channel as a key communication system technology.On the basis of studying on wireless communication channel, this paper discusses the reasons of resulting inter-symbol interference (ISI) and without conditions, introduces Nyquist first rule and the theory of adaptive equalizers. The equalizer structures and the adaptive algorithm are particularly studied in this paper. Mainly introducing and comparing four adaptive equalizer structures, such as linear horizontal equalizer, line personality type equalizer, decision feedback equalizer, fractionally spaced equalizers. Then we research the algorithms of the adaptive equalizer which are often used, including LMS, RLS, CMA, and discuss their respective advantages and disadvantages. Finally, we choose different adaptive equalizer structures and algorithms, and use the MATALB tool to simulate, at the end of this paper we analyze and compare the results.Keywords: adaptive equalizer, LMS, RLS, CAM, MATLAB目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内(外)研究现状 (1)1.3论文研究的内容及主要工作 (2)第二章信道、码间干扰及均衡技术 (3)2.1信道 (3)2.1.1 恒参信道 (4)2.1.2 变参信道 (4)2.2通信信道模型 (6)2.3码间干扰 (7)2.4自适应均衡的原理与特点 (10)2.5本章小结 (11)第三章均衡器结构 (12)3.1自适应均衡简介 (12)3.2均衡器的分类 (12)3.3线性横向均衡器结构(LTE) (13)3.4线性格型均衡器(LLE) (14)3.5判决反馈均衡器(DFE) (15)3.6分数间隔均衡器(FSE) (17)3.7本章总结 (20)第四章自适应均衡算法的理论基础 (22)4.1最小均衡误差算法(LMS) (22)4.2递归最小二乘算法(RLS) (25)4.3盲均衡算法 (27)4.4本章小结 (30)第五章均衡器的仿真与实现 (31)5.1采用线性横向均衡器与LMS算法 (31)5.2采用线性横向均衡器与RLS算法 (31)5.3利用恒模算法和线性横向均衡器 (32)总结 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录 (38)第一章绪论1.1引言通常信道特性是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、交调失真、衰落等。

自适应信号处理RLS 的自适应均衡实验一 实验目的：考察特征值扩散度u 对RLS 算法的影响，比较LMS 和RLS 算法，进一步了解RLS 算法。

二 实验原理和要求：在本实验中，采用指数加权因子1λ=的RLS 算法，设计线性离散通信信道的自适应均衡器。

系统框图如图 1所示，该系统由两个独立数发生器，一个用来产生测试信道信号n x ，一个用来模拟接收器中加性白噪声的影响。

随机序列{}n x 由Bernoulli 序列组成，1n x =±，随机变量n x 具有零均值和单位方差。

随机数发生器2产生的序列()v n 具有零均值，其方差2v σ由实验中需要的信噪比决定。

均衡器有11个抽头。

)图 1： 自适应均衡计算机实验的框图信道的脉冲响应用升余弦表示为：121cos (2)2n n n h W π⎧⎡⎤⎛⎫+- , =1,2,3⎪⎪⎢⎥=⎝⎭⎨⎣⎦⎪0, ⎩其他 其中W 控制幅度失真的大小，也控制着信道产生的特征值扩展。

在时刻n ，均衡器第1个抽头输入为：31()()()k k u n h x n k v n ==-+∑均衡其输入的11个抽头(),(1),,(10)u n u n u n --相关矩阵R 为(0)(1)(2)00(1)(0)(1)(2)0(2)(1)(0)(1)00(2)(1)(0)00000(0)r r r r r r r r r r r R r r r r ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦其中2222123122313(0)(1)(2)v r h h h r h h h h r h h σ=+++=+=123,,h h h 由式(3)中参数W 的值确定。

三 实验内容和过程本实验分为两个部分：第一部分为高信噪比的情况，第二部分为低信噪比的情况。

信噪比可以表示为：22SNR 10lg x v σσ= 已知21x σ=，从而可得1SNR 21010v σ-⨯=计算的实验参数如表 1所示。

eq自适应算法EQ自适应算法是一种用于自适应均衡器设计的算法。

它可以根据输入信号的频谱特性来调整均衡器的参数，以实现对信号频谱的精确调整。

在音频处理中，均衡器被广泛应用于音乐制作、音响系统和通信系统等领域。

1. 介绍EQ自适应算法是一种基于反馈控制理论的方法，通过不断地测量输入信号和输出信号之间的差异，并根据差异值来调整均衡器参数。

这种反馈机制可以使均衡器能够自动地适应不同的输入信号，并根据需要进行频率响应调整。

2. 均衡器原理均衡器是一种可以增强或削弱特定频率范围内信号能量的设备。

它通常由一组带通滤波器组成，每个滤波器负责调整特定频率范围内的信号能量。

EQ自适应算法通过测量输入和输出之间的差异来确定需要进行调整的频率范围，然后根据差异值来更新滤波器参数。

3. EQ自适应算法流程a. 初始化：设置初始滤波器参数和控制参数。

b. 输入信号测量：对输入信号进行频谱分析，得到输入信号的频率响应。

c. 输出信号测量：对输出信号进行频谱分析，得到输出信号的频率响应。

d. 计算差异值：将输出信号的频率响应与输入信号的频率响应进行比较，计算得到差异值。

e. 参数更新：根据差异值调整滤波器参数，使输出信号的频率响应逐渐接近目标响应。

f. 结束判断：根据预设的结束条件判断是否终止算法。

如果未达到结束条件，则返回步骤b；否则，进入下一步。

g. 输出结果：输出调整后的均衡器参数。

4. EQ自适应算法优势a. 自适应性：EQ自适应算法可以根据不同的输入信号自动调整均衡器参数，无需手动设置。

这样可以更好地适应不同音频场景和音乐风格的需求。

b. 实时性：由于EQ自适应算法是基于反馈控制理论设计的，它可以在实时处理音频信号时进行参数调整，并且能够快速收敛到稳定状态。

这使得它在音响系统和通信系统等实时应用中具有很高的实用性。

c. 精确性：EQ自适应算法通过不断测量输入和输出之间的差异来调整参数，可以实现对信号频谱的精确调整。

这使得它在音乐制作和专业音频处理领域中被广泛使用。