采用LMS算法的频域均衡技术研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 开发研究与设计技术　。　本栏目责任编辑：谢媛媛　采用ＬＭＳ算法的频域均衡技术研究　王东光．葛万成　（同济大学中德学院电气部，上海２０００９２）　摘要：ＬＭＳ（最小均方）算法是一种经典自适应算法。最初应用于时域均衡。本文采用ＬＭＳ算法，根据信道的特性来更新频域均衡器　的均衡系数．实验结果表明该算法可明显改善频域均衡系统的性能，、　关键词：最小均方（ＬＭＳ）；单载波频域均衡（ＳＣ—ＦＤＥ１：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　中图分类号：ＴＰ３０１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３０４４（２００７）１９—４０１９６＿Ｏ２　ＷＡＮＧ　Ｄｏｎｇ—ｇｕａｎｇ，ＧＥ　Ｗａｎ—ｃｈｅｎｇ　Ｒｅｓｅａｍｈ　ｏｎ　Ｆｍｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｅｑｕａｌｉｚ￣ｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ＬＭＳ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　（Ｃｈｉｎｅｓｅ　ａｎｄ　Ｇｅｒｍａｎ　ＣｏＵｅｇｅ　ｏｆ　Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＭＳ　ｌｅａｓｔ　ｍｅａｎ—ｓｑｕａｒｅ）Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ａ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ　ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅ￣ＬＭＳ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｕｐｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　ｅｑｕａｌｉｚｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ＬＭＳ　ａｌｇｏ—　ｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ　ｉｎ　ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔｓ　ｏｆ　ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ　ｄｏｍａｉｎ　ｅｑｕａｌｉｚｅｒ　ａｒｅ　ａｄｊｕｓｔｅｄ　ｂｙ　ＬＭＳ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ．Ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｌｅａｓｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ（ＬＭＳ）；Ｓｉｎｇｌｅ—ｃａｒｉｔｅｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｅｑｕａｌｉｚａｉｔｏｎ（ＳＣ—ＦＤＥ）；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　１引言　最小均方（ＬＭＳ）算法是时域均衡中的一种经典自适应算法．　是一种线性自适应滤波算法。一般来说，ＬＭＳ算法包括两个基本　过程：一个是滤波过程，另一个是自适应过程。在滤波过程中．自　过程都在频域内完成。　适应滤波器计算其对输入的响应。并且通过与期望响应比较．得　到估计的误差信号　在自适应过程中。系统估计误差自动调整滤　波器自身的参数　这两个过程共同组成一个反馈环．如下图１所　示　图２采用ＬＭＳ算法的频域均衡器结构　３仿真模型搭建　对于使用ＬＭＳ算法的频域均衡系统的仿真．可以采用Ｍａｔｌａｂ　中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具，搭建的系统如图３所示。　图１　自适应横向滤波器的原理框图　本文尝试把ＬＭＳ算法与频域均衡技术相结合．使用ＬＭＳ算　法来更新频域均衡器的均衡系数　本文首先简要介绍了运用在时　域的ＬＭＳ算法的原理和实现过程．在此基础上研究采用ＬＭＳ算　法更新均衡系数的频域均衡系统．并且通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真来验证　采用ＬＭＳ算法的频域均衡系统的性能　在ＳＣ—ＦＤＥ系统中．可以采用ＬＭＳ算法来更新频域滤波器的　均衡系数．使得均衡器的均衡系数自适应于信道的传输特性　该　口Ⅱ＞—辑—　广－１　ｌ旺　Ｊ　’喜Ｌ　＿＿Ｊ　图３采用ＬＭＳ算法的频域均衡系统　方法得到的均衡系数比通过信道估计方法得到的结果更加准确，　均衡后的效果也更好　在此简要介绍一下处理过程．发射端产生的随机二进制数据　经过１６ＱＡＭ调制之后．加上循环前缀．通过高斯白噪声多径信　道．接收端首先除去接收数据中的循环前缀．然后通过ＦＤＥ　ＬＭＳ　模块实现采用ＬＭＳ算法的频域均衡功能　解调后得到的数据将与　原始发送的数据进行比较。以计算误码率　ＦＤＥ　ＬＭＳ模块是这个系统的核心模块．其功能是根据输入的　２理论分析　采用ＬＭＳ算法的频域均衡系统如图２所示　此类均衡器有两　种工作模式：训练模式和跟踪模式。　在训练模式下．发送的序列是接收端已知的　均衡器通过比　较接收信号和发射信号．来训练自适应均衡器的均衡系数　如果　参数设置妥当．在经过若干帧的训练序列后．均衡器的系数将收　敛到信道频域响应互逆　模式．用接收的数据训练均衡器模块或者对接收的数据进行均　衡．输出的是均衡后的数据　在跟踪模式下，通信系统才真正开始数据传输．此时的接收　机采用训练好的系数来均衡接收到的数据　同时．均衡后的数据　和判决后的数据又一起用来更新均衡器的系数　与传统的ＬＭＳ算法不同的是．在该系统中．所有的系数更新　收稿日期：２００７—０８—１２　４仿真结果　首先．让系统工作在训练模式．然后把从ＦＤＥ　ＬＭＳ模块输出　并经过均衡处理的信号输入Ｄｉｓｃｒｅｔｅ—Ｔｉｍｅ　Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｐ１ｏｔ　ＳｃｏＤｅ模块　来观测均衡后信号的星座图　通过对星座图的实时观察．可以看　作者简介：王东￣（１９８２－），男，硕士研究生，主要研究方向：通信中的信号处理；葛Ｚ；￣（１９６４一），男，博士生手师，同济大学中德学院教授，主　要研究方向：通信中的信号处理。　　．１　９６∞电脑知识与技术　维普资讯 http://www.cqvip.com

本栏目责任编辑：谢媛媛　ｌｊ薯Ｆｉ０００ｔ　开发研究与设计技术・　况下，系统通信的误码率几乎可以降为零。　Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｐｌｏｔ　到输出的数据点由杂乱无章逐渐集中到１６９ＡＭ调制的１６个点　附近　同时可以观察到Ｄｉｓｐｌａｙ模块中显示的错误数据数在增加　到某一数值后就停止增加　至此均衡器完成了训练过程．此时便　可以正确地对接收数据进行均衡处理　下图４给出了该训练过程中的四个瞬间星座图截图．它们是　系统分别完成３帧、６帧，９帧和１２帧训练序列以后．通过均衡器　均衡后的信号的星座图　、‘　誊　＾　一　～　～　……一——。“……“。……～　。　ｊ　≮　０　‘　图５跟踪模式中的均衡后信号星座图　ｔ　．　≯？　．　１　’　蠢　鼍。嬉ｊ　５结论　系统完成训练模式后．均衡器的参数基本接近最佳值．此时　系统可以准确的传送数据。观察Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块中的Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ模块的输出．第二项错误数据将不再增长．说明采用训　练后的系数进行均衡．能够得到误码极低的接收数据．均衡效果　显著　为了获得更好的均衡效果．需要付出的代价就是要额外传　输若干帧的训练序列．运算量会相应增大　。‘　遗　・　。’　。‘　参考文献：　［１］Ｈ．Ｗｉｔｓｃｈｎｉｇ，Ｔ．Ｍａｙｅｒ．Ａ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｒ．Ｗｅｉｇｅ１．Ｔｈｅ　Ａｄｖａｎ—　ｔａｇｅｓ　ｏｆ　ａ　Ｋｎｏｗ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｖｅ￣ｕｓ　Ｃｙｃｌｉｃ　Ｐｒｅｆｉｘ　ｆｏｒ　ａ　ＳＣ／ＦＤＥ　Ｓｙｓｔｅｍ　建．≯尊搿　．，　’母孽学＋　奢；　｛　ｎ　¨＾Ｗ　『Ｍ１．ＷＰＭＣ　２００２，５ｔｈ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ。Ｈｏｎｏｌｕｌｕ　Ｈａｗａｉｉ。Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００２，５　ｐａｇｅｓ　ｏｎ　ＣＤ．　（ｄ）１５帧　４练序列　　ｉｆ；…ｊ…　ｊ　一　～　ｉ一一　…矗　（ｃ）９帧　４练序　９　图４『２］宋铁成，尤肖虎，沈连丰．基于ＯＦＤＭ系统信号处理方式的　高速单载波系统『Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２００２，３２（２）：１５１—　１５５．　均衡后信号星座图　在完成了训练过程后．使系统工作在跟踪模式．此时的星座　图如图５所示　『３１施婷婷，周世东，姚彦．时变信道下频域均衡系统的干扰抑　制【Ｊ］．清华大学学报（自然科学版）．２００５，４５（３）：３２９—３３６．　ｆ４］刘谦雷。杨绿溪．单载波频域均衡与多载波ＯＦＤＭ误码性　能的理论比较【Ｊ】．电子与信息导报，２００５，３，４１１—４１４．　通过仿真可以看出．采用ＬＭＳ算法的频域均衡器．在训练过　程完成后．即可以自适应地针对信道特性而调整均衡系数．达到　很好的均衡效果。在训练过程足够长并且信道为非时变信道的情　（上接第３４页）　参考文献：　『１］徐超．Ｂ／Ｓ与Ｃ／Ｓ相结合的运动会管理系统『Ｊ］．石家庄学院　学报，２００６，（０６）．　能监控方式都是通过ＲＰＣ访问的方式来获取操作系统提供的资　源监控数据。另外．随着并发用户数目的不断提升．应用服务器可　能会产生相应的错误信息　根据这些错误信息．测试人员就可以　与开发人员进行相关的配合．来对应用系统进行修改或者对应用　系统的服务器配置参数进行优化调整．以满足更大的用户数目的　需求。在这里．可能出现的错误如应用服务器拒绝更多的用户连　『２１王丹玲．浅谈网络办公自动化系统的开发Ｕ１，太原城市职业　技术学院学报．２００４，ｆＳ２１．　『３］孙雯．基于Ｂ／Ｓ结构的学生成绩管理系统的设计与实现『Ｊ１．　安徽教育学院学报，２００６，ｆ０６）．　『４１沈延兵．江华．金健美，陶德坤．基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ的高校　接请求或者数据库的连接池已经被占用．测试人员可以修改相应　的限制要求。对服务器的配置参数或者应用系统进行相应的调　整。另外．在性能测试过程中．还可以长时问的并发访问应用系　统．检查系统是不是存在内存泄露以及有宕机的问题　学生勤工助学管理系统的实现『Ｊ１．教育信息化．２００４．（Ｏ６）．　『５１羊海潮．“建筑工程质量监督”管理信息系统分析『Ｊ】．大理师　专学报，２０００，（０２）．　『６］张钰，王坤侠．高校教务管理系统的研究与实现『Ｊ］．安徽电　子信息职业技术学院学报，２００７，ｆｏ４）．　７总结　网络办公为世人瞩目．其发展的必要性和重要性已不言而　喻。随着ＩＴ的日新月异．工作流管理的产品也是层出不穷．它的　『７１俞定国，杨军木．用ＡＳＰ和ＣＯＭ＋开发三层Ｂ／Ｓ结构数据库　系统『Ｊ１．绍兴文理学院学报，２００３，（Ｏ７）．　『８１丁哲．一体化的高校研究生信息管理系统的设计与实现『Ｊ１．　高等教育与学术研究。２００６，ｆ０１）．　『９１乔维德．基于ＢＳ／和ＣＳ／结构相结合的网上考试系统的设计　与实现『Ｊ］．天津电大学报，２００６，（ｏ４）．　主要特点是使处理过程自动化．随着计算机网络及其软件的发　展，为用计算机实现工作流管理提供了新的机遇　随着工作流技　术的不断拓展和成熟．工作流系统将成为企业信息环境中不可缺　少的软件平台．它最终将成为覆盖各台式机及网络操作系统的业　务操作系统　基于工作流管理网络办公自动化系统的开发和应　用．必将促进网络办公时代的实现．具有适用和推广价值　基于工　作流管理的办公系统具有很强的实用性．系统人机界面友好．操　作简单．使企业提高了工作效率．显示出强大的生命力　『１０１张新，蒋励，采用ＡＳＰ技术的网上数字电路课件『Ｊ１、电气电　子教学学报，２０００，（０２）　１９７