通信信號(hào)處理-水聲信道盲均衡算法綜述

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1、通信信號(hào)處理作業(yè)水聲信道盲均衡算法綜述班級(jí)：Y150502姓名：龐永麗學(xué)號(hào)：S1505047水聲信道盲均衡算法綜述摘要：簡(jiǎn)述了水聲信道盲均衡算法的研究背景，概述了基于Bussgang類(lèi)盲均衡算法、基于高階譜類(lèi)盲均衡算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)盲均衡算法的研究現(xiàn)狀，并指出了其今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：盲均衡；Bussgang；高階譜；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一、研究背景隨著陸地資源逐漸地枯竭，人們把目光投向了資源豐富的海洋，海洋在人類(lèi)的活動(dòng)中占有越來(lái)越重要的地位。而在對(duì)海洋進(jìn)行的每一項(xiàng)軍事與民用開(kāi)發(fā)活動(dòng)中，都離不開(kāi)通信與數(shù)據(jù)傳輸。山于海水是電的導(dǎo)體，光波與電磁波在海水中衰

2、減都很大，傳播距離十分有限，聲波成為水下無(wú)線通信唯一的有效手段。在有限帶寬的水聲信道中通信時(shí)，多徑傳播會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的碼間干擾，而碼間干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量，因此必須米用自適應(yīng)均衡技術(shù)以克服。傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡算法和結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)比較成熟，但是傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡技術(shù)存在一些難以克服的缺點(diǎn)。(1)一旦信道的特性發(fā)生改變，自適應(yīng)均衡器就需要重新發(fā)送訓(xùn)練序列，更新均衡器的抽頭系數(shù)，不利于實(shí)時(shí)通信。(2)傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡技術(shù)在進(jìn)行正式通信前要發(fā)送訓(xùn)練序列訓(xùn)練均衡器的抽頭系數(shù)，但是有些場(chǎng)合比如潛艇間的軍事通信，根本無(wú)法獲得訓(xùn)練序列，這時(shí)，自適應(yīng)均衡技術(shù)便無(wú)能為

3、力。(3)每建立一個(gè)新的通信就要重新發(fā)送新的訓(xùn)練序列更新抽頭系數(shù)。因此在一對(duì)多的通信中，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器的通信因?yàn)槟撤N因素中斷時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器的通信也將受到影響。這些缺點(diǎn)和不足導(dǎo)致了傳統(tǒng)自適應(yīng)均衡技術(shù)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代通信的要求，特別是帶寬有限的水聲信道的通信要求。盲均衡技術(shù)不需要在通信之前發(fā)送訓(xùn)練序列，直接利用接收信號(hào)的高階統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行均衡，因而通用于水聲信道，所以很多專(zhuān)家和學(xué)者開(kāi)始重視盲均衡技術(shù)的研究。與傳統(tǒng)自適應(yīng)均衡技術(shù)不同，盲均衡是一種利用接收信兮高階統(tǒng)計(jì)量的本身自適應(yīng)的均衡技術(shù)，能夠根據(jù)接收到信號(hào)的統(tǒng)計(jì)信息恢復(fù)出原始的發(fā)送信號(hào)。在帶

4、寬有限的水聲信道中，盲均衡技術(shù)能夠節(jié)省帶寬，從而有更多的帶寬可以用來(lái)通信，提高了通信的效率，而且在傳統(tǒng)自迅應(yīng)均衡技術(shù)無(wú)能為力的情況下，盲均衡技術(shù)依然可以有效地工作，以保證正常的通信。綜上所述，盲均衡器因不需要訓(xùn)練序列，應(yīng)用范圍更為廣泛。因此本文選取盲均衡作為研究對(duì)象。一、研究現(xiàn)狀自日本學(xué)者Y.Sato在1975年首次提出了“自恢復(fù)均衡”的概念后，各國(guó)學(xué)者紛紛投入到該項(xiàng)研究，根據(jù)不同的應(yīng)用背景，運(yùn)用到心得數(shù)學(xué)理論和優(yōu)化方法，提出了多種盲均衡算法，大致分為以下幾類(lèi)。2.1基于Bussgang技術(shù)的盲均衡算法Bussgang算法是先建立一個(gè)誤差函數(shù)(

5、或代價(jià)函數(shù))，使得理想系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于該目標(biāo)函數(shù)的極小值點(diǎn)，然后采用某種自適應(yīng)算法尋找誤差函數(shù)的極值點(diǎn)。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)達(dá)到極值點(diǎn)后，系統(tǒng)也就成為期望的理想系統(tǒng)。最早的Bussgang算法是Y.Sato[4]提出的適用于PAM系統(tǒng)的Sato算法。A.Benveniste[5]在研究Sato算法的基礎(chǔ)上，于1980年提出了BGR算法，把Sato算法推廣到QAM系統(tǒng)。1980年D.N.Go-dard[6]又提出了Godard算法，它是通過(guò)調(diào)節(jié)均衡器的抽頭增益使代價(jià)函數(shù)為最小，其代價(jià)函數(shù)由傳輸信號(hào)的高階統(tǒng)計(jì)特性來(lái)構(gòu)造。當(dāng)代價(jià)函數(shù)中的p為2時(shí)，Godard算法變?yōu)?/p>

6、常量模板算法[7]。該算法韌性好，代價(jià)函數(shù)僅與接收信號(hào)的幅值有關(guān)，而與相位無(wú)關(guān)，但存在著收斂速度慢，有誤收斂現(xiàn)象等，使其應(yīng)用受到一定限制。1990年O.Shalvi和Wein-stein[3]創(chuàng)立了SW理論，證明在系統(tǒng)輸入輸出平均功率相等的約束條件下，系統(tǒng)輸入、輸出的峰態(tài)相等是系統(tǒng)為理想系統(tǒng)的充要條件。該理論揭示了系統(tǒng)輸入、輸出之間的一般規(guī)律，即輸出信號(hào)的峰態(tài)總是小于輸入信號(hào)的峰態(tài)。1987年G.Picchi和G.Prati[8]提出Stop-and-Go算法。該算法結(jié)合了判決法和Sato算法的優(yōu)點(diǎn)，具有計(jì)算簡(jiǎn)單，收斂速度快，殘差小等特點(diǎn)。但代

7、價(jià)函數(shù)中出現(xiàn)了待定參數(shù)，它由實(shí)驗(yàn)確定，因而不易得到它的最佳值，使得應(yīng)用受到限制。近幾年來(lái)，一些學(xué)者對(duì)原有的算法進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，文獻(xiàn)[26]提出相應(yīng)的收斂性能好、實(shí)用性強(qiáng)的基于不同誤差函數(shù)的常數(shù)模算法，聯(lián)合盲均衡算法，以及基于空間分集的盲均衡算法。文獻(xiàn)[27]提出了一族新Bussgnag類(lèi)盲均衡算法統(tǒng)一形式的代價(jià)函數(shù)，該代價(jià)函數(shù)具有明確的數(shù)學(xué)意義，包括了經(jīng)典的Deciiso-niDercted算法，Sato算法，CMA算法及其變種。根據(jù)該代價(jià)函數(shù)，可以設(shè)計(jì)出新類(lèi)型的Bussgang盲均衡算法，這種算法明顯提高了收斂速度。文獻(xiàn)[28]提出一類(lèi)新

8、的Bussgang指數(shù)拓展多模算法，進(jìn)一步降低傳統(tǒng)Bussgang類(lèi)盲均衡算法收斂時(shí)的穩(wěn)態(tài)。文獻(xiàn)[29]提出一種適用于高階QAM系統(tǒng)的新Bussgan