数字通信系统中自适应均衡技术

2019-01-14金鑫

通信电源技术 2019年4期

金鑫

（河南师范大学，河南新乡 453007）

0 引言

与模拟信号相比，数字通信信号更符合人们的使用习惯。数字通信系统抗干扰性强，可以消除叠加噪声。数字通信系统中，由于多种因素的影响，导致接收端产生码间干扰。工作人员往往采用均衡技术克服码间干扰。均衡分为频域均衡和时域均衡，数字通信系统中一般采用时域均衡。

1 数字通信的发展及发展趋势

1.1 数字通信的发展

数字通信的实质是“离散”和“数字”。在拨打电话的情况下，系统传输宽带使用过程中，如果模拟电话占用4kHz宽带，数字电话占用的宽带一般为模拟电话的5～15倍，即20～60kHz。数字通信系统需要在接收处安装一个同步系统，以控制接收端和发送端保持同步。由于数字通信系统的各种特点，其设备的体积较大，系统比较复杂。随着科技的飞速发展和微电子技术的不断创新，数字通信势必会取代模拟通信。目前，数字通信已经广泛应用于各个领域，其将会是未来社会通信发展的必然趋势。

1.2 数字通信的发展趋势

随着电子技术的不断发展和进步，数字通信设备不断创新。以往的数字通信设备一般是两个芯片组成的单路编译码器，现在基本上只需要一个芯片，朝着小型化的方向发展。随着设备的不断更新，成本随之缩减，系统实用性大大提高。数字通信发展可以促进全球的经济发展。目前，研究人员应着力于压缩频带，提高线路传输效率，这对数字通信的飞速发展发挥着重要作用。

1.3 数字通信的优缺点

1.3.1 数字通信的优点

信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号。基带信号是原始电信号的一种，是没有经过任何处理的最原始的一种信号。数字通信系统主要由信道、发送设备、信道、接收设备、信宿、信源编码和信道编码组成。数字通信系统的显著特性是抗干扰性和防噪声能力强，主要体现在消除微波通信中的噪音叠加。数字通信信号的传输状态处于离散形式。目前，移动通信、卫星通信等多个通信领域频繁应用数字通信。数字通信的保密性高于模拟信号，可以推动现代化技术的快速发展。

1.3.2 数字通信的弊端

任何技术都不是十全十美，数字通信也存在一定缺点。数字通信的频带利用率较低，占据的频带带宽较大。随着微电子技术的蓬勃发展，现代科技技术不断进步，数字通信系统的设备越来越精致，体积越来越小巧，使用更加轻便简单，但其复杂性仍然一成不变。

1.4 对比数字通信与模拟通信

对数字通信系统来说，远距离运输过程中，只有源源不断产生与原始信号相同的数字信号，才能保证不因距离远近影响通信质量。数字信号一般只有0、1两种状态，调制时更加便捷，变化速度较快。数字通信的保密性高于模拟通信。为了避免信息泄露，数字通信过程中只有解码器才能解开密码，即使每个人都观察到无线电通信内容，重要信息也不会泄露。此外，数字通信设备不仅耗电量低，而且出现故障的次数极少。

1.5 数字通信系统在现代化社会的应用

目前，随着经济体系的不断完善，社会上各个经济领域都极其重视数字通信系统，在数字信号的调制、调节和调解等方面倾注了大量人力、物力以及财力。随着社会的进步，数字通信用户日益增加，无论在何处都可以完成数字通信的信号传输，在日常生活中，主要体现在互联网视频、多媒体等方面。

2 数字通信系统中自适应均衡技术

自适应均衡技术中的均衡指信道特性均衡，一般利用接收端均衡器与信道相反的特性消除码间干扰。自适应均衡器的工作模式分为两种，一种是跟踪模式，另一种是训练模式。滤波器基于均衡器实现相应功能。失真脉冲通过均衡器和滤波器进行补偿，清除符号间干扰。为了准确消除符号间的干扰，均衡器需要周期性反复训练。起初，已知的固定长度训练序列由发送机发送，在均衡器的接收方可以形成正确配置。通信系统中的数据在不同时间段发出不同数据，当接收到数据时，通过均衡器的自适应均衡算法可以追踪不断变化的信道，自适应均衡器也会随着信道的变化不断调整滤波特性。均衡器的收敛功能通过改变参数完成，整个操作过程都采用均衡器算法。均衡器通常处于接收器的中频部位或者基带，人们可以在基带中模拟和实现自适应算法。此外，均衡器可以根据自适应均衡器的输出划分为分线性和非线性均衡技术。

3 自适应均衡技术的理论

3.1 自适应均衡器的基本原理

自适应均衡技术有两种结构形式，分别为横向结构和格形结构，但这两种结构都由若干级延迟线组成。线性横向均衡器级与级之间的延迟间隔为T，延迟的增加幅度一致。均衡器的结构及算法选择需要平台费用、功耗以及无线传播特性提供支撑，最简单的模式是只使用前馈延时传递函数即多项式。用户单元的电池使用时间极其关键，能够延长用户的通话时长。实际操作中，IIR型均衡器使用较少。因为IIR型均衡器不稳定，自适应过程中易移出单位圆外而造成均衡器不稳定[2]。

3.2 自适应均衡技术的特点

影响数字信号传输可靠性的决定性因素是码间干扰。信号处理技术可以防止码间干扰造成信号传输不准确，可以提高数据传输的可靠性。此技术通过滤波器重新建立新的原始信号，利用均衡器消除码间干扰，或者使用其他技术提高数据的准确性。移动信道具有不稳定性，会随着传播环境的变化而变化。自适应均衡技术也是自适应滤波技术中的一种。利用自适应均衡技术可以防止码间干扰造成信号不真实，也可以消除无线移动信道中的码间干扰[3]。无线信道属于多径信道，因为部分原始信号的延迟信号进入信道后，会在输出端叠加之前的原始信号。通常按照结构划分，可以将均衡器划分为三类，分别为最大似然序列估值器、判决反馈均衡和线性均衡器。日常工作中，前两类均衡器应用比较广泛，第三类相对较少。随着通信技术的不断进步和发展，自适应均衡技术被列为解决码间干扰的最佳方案，人们也在一步步认可和采纳自适应均衡技术[4]。