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研究生:張志強
研究生(外文):Chih-Chiang Chang
論文名稱:盲蔽適應性等化器的設計
論文名稱(外文):Design of Blind Adaptive Equalizer
指導教授:洪賢昇
指導教授(外文):Hsien-Sen Hung
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:等化器盲蔽式適應性週期平穩頻譜線最小均方演算法遞迴最小平方演算法
外文關鍵詞:equalizerblindadaptivecyclostationaryspectral lineLMS algorithmRLS algorithm
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在無線通訊系統中,接收端必須使用等化器來消除因多重路徑傳播的通道效應所造成的符元間際干擾。盲蔽式等化器的目的,便是只要在已知接收訊號的情況下,就能將發射的訊息序列正確的估測出來而不需要訓練序列的幫助。
在本論文中,我們提出了一個新的方法來設計盲蔽適應性等化器。此方法是利用通訊訊號的週期平穩(cyclostationary)特性並且結合了鎖相迴路來設計盲蔽適應性等化器。傳送訊號是經過升餘弦濾波器的脈波整形之正交相位移鍵(QPSK)調變訊號。所提出的盲蔽適應性等化器分別使用最小均方(LMS)與遞迴最小平方(RLS)演算法則,將轉換後的順向濾波器輸出訊號與由鎖相迴路得到的複指數參考訊號之間的誤差訊號最小化,並使用基於LMS演算法的逆向濾波器作為決策迴授等化之用。由於所提出的盲蔽適應性等化器不需要使用訓練序列,能夠達到比傳統訓練式等化器快速的收斂速度及在高訊雜比下有較佳的位元錯誤率,並且有較高的頻寬效益,能提昇通訊的容量與品質。為了評估所提出的等化器之效能,利用電腦模擬的方式來探討此等化器在穩態及非穩態通道下的性能。

關鍵字:等化器、盲蔽式、適應性、週期平穩、頻譜線、最小均方演算法、遞迴最小平方演算法
In wireless communication systems, equalizer is needed to suppress the intersymbol interference (ISI) caused by the channel effect of multipath propagation. The purpose of blind equalizer is to correctly estimate the transmitted message sequences directly from the received signal without the help of training sequences.
In this paper, we propose a novel method, that exploits the cyclostationary property of communication signals and uses the phase-locked loop, to design a blind adaptive equalizer. The Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulated signal with pulse shaping obtained by the raise cosine filter is used as the transmitting signal. The proposed blind adaptive equalizer uses the least-mean-square (LMS) and recursive least-squares (RLS) algorithms to minimize the error signal between the transformed feed forward filter output signal and a complex exponential signal extracted from the phase-locked loop as well as a LMS-based feedback filter for decision-feedback equalization.
Because the proposed blind adaptive equalizer can perform equalization without using training sequences, it exhibits faster convergence speed and better bit-error rate at high signal-to-noise ratios than conventional equalizers which need usage of training sequences, thus achieving higher spectral efficiency. Therefore, the proposed equalizer can improve communi- cation quality and increase the capacity. To evaluate the performance of the proposed equalizer, computer simulations were carried out for the cases of stationary and nonstationary channels.

Keywords:equalizer, blind, adaptive, cyclostationary, spectral line, LMS algorithm, RLS algorithm.
目錄

第一章 緒論 1
1.1 簡介……………………………………………………… 1
1.2 研究動機………………………………………………… 2
1.3 各章節內容概述………………………………………… 3

第二章 等化器概論 5
2.1 傳統適應性等化器……………………………………… 5
2.1.1 線性橫向等化器………………………………… 8
2.1.2 決策迴授等化器………………………………… 10
2.2 適應性演算法…………………………………………… 11
2.1.1 最小均方(LMS) 演算法………………………… 11
2.2.2 遞迴最小平方(RLS) 演算法…………………… 14
2.3 傳統盲蔽式等化器……………………………………… 16
2.3.1 Sato類型的盲蔽式等化器……………………… 18
2.3.2 Godard類型的盲蔽式等化器…………………… 19

第三章 頻譜線與鎖相迴路 22
3.1 發射端訊號之分析……………………………………… 22
3.1.1 正交相位移鍵(QPSK)…………………………… 22
3.1.2 脈波整形………………………………………… 24
3.2 頻譜線(Spectral Line) 的產生……………………… 27
3.2.1 降頻共軛乘積處理……………………………… 28
3.3 鎖相迴路………………………………………………… 29

第四章 結合鎖相迴路的盲蔽適應性等化器 34
4.1 順向濾波器權重更新演算法…………………………… 35
4.1.1 使用LMS 演算法………………………………… 36
4.1.1 使用RLS 演算法………………………………… 37
4.2 逆向濾波器權重更新演算法…………………………… 38
4.3 電腦模擬結果與分析…………………………………… 40
4.3.1 穩態通道(Stationary channel)……………… 41
4.3.2 非穩態通道(Nonstationary channel) ……… 48

第五章 結論與未來展望 51

參考文獻……………………………………………………… 53

圖表目錄

圖2.1 適應性等化器架構圖 ……………………………… 6
圖2.2 橫向濾波器結構圖 ………………………………… 6
圖2.3 等化器的類型 ……………………………………… 7
圖2.4 決策迴授等化器結構圖 …………………………… 9
圖2.5 決策迴授等化器架構圖 …………………………… 11
圖2.6 決策迴授等化器等效架構圖 ……………………… 12
圖2.7 盲蔽等化器架構圖 ………………………………… 17
圖3.1 QPSK 調變訊號相位圖……………………………… 23
圖3.2 傳統的QPSK 調變器方塊圖………………………… 23
圖3.3 升餘弦濾波器在不同r值的頻率響應……………… 25
圖3.4 升餘弦濾波器在不同r值的脈衝響應……………… 26
圖3.5 加上脈波整形的QPSK 調變器方塊圖……………… 26
圖3.6 (a)未經過脈波整形之QPSK調變訊號的功率頻譜… 27
圖3.6 (b)經過脈波整形之 QPSK 調變訊號的功率頻譜… 27
圖3.7 經過降頻共軛乘積處理後所產生含頻譜線訊號的
功率頻譜圖 ………………………………………… 29
圖3.8 鎖相迴路之示意圖 ………………………………… 30
圖4.1 盲蔽適應性等化器架構圖 ………………………… 34
圖4.2 LTE、DFE及CME之電腦模擬架構圖………………… 40
圖4.3 Channel 1之(a)脈衝響應圖(b)極零圖(c)振幅響
應圖(d)相位響應圖………………………………… 41
圖4.4 Channel 2之(a)脈衝響應圖(b)極零圖(c)振幅響
應圖(d)相位響應圖………………………………… 42
圖4.5 Channel 3之(a)脈衝響應圖(b)極零圖(c)振幅響
應圖(d)相位響應圖………………………………… 43
圖4.6 在Channel 1中,各等化器的學習曲線圖………… 45
圖4.7 在Channel 1中,各等化器的位元錯誤率………… 45
圖4.8 在Channel 2中,各等化器的學習曲線圖………… 46
圖4.9 在Channel 2中,各等化器的位元錯誤率………… 46
圖4.10 在Channel 3中,各等化器的學習曲線圖………… 47
圖4.11 在Channel 3中,各等化器的位元錯誤率………… 47
圖4.12 時變通道下,盲蔽適應性等化器與決策迴授等化
器的學習曲線圖 …………………………………… 49
圖4.13 時變通道下,各等化器的位元錯誤率 …………… 49
圖4.14 時變通道下,盲蔽適應性等化器輸出訊號的分佈
圖 …………………………………………………… 50

表3.1 第k時刻,鎖相迴路處理的運算式………………… 33
表4.1 使用RLS演算法的順向濾波器權重更新演算法…… 38
表4.2 盲蔽適應性等化器演算法 ………………………… 39
表4.3 訊號源規格表 ……………………………………… 40
表4.4 盲蔽適應性等化器參數表 ………………………… 44
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