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基于FPGA的自适应均衡器的研究与设计

2014-06-03 14:45
夜隼008
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  近年来,自适应均衡技术在通信系统中的应用日益广泛,利用自适应均衡技术在多径环境中可以有效地提高数字接收机的性能。为了适应宽带数字接收机的高速率特点,本文阐述了自适应均衡器的原理并对其进行改进。最后使用FPGA芯片和Verilog HDL设计实现了自适应均衡器并仿真验证了新方法的有效性。

  信道均衡技术(Channel equalization)是指为了提高衰落信道中的通信系统的传输性能而采取的一种抗衰落措施。它主要是减小信道的多径时延带来的码间串扰(ISI)问题。其原理是对信道或整个传输系统特性进行补偿,从而达到系统传输的要求。在实际的通信系统中,信道的特性是未知的并且是不理想的,传统的均衡器无法满足系统的要求,自适应均衡器直接从传输的信号中,根据某种算法不断调整系统中滤波器的增益,来适应信道的随机变化,从而有更好的失真补偿性能,使均衡器总是保持最佳的工作状态。FPGA以其处理速度快、开发周期短、可重复修改、开发工具智能、支持并行处理等优点成为现代通信领域硬件设计的首选方式之一。基于FPGA实现的自适应均衡器能够更好地适应当前通信的发展要求,具有更广阔的应用前景。

  最小均方误差算法(LMS)是较常用的一种实现自适应均衡器的算法,也是FPGA实现自适应均衡器的最理想的算法,所以本文选择使用LMS算法设计均衡器。本文所设计的自适应均衡器是宽带数字接收机的一部分,为了满足宽带系统的高速率,实时性的特点,在算法设计,对LMS算法进行一定的改进。

  LMS算法基本原理

  LMS算法是基于最小均方差准则的维纳滤波器和最速下降法(method of steepest descent)提出的,其公式如下:

  y(n)=uT(n)w(n) (1)

  e(n)=d(n)-y(n) (2)

  w(n+1)=w(n)+2μe(n)u(n) (3)

  d(n)为期望输入信号,e(n)为误差,其中μ为步长因子,用以控制收敛速度与稳定性,LMS算法收敛的条件为:0

  LMS算法的基本步骤如下:

  步骤1,初始化w(0)=0,n=0;选择μ;

  步骤2,根据式(2)(3)计算误差e(n)和w(n+1);

  步骤3,若误差不满足要求,更新n=n+1,重复步骤2,若满足要求则停止迭代。

  下图为最小均方误差算法的原理框图。

基于FPGA的自适应均衡器的研究与设计

  图1 LMS算法的原理框图

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