水声信道盲均衡器优化设计与仿真

周巧喜　郭业才

摘要：针对水声信道高速数据传输中的码间干扰问题，设计了一种基于小波包变换的分数间隔盲均衡器，优化均衡器性能，以提高水下通信质量。采用具有过采样性质的分数间隔均衡器，减少了波特间隔均衡器常数模算法（CMA）的稳态误差，又加快了其收敛速度；并利用去相关性较强的小波包理论，进一步加快了分数间隔盲均衡器算法（FSE-CMA）和小波分数间隔均衡器算法（WT-FSE-CMA）的收敛速度。水声信道的仿真结果，验证了该均衡器的良好性能。

关键词： 均衡器； 小波包变换； 分数间隔； 常数模算法； 码间干扰

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）07-1528-04

1 概述

水下通信系统中，带宽受限和多径传播引起的码间干扰是影响通信质量的一个重要因素，需要有效的信道均衡技术来消除[1]。由于盲均衡技术不需要发射周期性的训练序列，因些盲均衡技术是克服码间干扰的有效手段。在盲均衡算法中，基于波特间隔均衡器的常数模算法因为结构简单、运算量小，被广泛使用。但其在使用过程中仍然会存在稳态误差大、收敛速度慢等诸多缺点。基于分数间隔盲均衡器的常数模算法，在接收端以大于发送码元T（T为波特间隔）的速率对接收信号进行采样，改善了均衡器的性能[2]，但其并未降低均衡器输入信号的自相关性。信号的自相关性是影响算法收敛速度的主要原因之一，相关性越高，收敛越慢。文献[3-4]的研究表明：在自适应均衡中，采用小波变换可以降低自相关性，进一步加快收敛速度。但是小波变换仅对信号的低频分量进行分解，而小波包變换对信号的高、低频分量均进行分解，因此去相关能力更强，均衡的效果会更好。

本文将采用分数间隔的均衡器结构，并引入小波包理论，设计了一种基于小波包的分数间隔均衡器，进而得到了基于正交小波包变换的分数间隔常模盲均衡算法。该算法在收敛速度与稳态误差方面的性能， 优于波特间隔均衡器的常数模算法（CMA）和T/2分数间隔均衡器的常数模盲均衡算法（FSE-CMA），以及基于正交小波变换的T/2分数间隔均衡器常数模盲均衡算法。

2 分数间隔均衡器

5 结论

在水下通信中，信道的时变多途效应和环境噪声造成了接收信号的失真及通信系统中均衡器性能的下降，严重影响了水下通信质量。因此，该文以常数模算法为基础，采用分数间隔均衡器，并结合正交小波包变换理论，设计了一种基于小波包的分数间隔均衡器，进一步优化了水声信道均衡器的性能。水声信道的仿真结果表明：与波特间隔均衡器的CMA算法、分数间隔均衡器的CMA算法和小波变换的分数间隔均衡器CMA算法相比，新均衡器的性能显著提高：既减少了稳态误差，同时大幅度加快了收敛速度。因此，在水下通信中，新均衡器的应用前景更为广泛。

参考文献：

[1] 艾慧宇， 惠俊英， 高静. 水声信道相关均衡器仿真研究[J]. 声学学报， 1999， 24 （6） ： 589-597.

[2] Ding Z. O n convergence analysis of fractionally spaced adaptive blind equalizers [J]. IEEE Trans Signal Processing， 1997， 45： 650-657.

[3] Cooklev T. An Efficient Architecture for Orthogonal Wavelet Transforms [J]. IEEE Signal Processing Letters （S1070-9980）， 2006， 13（2）： 77-79.

[4] 张代华， 朱志宇. 基于小波包变换的非线性自适应均衡器算法[J]. 江苏科技大学学报：自然科学版， 2007， 21 （1） ： 48-51.

[5] 高敏， 郭业才， 刘振兴， 等. 基于正交小波变换分数间隔的神经网络盲均衡算法[J]. 数据采集与处理， 2011， 26 （2） ： 128-134.

[6] 郭业才， 杨超. 基于正交小波变换的分数间隔盲均衡算法[J]. 数据采集与处理， 2011， 26 （3） ： 247-252.

[7] 杨超， 郭业才. 基于正交小波包变换的水声信道盲均衡算法[J]. 系统仿真学报，2009， 21 （22） ： 7225-7228.