調(diào)制信號(hào)的自適應(yīng)解調(diào)方法研究.pdf

1、近年來數(shù)字通信技術(shù)得到了長足的發(fā)展。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)是數(shù)字通信技術(shù)的最基本也是最為關(guān)鍵的技術(shù)。常見的調(diào)制技術(shù)有頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、正交頻分復(fù)用調(diào)制(OFDM)等。隨著應(yīng)用的不同，這些基本的調(diào)制技術(shù)還衍生出許多變形的調(diào)制技術(shù)，如高斯最小頻移鍵控(GMSK)、多輸入多輸出正交頻分復(fù)用調(diào)制（MIMO-OFDM）等。這些調(diào)制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在第二代(2G)、第三代(3G)乃至第四代(4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)、

2、無線局域網(wǎng)(WLAN)、非對(duì)稱數(shù)字用戶線(ADSL)、有線電視網(wǎng)絡(luò)(CATV)等多種實(shí)際通信系統(tǒng)中，作為其物理層的傳輸技術(shù)。
　　 微電子技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了全數(shù)字通信機(jī)的發(fā)展。調(diào)制器將待發(fā)送比特?cái)?shù)據(jù)流調(diào)制成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ魏皖l譜，而解調(diào)器則是將從信道接收到信號(hào)解調(diào)為比特?cái)?shù)據(jù)流。因此調(diào)制與解調(diào)器的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)尤為重要。其中解調(diào)器涉及的功能單元較多，一般包括下變頻、低通濾波、載波誤差提取、環(huán)路濾波、壓控振蕩器等，其數(shù)字化實(shí)現(xiàn)時(shí)需要耗費(fèi)

3、大量的數(shù)字邏輯資源。本文試圖運(yùn)用自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)來解決調(diào)制信號(hào)的解調(diào)問題，以最典型的調(diào)制方式為例，來討論自適應(yīng)解調(diào)問題，并給出自適應(yīng)解調(diào)方法(ADEM)與傳統(tǒng)方法的性能比較。
　　 自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)是一種迭代的信號(hào)處理技術(shù)，它通過檢測系統(tǒng)輸出與期望信號(hào)之間的誤差，動(dòng)態(tài)地以迭代方式調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使該誤差為最小。以自適應(yīng)迭代方式調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的算法即為自適應(yīng)算法。從數(shù)字實(shí)現(xiàn)的角度看，迭代法更有利于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗ǔＶ慌c上一時(shí)刻

4、的結(jié)果有關(guān)，迭代運(yùn)算消耗的計(jì)算資源少。另外，自適應(yīng)過程也是系統(tǒng)收斂、鎖定的過程，這種行為類似于解調(diào)器載波恢復(fù)回路中的鎖相過程。這正是本文為什么需要研究自適應(yīng)解調(diào)方法的原因。文中的仿真分析結(jié)果對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 本文對(duì)幾種典型調(diào)制信號(hào)的自適應(yīng)解調(diào)方法進(jìn)行了探討，研究的重點(diǎn)不在于采用何種自適應(yīng)算法或自適應(yīng)算法本身的性能如何，而是針對(duì)某個(gè)自適應(yīng)算法研究如何構(gòu)造自適應(yīng)解調(diào)的結(jié)構(gòu)。本文主要結(jié)合最小均方誤差(LMS)自適應(yīng)算法，研究幾種

5、主要的調(diào)制信號(hào)的自適應(yīng)解調(diào)器結(jié)構(gòu)及其性能，取得的研究成果如下：
　　 (1)分析了傳統(tǒng)的全數(shù)字通信接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，研究了前人的自適應(yīng)解調(diào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)信號(hào)和多進(jìn)制脈沖幅度調(diào)制（MPAM）信號(hào)的自適應(yīng)解調(diào)方法。該方法采用LMS自適應(yīng)算法提取調(diào)制的相位信息或幅度信息，與傳統(tǒng)方法相比其性能接近相干解調(diào)性能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度下降，便于DSP實(shí)現(xiàn)。給出了計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。
　　 (2)提出了QAM和OFDM信

6、號(hào)的自適應(yīng)解調(diào)方法并推導(dǎo)了一種實(shí)用算法。該方法采用LMS自適應(yīng)算法從濾波器的權(quán)值直接提取單載波或多載波調(diào)制的幅度與相位信息，并在解調(diào)結(jié)果中增加了一項(xiàng)修正系數(shù)，無需等到濾波器完成收斂，只需有一定的迭代次數(shù)即可。理論分析與仿真結(jié)果表明，該方法與傳統(tǒng)方法相比其性能接近相干解調(diào)性能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度下降，便于DSP實(shí)現(xiàn)。
　　 (3)提出了基于自適應(yīng)陷波器的自適應(yīng)時(shí)間同步方法，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究。該方法利用自適應(yīng)陷波器來跟蹤輸入信號(hào)，當(dāng)信號(hào)

7、從一個(gè)碼元變到另一個(gè)不同的碼元時(shí)，陷波器會(huì)從穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)狀態(tài)。過渡的起始時(shí)刻，陷波器輸出誤差發(fā)生較大的突變，提取該突變能獲得時(shí)間同步信息。本文推導(dǎo)了自適應(yīng)時(shí)間同步的性能公式，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。該自適應(yīng)時(shí)間同步方法的結(jié)構(gòu)簡單，便于DSP實(shí)現(xiàn)，且具有較好的性能。
　　 (4)提出了一種基于自適應(yīng)陷波器的自適應(yīng)頻偏估計(jì)方法。利用自適應(yīng)陷‘波器具有非常高Q值，能跟蹤已調(diào)的輸入信號(hào)，從其權(quán)系數(shù)中導(dǎo)出了信號(hào)的頻率偏移。以LMS自適應(yīng)算法

8、為例，討論其頻偏估計(jì)結(jié)構(gòu)和性能。
　　 (5)分析了常用的OFDM系統(tǒng)的信道估計(jì)方法，提出了OFDM系統(tǒng)中用自適應(yīng)濾波方法實(shí)現(xiàn)在頻域?qū)κ釥顚?dǎo)頻的自適應(yīng)插值，從而得到數(shù)據(jù)子載波處的信道估計(jì)。在此基礎(chǔ)上，又提出了自適應(yīng)時(shí)頻聯(lián)合OFDM信道估計(jì)方法，該方法能充分利用OFDM信道的頻域相關(guān)性和時(shí)域相關(guān)性，因而能進(jìn)一步提高信道估計(jì)性能。自適應(yīng)時(shí)頻聯(lián)合信道估計(jì)解決了二維維納濾波信道估計(jì)計(jì)算量非常大，且需要已知某些信道信息（如自相關(guān)函數(shù)等）的