調(diào)制信號的自適應解調(diào)方法研究.pdf

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

2、無線局域網(wǎng)(WLAN)、非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)、有線電視網(wǎng)絡(CATV)等多種實際通信系統(tǒng)中，作為其物理層的傳輸技術。
　　 微電子技術的進步促進了全數(shù)字通信機的發(fā)展。調(diào)制器將待發(fā)送比特數(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解調(diào)為比特數(shù)據(jù)流。因此調(diào)制與解調(diào)器的數(shù)字化實現(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)字化實現(xiàn)時需要耗費

3、大量的數(shù)字邏輯資源。本文試圖運用自適應信號處理技術來解決調(diào)制信號的解調(diào)問題，以最典型的調(diào)制方式為例，來討論自適應解調(diào)問題，并給出自適應解調(diào)方法(ADEM)與傳統(tǒng)方法的性能比較。
　　 自適應信號處理技術是一種迭代的信號處理技術，它通過檢測系統(tǒng)輸出與期望信號之間的誤差，動態(tài)地以迭代方式調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使該誤差為最小。以自適應迭代方式調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的算法即為自適應算法。從數(shù)字實現(xiàn)的角度看，迭代法更有利于數(shù)字化實現(xiàn)，因為它通常只與上一時刻

4、的結果有關，迭代運算消耗的計算資源少。另外，自適應過程也是系統(tǒng)收斂、鎖定的過程，這種行為類似于解調(diào)器載波恢復回路中的鎖相過程。這正是本文為什么需要研究自適應解調(diào)方法的原因。文中的仿真分析結果對此進行了驗證。
　　 本文對幾種典型調(diào)制信號的自適應解調(diào)方法進行了探討，研究的重點不在于采用何種自適應算法或自適應算法本身的性能如何，而是針對某個自適應算法研究如何構造自適應解調(diào)的結構。本文主要結合最小均方誤差(LMS)自適應算法，研究幾種

5、主要的調(diào)制信號的自適應解調(diào)器結構及其性能，取得的研究成果如下：
　　 (1)分析了傳統(tǒng)的全數(shù)字通信接收機的結構，研究了前人的自適應解調(diào)方法的優(yōu)缺點，提出了二進制相移鍵控(BPSK)信號和多進制脈沖幅度調(diào)制（MPAM）信號的自適應解調(diào)方法。該方法采用LMS自適應算法提取調(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，實現(xiàn)復雜度下降，便于DSP實現(xiàn)。給出了計算機仿真結果。
　　 (2)提出了QAM和OFDM信

6、號的自適應解調(diào)方法并推導了一種實用算法。該方法采用LMS自適應算法從濾波器的權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)結果中增加了一項修正系數(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，實現(xiàn)復雜度下降，便于DSP實現(xiàn)。
　　 (3)提出了基于自適應陷波器的自適應時間同步方法，并對其性能進行了研究。該方法利用自適應陷波器來跟蹤輸入信號，當信號

7、從一個碼元變到另一個不同的碼元時，陷波器會從穩(wěn)態(tài)過渡到另一個狀態(tài)。過渡的起始時刻，陷波器輸出誤差發(fā)生較大的突變，提取該突變能獲得時間同步信息。本文推導了自適應時間同步的性能公式，并進行計算機模擬。該自適應時間同步方法的結構簡單，便于DSP實現(xiàn)，且具有較好的性能。
　　 (4)提出了一種基于自適應陷波器的自適應頻偏估計方法。利用自適應陷‘波器具有非常高Q值，能跟蹤已調(diào)的輸入信號，從其權系數(shù)中導出了信號的頻率偏移。以LMS自適應算法

8、為例，討論其頻偏估計結構和性能。
　　 (5)分析了常用的OFDM系統(tǒng)的信道估計方法，提出了OFDM系統(tǒng)中用自適應濾波方法實現(xiàn)在頻域對梳狀導頻的自適應插值，從而得到數(shù)據(jù)子載波處的信道估計。在此基礎上，又提出了自適應時頻聯(lián)合OFDM信道估計方法，該方法能充分利用OFDM信道的頻域相關性和時域相關性，因而能進一步提高信道估計性能。自適應時頻聯(lián)合信道估計解決了二維維納濾波信道估計計算量非常大，且需要已知某些信道信息（如自相關函數(shù)等）的