通信原理与matlab仿真v2 第十七章 信道均衡(1)时域均衡之总体介绍和代码

本科阶段的《通信原理》课本中确实提及了相关知识，我们先来看一下理论内容。分内容相对来说难度较大。不仅需要通信原理的知识，还需要数字先要处理的知识。很多学校的学生在学通学原理的时候，还没有把数字像处理的知识学统透。因此在理解这方面知识的时候，会有很大程度的困难。历经三年时间的写作和修改，才有了本系列文章，力求在文章中把这些难点讲清楚。本文最后会给出两种均衡算法的仿真程序！

实际通信产品中这个函数如何实现呢？不急，先把理论了解清楚，再写代码也不晚！

在无线通信系统中，由于传输带宽较大时，无线通信的可靠性受到多径传播过程将导致频域选择性衰落的严重影响。因此研究如何提高系统传输性能和寻找有效的方式抵抗多径效应是十分重要的。当前常用主要抵抗多径传输体制技术可以分为并行体制和串行体制也就是多载波和单载波两类传输体制。 

之所以在当今多载波传输技术快速发展的情况下，单载波技术依然得到普遍重视是由于单载波传输技术已经存在了多年，各方面的研究都趋于成熟阶段。均衡模块是多载波和单载波系统之所以能够较好克服码间干扰主要因素，其中单载波时域系统的均衡过程是在时域进行的。在信道多径延时较大的情况下进行通信，为了得到较好的均衡后的数据，时域均衡滤波器的抽头阶数会很大，随着抽头阶数的增大，计算复杂度也随之增加，实现难度自然会增加。下面看看时域均衡滤波器的架构。

滤波器的概念来了！在数字信号处理中这是重要概念！FIR滤波器在通信中的应用太广了！如何实现这个滤波器呢？难度在于滤波器系数的求取，实现过程就是卷积！

对于本科生而言，这部分内容难度有点大，我试图通过简单有效的讲解结合仿真代码让大家能够彻底搞懂这部分内容。2023年9月，有位同学考研的科目里面包含了此部分，因此需要把这部分文章赶紧发布，助力考研！从今年开始，我将再次讲解《通信原理》课程，依旧是理论结合工程经验的讲解方式，力求让知识学起来不那么空洞。无奈精力有限，直到2025 年才正式发布。

本人在研制GMSK调制方式的时候做过频域均衡，并且用在了产品中。在实际产品中，时域均衡有些劣势导致实用性不高，但作为通信领域的一个重要知识点还是有掌握的必要性，当然我会基于产品的实用角度进行讲解！

在无线通信系统中，均衡器常被放在无线接收机的基带或中频部分实现。因为基带包络的复数表达式可以描述带通信号波形，所以信道响应、解调信号和自适应均衡器的算法通常都可以在基带部分被仿真和实现。之前是均衡原理图，那么在通信系统中会如何使用呢？

理论的实际应用！

公式(7-5)表明均衡器实际上是传输信道的反向滤波器。如果传输信道是频率选择性的，那么均衡器将增强频率衰落大的频谱部分，而削弱频率衰落小的频谱部分，以使所收到的频谱的各部分衰落趋于平坦，相位趋于线性。对于时变信道，自适应均衡器可以跟踪信道的变化，以使公式(7-5)基本满足。

采用频域均衡需要做傅立叶变换将时域信号变换到频域，频域均衡过程采用的是数乘，所以其计算复杂度满足与信道的最大延时呈线性增长。这里就不做讲解了！

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这是当时在南通院（现在更名为陆军工程大学）做短波通信的一帮教授写的，很具有实践意义！强烈推荐！如果你需要，请给我留言写下你的邮箱。

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均衡技术分类！

均衡技术可被分为两类：线性均衡和非线性均衡。这两类的判别主要在于自适应均衡器的输出被用于反馈控制的方法。通常，模拟信号经过接收机中的判决器，然后由判决器进行限幅或阈值操作，并决定信号的数字逻辑值。如果数字逻辑值被应用于反馈逻辑中并帮助改变了均衡器的后续输出，那么均衡器是非线性的。实现均衡的滤波器结构有许多种，而且每种结构在实现时又有许多种算法。下图按均衡器所用的类型、结构和算法的不同，对常用的均衡技术进行了分类。

时域均衡属于横向滤波器，可以实现线性和非线性均衡，看你怎么用了！再来看看自适应均衡的概念！

自适应均衡器的结构可以是 IIR 型结构，也可以是 FIR 型结构。但在实际应用中，一般都采用 FIR 型。其主要原因是 FIR 结构的自适应技术实现更容易，其加权系数的修正就调节了均衡器的性能，同时还可以保证其稳定性。IIR 型均衡器则存在不稳定性问题，当进行自适应处理过程中出现极点移出单位圆之外时，会使均衡器产生不稳定。课本《通信原理》里面的框图就是FIR滤波器，这是典型的数字信号处理知识！这两门课程相辅相成！

横向型结构是在大多数应用情况下所采用的最主要的自适应均衡器结构，这种滤波器在可用的类型中是最简单的，它把所收到信号的当前值和过去值按滤波系数（即权重）作线性迭加，并把生成的和作为输出。这和下面的课本内容是对应的！

在大学学习过程中或者考研阶段，很多人只需会做题！这种方式到了研究生阶段就会展现它的弊端！工科生既要能做题，也要能把理论和实践结合！

看到这，感觉是不是就是卷积运算啊？很多知识可以做到融会贯通！架构讲完了，该讲什么了呢？

算法程序出场了！

自适应均衡器除包括一个按照某种结构设计的滤波器，还有一套自适应算法。自适应算法是根据某种判据来设计的。最常用自适应均衡器算法有迫零算法、LMS算法和 RLS算法及它们的各种改进算法。

横向滤波器结构的自适应均衡器特性完全取决于各抽头系数，而抽头系数的确定则依据均衡的效果。为此，首先要建立度量均衡效果的标准。看看《通信原理》怎么讲这部分内容的！

某种算法？后面会提及！还有做题练习哦！