基于點(diǎn)判決域的多模盲均衡算法及其FPGA實(shí)現(xiàn)

摘 要： 恒模算法無法克服信號的相位失真問題，且穩(wěn)態(tài)誤差大；修正恒模算法可以恢復(fù)信號相位，但均衡器收斂后，穩(wěn)態(tài)誤差依然很大。針對這一問題，提出一種基于點(diǎn)域判決的多模盲均衡算法，算法利用信號的判決值，在不增加設(shè)備復(fù)雜性的前提下，可以降低均衡器的穩(wěn)態(tài)誤差。給出了多模算法的FPGA設(shè)計(jì)方案，基于Xilinx公司的ISE設(shè)計(jì)平臺，在Modelsim中進(jìn)行了時(shí)序仿真分析，并和MATLAB仿真進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明盲均衡器可以克服信號的幅度和相位失真，并且具有穩(wěn)態(tài)誤差低的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 恒模算法；修正恒模算法；多模算法；FPGA實(shí)現(xiàn)

盲均衡由于無需使用訓(xùn)練序列，有效地提高了頻帶利用率，因而在高速衛(wèi)星通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。在各種盲均衡算法中，恒模算法CMA(Constant Modulus Algorithm)[1]因其實(shí)現(xiàn)簡單、性能穩(wěn)定而備受重視。CMA只利用了信號的幅度特性，無法克服相位失真問題，文獻(xiàn)[2]提出的修正恒模算法MCMA(Modified Constant Modulus Algorithm)可以恢復(fù)信號相位，但穩(wěn)態(tài)誤差性能改善有限。本文在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出一種基于點(diǎn)判決域劃分的多模盲均衡算法。
隨著FPGA器件規(guī)模、處理速度的發(fā)展，它在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛，文獻(xiàn)[3，4]討論了FPGA在數(shù)字調(diào)制和載波跟蹤方面的應(yīng)用。本文選用Xilinx公司的ISE設(shè)計(jì)平臺，對多模盲均衡算法進(jìn)行FPGA的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使其可以應(yīng)用在實(shí)際的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。

均衡器權(quán)系數(shù)向量的更新方程采取式(2)的隨機(jī)梯度下降算法。
圖1表示三種算法的均衡原理。圖1(a)是CMA的工作原理，CMA使均衡器的輸出向圖中固定半徑的圓逼近，只考慮了信號的幅度信息，故均衡器收斂后穩(wěn)態(tài)誤差大；圖1(b)是MCMA的工作原理，MCMA使輸出信號的實(shí)部左右兩條線靠攏，虛部向上下兩條線逼近，該算法考慮了信號的相位信息，因此可以克服信道特性以及載波偏移引起的相位失真；圖1(c)是MMA的工作原理，均衡器使信道輸出向最為接近的星座點(diǎn)逼近，因此均衡器收斂后，可以獲得最小的穩(wěn)態(tài)誤差。