2 2 2 Ξ 第 18 卷 　第 3 期 Vol. 18 　No. 3 【机械与电子】 重 　庆 　工 　学 　院 　学 　报 Journal of Chongqing Institute of Technology 2004 年 6 月 June. 2004 基于 LMS 算法的自适应均衡器的 MATLAB 实现 尹丽丽 , 吴跃东 (江苏省淮安信息职业技术学院 电子信息工程系 ,江苏 淮安 　223001) 摘要 : 介绍了基于最小均方算法 (LMS 算法) 的自适应均衡器的原理和结构 ,针对用硬件实现 LMS 算法的自适应均衡器存在的诸多缺点 ,利用 MATLAB 工具对各种结构形式的自适应均衡器在不同 信道模型下的收敛速度和精度进行仿真 ,并介绍了该仿真程序 。 关 键 词 : 自适应均衡器 ; LMS 算法 ; MATLAB 中图分类号 : TN914 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 :1671 0924 (2004) 03 0061 02 MATLAB Realization of Automatic Adaptive Equalizer Based on LMS Algorithm YIN Li li , WU Yue dong (Department of Electronic Information Engineering , Huaian Technical and Vocational School of Information , Huaian , 223001 , China) Abstract : This paper introduces the principle and structure of automatic adaptive equalizer based on LMS. As it has many dis advantages , MATLAB tool can be used to simutate the convergence rate and precision of au kinds of automatic adaptive equaliz er Under different informati channel madels. algorithm and the ways to realize it with MATLAB. Key words : automatic adaptive equalizer ; LMS algorithm ; MATLAB 0 　引言 在一个实际的通信系统中 ,基带传输系统不可能完全满足理想 的波形传输无失真条件 ,因而串扰几乎是不可避免的。当串扰造成 严重影响时 ,必须对整个系统的传递函数进行校正 ,使其接近无失 真传输条件。这种校正可以采用串接一个滤波器的方法 ,以补偿整 个系统的幅频和相频特性。如果这种校正是在频域进行的 ,称为频 域均衡 ;如果校正是在时域里进行 ,即直接校正系统的冲激响应 ,则 称为时域均衡。随着数字信号处理理论和超大规模集成电路的发 展 ,时域均衡正成为如今高速数据传输中所使用的主要方法。 1 　系统构成及工作原理 目前时域均衡的最常用方法是在基带信号接收滤波器之后插 入一个横向滤波器 ,它由一条带抽头的延时线构成 ,抽头间隔等于 码元周期 ,每个抽头的延时信号经加权送到一个相加电路汇总后 输出 ,其形式与有限冲激响应滤波器 (FIR) 相同 ,如图 1 所示。横 向滤波器的相加输出经抽样送往判决电路。每个抽头的加权系数 分别为 W - N , W - N +1 , …, WN , 输入波形的抽样值序列为{ Xk} , 输出波形的抽样值序列为{ Yk} ,则 yk = ∑ ……,2 N 。 WiXk - i , k = - 2 N , i = - N N 横向滤波器的特征完全取决于各抽头系数 , 而抽头系数的调 整有两种方法 :手工调整和自动调整。如果接收端知道信道的特 性 ,包括信道冲激响应或频率响应 ,一般采用比较简单的手动调整 方式。由于无线通信信道具有随机性和时变性 ,即信道特性事是未 知的 ,信道响应是时变的 ,这就要求均衡器必须能够实时地跟踪无 线通信信道的时变特性 ,可以根据信道响应自动调整抽头系数 ,我 们称这种可以自动调整滤波器抽头系数的均衡器为自适应均衡器。 收稿日期 :2003 作者简介 :尹丽丽 (1975 03 11 ) ,女 ,安徽人 ,主要从事电子设计自动化教育与研究. 

3 26 重 庆 工 学 院 学 报 图 1 　横向滤波器 　　由于自适应均衡器是对未知的时变信道做出补偿,因而它需 要有特别的算法来更新均衡器的抽头系数去跟踪信道的变化。 LMS 算法的判据是最小均方误差 , 即理想信号 d ( n) 与滤波器输 出 y ( n) 之差 e( n) 的平方值的期望值最小 ,并且根据这个判据来 修改权系数 Wi ( n) ,所以被称为最小均方算法(LMS) 。 令 N 阶 FIR 滤波器的抽头系数为 Wi ( n) ,滤波器的输入和输 出分别为 x ( n) 和 y ( n) ,则 FIR 横向滤波器方程可表示为 : N i = - 1 Wi ( n) X ( n - y ( n) = ∑ 误差信号 : e( n) = d ( n) - y ( n) 可以利用最优化方法中的最速下降法求最佳权系数向量的近 i) 似值。 最速下降法 ,即“下一时刻”权系数向量 W ( n + 1) 应该等于 ( n) “现时刻”权系数向量 W ( n) 加上一个负均方误差梯度 - 的比例项 ,即 : W ( n + 1) = W ( n) - μ μ为控制收敛速度与稳定性的常数 ,称之为收敛因子。 按照近似方法 , 直接取 e2 ( n) 作为均方误差 E[ e2 ( n) ] 的估 ( n) 计值 ,即 ^ ( n) = [ e2 ( n) ] = 2 e( n) [ e( n) ] [ d ( n) - WT( n) X ( n) ] = - X ( n) 又 [ e( n) ] = ^ ( n) = - 2 e( n) X ( n) 所以 于是 W ( n + 1) = W ( n) + 2μe( n) X ( n) 则自适应均衡器的框架图如图 2 所示 : 2 　MATLAB 实现 由于用硬件实现 LMS 算法的自适应均衡器存在功率消耗和 体积上都较大 ,实现起来复杂 ,升级困难等缺点 ,而 MATLAB 具有 丰富的库函数 ,语法简单 ,编程效率高等优点。利用 MATLAB 工具 可以对不同的信道模型进行仿真 ,并对各种结构形式自适应算法 的均衡器在不同信道模型下的收敛速度和精度进行仿真。基于 LMS 算法自适应均衡器的 MATLAB 仿真的程序如下 : ; 　y(n) = SUMw(k) n(n - k) 　　k = 0 ,1 ,2 , ……,63 图 2 　三抽头 LMS 算法自适应均衡 　　; 　　k = 0 ,1 ,2 , ……,63 e (n) ; 　e (n) = d(n) - y(n) ; ; 　w(k + 1) = w(k) + 2μ ; ;仿真时采用的参数如下 : ;isi = [0. 28 ,1 ,0. 28] ; 　　　　　%ISI 信道参数 %滤波器阶数 ;order = 63 ; %AWGN 信道信噪比 ;snr = 30 ; %训练序列长度 ;len = 1000 ; %调整步长 ;mu = 0. 02 ; ; M = (order - 1) / 2 ; N = len + length(isi) - 1 e = zeros(1 ,N) ; error = e ; out = zeros(1 ,N) ; mumber = 0 ; fori = 1 :100 　n = sign(rang(1 ,len) - 0. 5) ; 　noise = randn(1 ,N) / 10.^(snr/ 10) ;　　%加入 AWGN %FIR 滤波器输出 %采用 PN 码作为训练序列 (下转第 69 页) 

1 1 1 1 董宏成 ,等 :No. 7 信令在智能网 ( IN) 中的应用 1 1 1 96 5 　结束语 通信网的最终目标是实现无论任何人(Whoever) 、在任何时间 (Whenever) 和任何地方 (Wherever) 、以任何通信方式 (Whatever) 与 世界上的任何人(Whoever) 进行通信 ,即所谓的“5W”,这就是个人 通信。个人通信将各类通信业务与人联系起来 ,通过各种终端设 备随时随地为个人提供各种通信服务。而实现个人通信的关键技 术之一就是要建立发达的智能网。No. 7 信令是开放式的模块式 结构 ,它在智能网的交换通信中起着非常重要的作用。No. 7 信令 不仅仅在智能网、移动智能网中得到广泛应用 ,而且被应用到 IP 业务、ISDN 业务以及未来的第三代移动通信。要检测和维护好未 (上接第 62 页) 　y = conv(isi ,x) + noise ; y1’; 　wk = zeros(1 ,order) ; 　for n =order :N - M + 1 　　　　　　 %LMS 算法 　　　y1 = y(n + M - 1 : - 1 :n - m - 1) ; 　　　d1 = wk 　　　e (n) = x(n - 2) - d1 ; 　　　wk = wk + mu e (n) 　　　e (n) = 10 　end 　error = error + e end error = error(order :N - M + 1) / 100 ; 　　%误差 log10(ads(e (n) ) ) ; y1 ; 4 　结束语 自适应均衡器被广泛应用于数字通信系统中 ,而基于 LMS 算 来的这些通信网络 ,重要的就是要检测对网络高质量运行起神经 控制作用的 No. 7 信令 ,关键技术之一就是要开发出适合中国国情 的信令测试仪。 参考文献 : 版社 ,1996 [1 ] 　糜正琨 ,陈锡生 20 [2 ] 　杨晋儒 ,吴立贞 电出版社 ,2001 16 七号公路信令系统[M] 北京 :人民邮电出 No. 7 信令系统技术手册[ Z] . 北京 :人民邮 [3 ] 　盛友招. 现代交换技术[M] [4 ] 　元兆瑞 ,杨放春 北京 :机械工业出版社 ,2003 基于 INAP 的智能业务形式化描述和冲突 检测[J ] 通信学报 ,2001 ,22 (2) :87 92 (责任编辑 　彭 　熙) 法的自适应均衡器无论是设计还是实现都较为简单 ,利用 MAT LAB 软件来实现 ,还可以克服硬件电路的成本高、升级困难等缺 点 ,给系统的设计带来很大的方便。 参考文献 : [1 ] 　Adward B M 高会生译 MATLAB 原理与工程应用[ M] 北 京 :电子工业出版社 ,2002 [2 ] 　王金龙 无线通信系统的 DSP 实现[ M] 北京 :人民邮电出 版社 ,2002 [3 ] 　Adrian B MATLAB for engineers[ M] USA :Addison WesleyLong man Inc ,2002 [4 ] 　曹志刚 ,钱亚生 现代通信原理[ M] 北京 :清华大学出版 社 ,1992 [5 ] 　樊昌信 通信原理[M] 北京 :国防工业出版社 ,1995 (责任编辑 　彭 　熙)