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基于信道估計的改進單載波頻域塊LMS算法研究
1 引言
在現代通信系統中，由于多徑效應引起碼間干擾，多徑時延擴展到數十到數百個符號，從而導致接收信號的波形失真引起誤碼。均衡是現代通信中廣泛采用的消除碼間干擾，減小系統的誤碼率的一種常用技術。它是將接收機的均衡器產生與信道相反的特性，用來抵消由信道時變多徑傳播特性引起的碼間干擾(ISI)。在對抗多徑衰落信道方面，基本的傳輸技術可以分為單載波和多載波兩大類。
在多載波技術中，典型代表是正交頻分復用(OFDM)技術，它通過IFFT(快速傅立葉反變換)變換將原始的數據符號調制到正交的子載波上，頻譜利用率高，系統復雜度較低。
但對定時誤差和載波同步比較敏感，峰均功率比(PAPR)較大。
單載波系統時域均衡的方式是利用波形補償的方法將失真的波形直接加以校正， 如線性均衡(LE)和判決反饋均衡(DFE)。單載波時域均衡技術已經在有線和無線通信中得到廣泛的應用，但是時域均衡器復雜度與信道最大時延擴展成正比，時延擴展越大，需要的抽頭階數越高，因此增加了實現難度[1].
單載波頻域均衡(SC-FDE,Single Carrier Frequency -Domain Equalization)是解決寬帶無線通信系統中多徑衰落問題的一個比較新的方案，近年來對單載波頻域均衡的研究逐漸增多，并且在IEEE 802.16 無線城域網中，將OFDM 技術和基于單載波頻域均衡的傳輸方案納入標準[2].單載波頻域均衡技術綜合了單載波調制和OFDM 的優點，是一種很有競爭力的對抗多徑衰落信道的技術。
單載波頻域均衡在接收端使用FFT(快速傅立葉變換)變換對數據塊進行處理，大大降低了接收端的復雜性，提高了系統效率，常見的有線性均衡，頻時混合的判決反饋均衡，頻域塊最小均方等算法。由于SC-FDE 在系統的初始化啟動過程中收斂速度較慢，因此本文將通過引入基于滑動相關的信道估計的算法的改進來提高收斂速度，來使系統更快達到穩定性，使用仿真分析和實際應用來驗證改進算法的特性。
2 單載波頻域均衡算法原理
單載波頻域系統如圖1 所示。在發射端，輸入數據經過映射(4QAM 或16QAM 等方式)后，加上幀頭(PN 序列)組成幀，然后經過信道發出。在接收端，去掉幀頭，通過FFT 和IFFT變換來實現頻域均衡，再通過對信號進行解映射，最后輸出數據。
單載波頻域均衡是基于把接收的數字信號按塊在頻域進行處理，運用信號處理中時域卷積等價于頻域相乘的原理，并充分利用成熟的(快速傅立葉變換)FFT 算法，降低系統的復雜度，提高均衡器的收斂速度。這里頻域均衡部分采用頻域塊最小均方(FBLMS)算法[3].
由于 FBLMS 算法中已經使用LMS 作為自適應更新的方式，傳統方法一般是將抽頭系數的初始值一般設為1,再用盲均衡算法如啟停算法(SAG)，恒模算法(CMA)[4]的方法來進行啟動。盲均衡算法是作為訓練模式和判決模式的補充手段，利用數據本身的特性來恢復發送的原始數據。但是存在啟動速度慢，在某些惡劣的信道條件下甚至無法很好的正常工作的缺點。因此提出引入信道估計的改進算法來改善這一情況。
3 信道估計算法
利用發送數據的已知幀頭數據，用信道估計的方法求得一個初始值賦值給均衡器的抽頭系數。由于信道估計值已經包含了一部分正確的信道信息，均衡器用這部分正確的抽頭系數進行更新，在初始引導正確后再進行信道跟蹤就較為容易。因此可以加快系統進入穩定工作狀態的速度，優化了傳統的FBLMS 的算法。在系統中只用信道估計的算法做初值的賦值，數據的均衡算法仍采用頻域塊最小均方算法自適應收斂。考慮相關信道估計算法實現較為簡單，十分適合用來做初步的信道估計。
相關信道估計算法[5]工作原理如圖3 所示，這里以3 徑的情況為例進行說明。發送偽隨機序列(PN 序列)長度為N,在經過多徑信道之后，發送PN 序列變成了分別經歷了不同延時和衰落的3 徑PN 信號。接收PN 信號正是這3 徑的混合。從接收PN 信號的起始時刻開始，本地PN 序列滑動移位與接收PN 信號作滑動相關。在本地PN 序列滑動到與3 徑信號吻合的3 個時刻，相關器分別輸出3 個相關峰，而其它時刻則輸出幅度較小的相關值。整個相關過程中相關器的輸出作為信道沖擊響應的估值h.
用相關方法的具體步驟如下：
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