自适应均衡器的FPGA设计与实现

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1、第33卷第5期2015年lO月中国民航大学学报JOURNALoFCIVILAVIATIoNUNIVERSITYoFCHINAV01．33No．50ctober2015自适应均衡器的FPGA设计与实现刘海涛，李勇(中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津300300)摘要：在无线数据通信系统中，由于多径效应的干扰导致信号在传输过程中不可避免地产生码问干扰。为了能够补偿信道的这种非理想特性，以减轻信号的畸变，降低通信系统的误码率，在接收端必须增加均衡器。自适应均衡因其具有能够跟踪信道变化

2、从而自动调节抽头系数的能力，因此成为通信系统中一项重要技术。本研究以FPGA为设计平台，以Verilog为编程语言，研究并实现了基于LMS算法的自适应均衡器。关键词：无线数据通信；自适应均衡器；LMS算法；FPGA中图分类号：TN914．3文献标志码：A文章编号：1674—5590(2015)05一0043一04DesignandimplementationofadaptiveequaHzerb嬲edonFPGALIUHai—t∞，LlYong(觑把ff弛m．s匆以帆dhq尹件ocessi昭‰y

3、LⅡ6Q厂n耐流，翻们，死耐讥300300，肌i眦)Abstract：Becauseoft王lemllltipathe矗Iect，intersymb01interference(ISI)isinescapableduringdatatransfbrringpmcessinwirelessdatacommunicationsystem．Inordertocompensatethenon—idealcharacte而sticofchannelandreducesi印aldistortionanden

4、．0r—codingpmbabilityofcommunjca“onsystem，equalizerhastobeusedinthereceiver．Causeadaptiveequaliza“oncantrackthechannelenvimnmentandantomaticallyadjustcoemcient，ithasbecomeac而ticaltechniqueincommunication8ystem．AdaptiveequaIizerinvestigatesandimplement

5、sisbasedonLMSalgorithmonFPGAhardwarepla怕肋withverilogpmgramminglanguage．Keywords：wirekssdatacommunication；adaptiveequalizer；LMSalgorithm；FPGA在无线数据通信系统中，由于通信信道中多径效应的存在以及信道特性本身的不完善等因素，导致数据传输时将不可避免地产生码问干扰，影响了通信质量。自适应均衡器是基于自适应均衡技术的均衡器装置，能够基于对信道特性的测量随时调整其系

6、数，以适应信道特性的变化，消除码间干扰⋯。作为自适应信号处理的一个重要方面，自适应均衡技术得到了广泛和深入的研究【2】。自适应均衡器的研究始于20世纪50年代[3】，但直到目前很多都是基于算法的研究。近些年伴随着FPGA的出现和快速发展，基于FPGA设计和实现自适应均衡器得到了重视，由于FPGA具有并行处理能力、易于集成和高可靠性的特点闱，使得FPGA实现均衡器具有实际的工程价值。自适应算法有很多，而LMS算法完全由加减法及乘法完成，不再需要诸如矩阵求逆等在FPGA平台上难以实现的运算，因此本设

7、计采用LMs算法实现自适应均衡器。1自适应均衡器的实验环境和结果LMS算法是由Widrow和Hoff于1960年提出的，该算法是基于最小均方误差准则，在梯度算法的基础上，通过改进均方误差梯度估计值计算方法，取单个误差样本平方的梯度作为均方误差梯度的估计值。LMS算法可用下面一组递推公式来表示，即y(n)=V∥(n)X(凡)e(n)=d(n)一y(n)W(n+1)=W(n)+Z弘X(n)e+(n)其中：W(n)为均衡器系数向量；x(n)是由输入信号组成的一组输人向量；y(站)是输出信号；d(n)是

8、期望信号；e(n)是误差信号；肛为权矢量更新时的步长因子，肛越大，则算法收敛越快，但同时收敛后的误差信号也收稿日期：2014一09一12；修回日期：2014lO16基金项目：国家自然科学基金项目(u1233117，61271404)作者简介：刘海涛(1966～)，男，河北沧州人，教授，博士，研究方向为航空通信及移动通信．一44一中国民航大学学报2叭5年10月越大，灿越小，则算法收敛速度越慢，但同时收敛后的误差信号也相应减小，稳态性能更好。1．1实验环境图1给出了自适应均衡器的实验环境。信源产生的