基于點判決域的多模盲均衡算法及其FPGA實現

摘 要： 恒模算法無法克服信號的相位失真問題，且穩態誤差大；修正恒模算法可以恢復信號相位，但均衡器收斂后，穩態誤差依然很大。針對這一問題，提出一種基于點域判決的多模盲均衡算法，算法利用信號的判決值，在不增加設備復雜性的前提下，可以降低均衡器的穩態誤差。給出了多模算法的FPGA設計方案，基于Xilinx公司的ISE設計平臺，在Modelsim中進行了時序仿真分析，并和MATLAB仿真進行了比較。實驗結果表明盲均衡器可以克服信號的幅度和相位失真，并且具有穩態誤差低的優勢。

關鍵詞： 恒模算法；修正恒模算法；多模算法；FPGA實現

盲均衡由于無需使用訓練序列，有效地提高了頻帶利用率，因而在高速衛星通信系統中得到了廣泛應用。在各種盲均衡算法中，恒模算法CMA(Constant Modulus Algorithm)[1]因其實現簡單、性能穩定而備受重視。CMA只利用了信號的幅度特性，無法克服相位失真問題，文獻[2]提出的修正恒模算法MCMA(Modified Constant Modulus Algorithm)可以恢復信號相位，但穩態誤差性能改善有限。本文在上述文獻的基礎上，提出一種基于點判決域劃分的多模盲均衡算法。
隨著FPGA器件規模、處理速度的發展，它在數字信號處理領域的應用日漸廣泛，文獻[3，4]討論了FPGA在數字調制和載波跟蹤方面的應用。本文選用Xilinx公司的ISE設計平臺，對多模盲均衡算法進行FPGA的設計與實現，使其可以應用在實際的衛星通信系統中。

均衡器權系數向量的更新方程采取式(2)的隨機梯度下降算法。
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，故均衡器收斂后穩態誤差大；圖1(b)是MCMA的工作原理，MCMA使輸出信號的實部左右兩條線靠攏，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逼近，因此均衡器收斂后，可以獲得最小的穩態誤差。