1、無線信道

與有線通信中良好的信道狀況(一般可以用加性白色高斯噪聲信道來仿真)完全不同，無線通信中的無線信道狀況非常惡劣，信道是多徑、時變的，從而使無線信號在短時間或短距離傳播后幅度快速衰落，即產生一定尺度衰落現(xiàn)象。下面以移動通信為例說明無線信道特性。

由于無線信道中各種反射物的存在，導致信號幅度、相位以及時間的變化，這些因素使發(fā)射波到達接收機時，形成在時間、空間上互相區(qū)別的多個無線電波，形成多徑傳播效應。這些多徑成分具有隨機分布的幅度、相位和入射角度，它們被接收機天線按向量合并，從而使接收信號產生衰落失真。同時，由于移動臺的運動以及無線信道所處環(huán)境中其他物體的運動，當移動臺穿過多徑區(qū)域時，空間的瞬時變化轉換為信號的瞬時變化，這就是無線信道的時變現(xiàn)象。在空間不同點的多徑波的影響下，高速運動的接收機可以在很短時間內經過若干次衰落，接收機甚至可能在一段時間內停留在某個衰落很大的位置上。

通常用時域的均方根時延擴展和頻域的相干帶寬兩個參數來描述多徑信道的時間色散特性。均方根時延擴展是多徑信號的功率延遲分布的二階矩的平方根，而相干帶寬是從均方根時延擴展得出，兩者成反比關系。相干帶寬是一特定頻率范圍，在該范圍內，兩個頻率分量有很強的幅度相關性。在無線通信系統(tǒng)中，如果信號的帶寬小于信道的相干帶寬，則接收信號會經歷平坦衰落過程，此時發(fā)送信號的頻譜特性在接收機內仍能保持不變。然而，由于信道增益的起伏，接收信號的強度會隨時間變化。反之，如果信號的帶寬大于信道的相干帶寬，則接收信號會經歷頻率選擇性衰落，此時接收信號的某些頻率比其他分量獲得了更大的增益，使接收信號產生了失真，從而引起符號間干擾。

多普勒擴展和相干時間是描述小尺度內信道時變特性的兩個參數，兩者成反比關系。多普勒擴展是頻譜展寬的測量值，它由移動臺和環(huán)境物體的運動速度所決定，是一個頻率范圍，在范圍之內接收的多普勒頻譜有非零值。相干時間是信道時間變化率的一種量度，它是一段時間間隔，在間隔內，兩個到達信號有很強的幅度相關性。在無線通信系統(tǒng)中，如果信道的相干時間比發(fā)送信號周期短，則接收信號會經歷快衰落過程，或者稱為時間選擇性衰落，此時接收信號會發(fā)生失真。反之，如果信道的相干時間遠大于發(fā)送信號的信號周期，則接收信號經歷慢衰落過程，此時接收信號不會發(fā)生失真。

均衡在帶寬受限且時間擴散的無線移動信道中，由于多徑影響而導致的碼間干擾會使傳輸的信號產生變形，從而在接收時產生誤碼。所以碼間干擾被認為是在移動無線通信信道中傳輸高速率數據時的主要障礙，而均衡正是解決碼間干擾的一項技術。任何能夠減小碼間干擾的信號處理操作都可以認為是一種均衡，它可以在接收端的基帶或者射頻部分實現(xiàn)。

均衡技術可以分為線形均衡和非線性均衡。如果接收信號經過均衡后，再經過判決器的輸出被反饋給均衡器，并改變了均衡器的后續(xù)輸出，那么均衡器就是非線性的，否則就是線性的。常用的非線性算法有判決反饋均衡(DFE)、最大似然符號檢測及最大似然序列估值(MLSE)。顯然，非線性均衡有著比線性均衡更好的性能，尤其是在信道中有深度衰落導致失真太嚴重的時候。均衡器一般可以用線性橫向濾波器或格型濾波器實現(xiàn)。

由于移動衰落信道具有隨機性和時變性，這就要求均衡器必須能夠實時地跟蹤移動通信信道的時變特性，這種均衡器被稱為自適應均衡器。自適應均衡器一般包含兩種工作模式，即訓練模式和跟蹤模式。首先，發(fā)射機發(fā)射一個已知的、定長的訓練序列，以便接收機的均衡器可以完成正確的設置。典型的訓練序列是一個二進制偽隨機信號或是一串預先指定的數據位，而緊跟在訓練序列之后被傳送的是用戶數據。接收機的均衡器將通過遞歸算法來評估信道特性，并且修正均衡濾波器的參數以對信道進行補償。在設計訓練序列時，要求做到即使在最差的信道條件下，均衡器也能夠通過這個序列得到正確的濾波器系數，從而在收到訓練序列后，均衡器的濾波系數已經接近于最佳值。當接收用戶數據時，均衡器通過均衡的自適應算法不斷改變?yōu)V波特性，從而跟蹤不斷變化的信道。近年來，盲均衡在通信和信號處理領域受到了普遍關注，盲均衡是指均衡器能夠不借助訓練序列，而僅僅利用所接收到的信號序列即可對信道進行自適應均衡，從而節(jié)省帶寬。

2、信道估計

由于無線信道有著很大的隨機性，導致接收信號的幅度、相位、頻率產生失真，從而給接收機的設計帶來了很大的挑戰(zhàn)。同時，在無線通信系統(tǒng)中，分集、信道均衡、最佳匹配接收機設計、最大似然檢測、相干解調及自適應鏈路技術等均需要良好的信道估計的支持。因此，信道估計器是接收機中一個很重要的組成部分，信道估計也成為無線通信領域中一個非常重要的課題。

信道估計可以定義為根據一定的估計準則，盡可能準確地描述出信道對輸入信號的影響。對于線形信道，信道估計就是對信道的沖擊響應進行估計。無線通信中常用的信道估計準則有最小均方誤差 (MMSE，Minimum Mean Square Error) 準則和最大似然 (ML，Maximum Likelihood) 準則。

信道估計算法大致可以分為兩種，一種是基于訓練序列的估計算法，一種是盲估計算法。基于訓練序列的信道估計是指接收機利用已知的信息來進行信道估計，發(fā)射機周期性地發(fā)出接收機已知的訓練序列，訓練序列可以是與數據信息分離呈連續(xù)塊狀的信號，也可以均勻地插在數據信息中。

根據接收到的訓練序列，接收機利用信道估計算法不斷更新估計信道模型的參數，并利用它來接收發(fā)射機發(fā)送的數據信息。基于訓練序列的信道估計的優(yōu)點是可以用于所有的無線通信系統(tǒng)中，缺點是訓練序列的存在降低了信道傳輸的有效性，浪費了帶寬，從而導致頻譜效率的下降。另外，由于要將整幀的信號接收后才能提取出訓練序列進行信道估計，帶來了不可避免的時延，因此對幀結構要有所限制，比如當信道的相關時間小于幀長時算法的應用會受到限制。盲信道估計不需要訓練序列，完全利用傳輸數據內在的信息來實現(xiàn)信道估計。顯然，盲信道估計節(jié)約了帶寬，但它的算法運算量較大、靈活性較差，因此在實時系統(tǒng)中的應用會受到限制。

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