专利名称：Mesh自组网信道自适应均衡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种Mesh自组网信道自适应均衡器。
背景技术：
随着科学技术的飞速发展，信息化时代的不断推进，通信手段也在向多样化发展。 但实际上，目前人们普遍采用的通信手段依然存在一些弊端。下面是目前普遍使用的几种通信手段及它们存在的不足和缺点(I)蜂窝移动通信网络①依赖基础设施移动终端之间需要通过固定基站才能实现通信，基站通过有线线路与骨干交换网络相连，增加了通信成本；②移动终端不具备路由功能，移动终端只能通过固定基站进行数据收发，使用约束较大；③星状结构，某条链路出现故障，大范围服务将中断，网络抗毁性差；④建设、扩展、维护成本高；⑤移动终端静止时数据传输速率可达2Mbit/s，但是移动终端高速移动时数据传输速率只有 144kbit/s。
(2)集群通信系统①与蜂窝移动通信网络类似，属于有连接的网络，依赖基础设施；②一般是专用网络，以语音业务为主。
(3)无线局域网WLAN①移动节点配备无线网卡，通过AP接入点与固定网连接，依赖于类似基站或接入点的现有网络基础设施；②对网络层来说，是单跳网络，不可转发数据；③有限覆盖范围(几百米)内可实现高速通信(802.lib:1lM或802. lla:54M)，但是覆盖范围较为有限。
(4) VSAT卫星通信系统①覆盖范围最广，但成本高、传输带宽有限、传输延时大。
(5)动中通①依赖卫星，在雨天或是云层厚重的时候，或者是在特殊环境及存在遮挡的地方就容易失效，出现通信故障；②天线太笨重，使用和携带都很不便，必须安置在汽车、轮船等移动设备上；③存在一段较长时间的寻星过程，无法快速投入应用，很多场合的使用都受到限制。
综上所述，目 前现有的通信网络大都是基于稳定可靠的通信基础设施之上的，一旦这些通信基础设施遭到破坏，常规的通信手段都不再可行。而往往就是在这样的时候，保持可靠的通信显得尤为重要。集群通信系统除了依赖基础设施以外，在网络带宽上也有很大限制，多使用窄带技术，带宽30K左右，数据传输速率16Kbps左右，这就使得其数据传输能力大大受限。因此，在一些特殊场合下，现有的通信手段还不能满足通信的需求，最大的问题就是生存能力太差，容易被快速摧毁掉。
Mesh自组网通信系统具有以下特色I)无中心自组网中所有节点的地位都是平等的，是一个对等式网络，节点可以随时加入和离开网络，任一接力节点断开时，自动寻找最近距离的通信终端或中继器进行弥补， 任何节点的故障都不会影响整个网络的正常运行，具有很强的抗毁性。
2)自组织网络的布设或展开无需依赖任何预设的基础通信设施，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络展开通信工作，通信效率高且建设、扩展、维护和使用的成本低。
3)多跳路由当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，可以通过中间节点 (通信终端或中继器)的多跳转发即可实现。
4)动态拓扑无线自组通信系统允许动态变化自己的拓扑结构，网络的拓扑结构会随着手持终端的变化而不断的发生改变以适应通话需要。
5)灵巧终端通信终端为便携式手持机或车载机，携带和使用方便；为了节约能量，各通信终端会自动选择最佳的工作方式，它只与最近的节点保持联系以降低通信能耗。
6)通信质量自组网具有环境适应能力强，并可与外网通信，获取丰富的数据业务；其数据传输具有速率高、带宽宽、延时小且网络覆盖范围广等特点。
在Mesh自组网的无线通信系统中，可靠性是非常重要的一个指标。带限且时间扩散的信道中，由于多径影响而导致的符号间干扰会使传输的信号产生失真，从而在接收端中容易产生误码，而均衡正是克服符号间干扰的一种技术。由于无线信道的随机性及时变性，就要求均衡器能够实时的跟踪通信信道的时变特性，这种均衡器称为自适应均衡器。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时跟踪通信信道的时变特性的，克服符号间干扰，避免信息传输过程中产生信号失真或在接收端产生误码的Mesh自组网信道自适应均衡器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的Mesh自组网信道自适应均衡器，它由线性均衡器和判决反馈均衡器构成，通过模式选择，在线性均衡与判决反馈均衡之间自动切换，并且自动选用效果最佳的算法；所述的线性均衡器包括2N个延时单元、2N+1个抽头系数单元、一个加法器和一个采样判决器，抽头系数单元由噪音产生模块和乘法器组成，输入信号分别与第一延时单元和第一抽头系数单元的输入连接，第一延时单元的一路输出与第二延时单元的输入连接，另一路输出与第 二抽头系数单元相连，末级延时单元的输出与末级抽头系数单元的输入连接， 各抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的均衡输出与采样判决器连接；所述的判决反馈均衡器包括前向滤波器和反馈滤波器，前向滤波器的结构与线性均衡器的结构相同，反馈滤波器包括至少一个抽头系数单元和与之数量相同的延时单元，加法器的均衡输出与延时单元的输入相连，延时单元的输出与抽头系数单元的输入连接，各抽头系数单元的输出均连接加法器。
本发明所述的线性均衡器为线性LMS均衡器。
进一步地，线性LMS均衡器包括权重设置单元、延时单元、抽头系数单元、加法器、 判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与延时单元、权重设置单元相连，延时单元和权重设置单元的输出均与抽头系数单元相连，抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出依次通过判决单元和训练单元与计算错误反馈单元的一路输入连接，加法器的第三路输出与计算错误反馈单元的另一路输入相连，计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
本发明所述的判决反馈均衡器为判决反馈LMS均衡器。
进一步地，判决反馈LMS均衡器包括权重设置单元、前向延时单元、前向抽头系数单元、反馈延时单元、反馈抽头系数单元、加法器、判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与前向延时单元、权重设置单元相连，前向延时单元和权重设置单元的输出均与前向抽头系数单元相连，前向抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出通过判决单元与训练单元连接，训练单元的一路输出连接计算错误反馈单元，训练单元的另一路输出与反馈延时单元的输入连接，反馈延时单元与反馈抽头系数单元连接，反馈抽头系数单元的输出均连接加法器；加法器的第三路输出与计算错误反馈单元相连，计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
本发明的有益效果是(1)实时跟踪通信信道的时变特性，克服了符号间的干扰，可有效避免信息传输过程中产生信号失真或在接收端产生误码，提高了 Mesh自组网的通信质量；(2)基于LMS算法的通信信道自适应均衡，LMS算法为常用算法，结构简单，运算量适中，稳定性不依赖于输入数据而只与步长相关，对时变信道的跟踪特性要优于RLS算法。
图1为线性均衡器结构示意图；图2为判决反馈均衡器结构示意图；图3为线性LMS均衡器结构示意图；图4为判决反馈LMS均衡器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
Mesh自组网信道自适应均衡器，它由线性均衡器和判决反馈均衡器构成，通过模式选择，在线性均衡与判决反馈均衡之间自动切换，并且自动选用效果最佳的算法。
如图1所示，线性均衡器包括2N个延时单元、2N+1个抽头系数单元、一个加法器和一个米样判决器，抽头系数单兀由噪音产生模块和乘法器组成，输入信号分别与第一延时单元和第一抽头系数单元的输入连接，第一延时单元的一路输出与第二延时单元的输入连接，另一路 输出与第二抽头系数单元相连，末级延时单元的输出与末级抽头系数单元的输入连接，各抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的均衡输出与采样判决器连接。输入信号经过延时单元后，分别与各相应抽头系数相乘(即线性相加)，然后于加法器相加，最后送至采样判决器。
线性均衡器可由FIR滤波器实现，线性均衡器将所收到信号的当前值与过去值按滤波器系数做线性叠加生成的和作为输出。
当信道失真严重以致线性均衡器不易处理时，信道中有深度频谱衰落时，线性均衡器不能获得满意的效果，这个时候便需要采用非线性均衡器，非线性均衡器包括判决反馈均衡器、最大似然符号均衡器和最大似然序列估计均衡器。
如图2所示，判决反馈均衡器包括前向滤波器和反馈滤波器，前向滤波器的结构与线性均衡器的结构相同，反馈滤波器包括至少一个抽头系数单元和与之数量相同的延时单元，加法器的均衡输出与延时单元的输入相连，延时单元的输出与抽头系数单元的输入连接，各抽头系数单元的输出均连接加法器。
判决反馈均衡器的基本思路是一旦检测并判定一个信号符号后，就可以在检测后续符号之前预测并消除这个符号带来的符号间干扰。
自适应均衡器是一个时变的滤波器，其参数需要不断的调整。一般自适应算法由误差控制，通过误差信号e使代价函数最小化，即以迭代方式更新均衡器的权重来使代价函数趋于最小。在实际应用中，均衡滤波器系数可以由各种算法确定。这些算法主要有迫零算法，LMS算法，RLS算法等。其中LMS算法的准则是使均衡器的期望输出值和实际输出值之间的均方误差最小。通过进行下式迭代操作来寻找最优的或接近最优的滤波器权重新权重=原先权重+常数*预测误差*当前输入向量；其中，预测误差=预先输入期望值-实际输出值。为了更好跟踪信道的实时变化，系统周期性的发送已知的训练序列，均衡对信道进行估计，不断调整滤波器系数，使均方误差最小。
如图3所示，线性均衡器采用线性LMS均衡器。线性LMS均衡器包括权重设置单元、延时单元、抽头系数单元、加法器、判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与延时单元、权重设置单元相连，延时单元和权重设置单元的输出均与抽头系数单元相连，抽头系数单兀的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出依次通过判决单元和训练单元与计算错误反馈单元的一路输入连接，加法器的第三路输出与计算错误反馈单元的另一路输入相连，计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
如图4所示，判决反馈均衡器为判决反馈LMS均衡器。判决反馈LMS均衡器包括权重设置单元、前向延时单元、前向抽头系数单元、反馈延时单元、反馈抽头系数单元、加法器、判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与前向延时单元、权重设置单元相连， 前向延时单元和权重设置单元的输出均与前向抽头系数单元相连，前向抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出通过判决单兀与训练单元连接，训练单元的一路输出连接计算错误反馈单元，训练单元的另一路输出与反馈延时单元的输入连接，反馈延时单元与反馈抽头系数单元连接，反馈抽头系数单元的输出均连接加法器；加法器的第三路输出与计算错误反馈单元相连，计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
由于信道是时变的，发端周期性地发送训练序列，以帮助均衡器跟踪信道的变化。 在MESH中，每帧数据的帧头会包含一个固定长度的伪随机序列(训练序列)。均衡器有训练模式和跟踪模式两种工作状态。在工作初期，自适应滤波器的抽头系数初始化为零向量。数据通过接收机接收处理后送入 自适应均衡器，均衡器的抽头系数在接收信号与训练序列的误差控制下自动调整。经过一定次数的迭代后，均衡器的滤波系数会接近能够取得的最佳值并不再大幅度变化，均衡器的这个状态被称为收敛。此时均衡器处在跟踪模式(也叫判决模式)，此模式下，均衡器的抽头系数在接收信号与信号星座图的误差控制下自动调整。 均衡器放置在帧同步之后，均衡器根据帧同步信号和训练序列长度在训练模式和跟踪模式自动切换。
迫零算法放大了噪声，很难适应深度衰落信道。RLS算法性能较好，但是算法复杂， 运算量大，不适宜集成化，且其稳定性依赖于输入数据。LMS是最为常用的算法，结构简单， 运算量适中，稳定性不依赖于输入数据而只与步长有关，对时变信道的跟踪特性·也比RLS 算法好，故在MESH中选择使用LMS算法。
权利要求
1.Mesh自组网信道自适应均衡器，其特征在于它由线性均衡器和判决反馈均衡器构成，通过模式选择，在线性均衡与判决反馈均衡之间自动切换，并且自动选用效果最佳的算法;所述的线性均衡器包括2N个延时单元、2N+1个抽头系数单元、一个加法器和一个采样判决器，抽头系数单元由噪音产生模块和乘法器组成，输入信号分别与第一延时单元和第一抽头系数单元的输入连接，第一延时单元的一路输出与第二延时单元的输入连接，另一路输出与第二抽头系数单元相连，末级延时单元的输出与末级抽头系数单元的输入连接， 各抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的均衡输出与采样判决器连接；所述的判决反馈均衡器包括前向滤波器和反馈滤波器，前向滤波器的结构与线性均衡器的结构相同，反馈滤波器包括至少一个抽头系数单元和与之数量相同的延时单元，加法器的均衡输出与延时单元的输入相连，延时单元的输出与抽头系数单元的输入连接，各抽头系数单元的输出均连接加法器。
2.根据权利要求1所述的Mesh自组网信道自适应均衡器，其特征在于所述的线性均衡器为线性LMS均衡器。
3.根据权利要求2所述的Mesh自组网信道自适应均衡器，其特征在于所述的线性 LMS均衡器包括权重设置单元、延时单元、抽头系数单元、加法器、判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与延时单元、权重设置单元相连，延时单元和权重设置单元的输出均与抽头系数单元相连，抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出依次通过判决单元和训练单元与计算错误反馈单元的一路输入连接，加法器的第三路输出与计算错误反馈单元的另一路输入相连，计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
4.根据权利要求1所述的Mesh自组网信道自适应均衡器，其特征在于所述的判决反馈均衡器为判决反馈LMS均衡器。
5.根据权利要求4所述的Mesh自组网信道自适应均衡器，其特征在于所述的判决反馈LMS均衡器包括权重设置单元、前向延时单元、前向抽头系数单元、反馈延时单元、反馈抽头系数单元、加法器、判决单元和计算错误反馈单元，输入信号的分别与前向延时单元、 权重设置单元相连，前向延时单元和权重设置单元的输出均与前向抽头系数单元相连，前向抽头系数单兀的输出连接加法器，加法器的一路输出直接输出输出信号，加法器的第二路输出通过判决单元与训练单元连接，训练单元的一路输出连接计算错误反馈单元，训练单元的另一路输出与反馈延时单元的输入连接，反馈延时单元与反馈抽头系数单元连接， 反馈抽头系数单元的输出均连接加法器；加法器的第三路输出与计算错误反馈单元相连， 计算错误反馈单元的输出连接权重设置单元。
全文摘要
本发明公开了一种Mesh自组网信道自适应均衡器，它由线性均衡器和判决反馈均衡器构成，线性均衡器包括延时单元、抽头系数单元、加法器和采样判决器，抽头系数单元由噪音产生模块和乘法器组成，各抽头系数单元的输出连接加法器，加法器的均衡输出与采样判决器连接；判决反馈均衡器包括前向滤波器和反馈滤波器，反馈滤波器包括抽头系数单元和延时单元，加法器的均衡输出与延时单元的输入相连，延时单元的输出与抽头系数单元的输入连接，各抽头系数单元的输出均连接加法器。本发明的实时跟踪通信信道的时变特性，克服了符号间的干扰，可有效避免信息传输过程中产生信号失真或在接收端产生误码，提高了Mesh自组网的通信质量。
文档编号H04L25/02GK103067320SQ201210582470
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者舒勇, 王博, 袁贤刚, 何伟 申请人:成都泰格微波技术股份有限公司