4.4.5 通道均衡（一）
4.4.5 通道均衡（一）
一、為什麼要通道均衡？
數字訊號在實際通道上傳輸時，由於通道傳輸特性不理想以及通道噪聲的影響，接收端接收到的訊號不可避免地發生錯誤。為了恢復傳送的資料資訊，接收端需要估計出通道的特性，並對接收到的資料進行校正。
二、通道均衡的常用方法
一般來說有二種方法：差分檢測和相干檢測。
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差分檢測：比較相鄰兩個訊號的相位和幅度的差值；
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相干檢測：通過通道估計得到OFDM符號子載波的絕對參考相位和幅度。
相比較而言，差分檢測不需要通道估計，降低接收機的複雜度，但是一般會導致3db的信噪比損失。對於要求更高的傳輸速率和頻譜效率的OFDM系統，相干檢測則更合適，即通過通道估計的方法來跟蹤通道響應的變化。
通道估計的目的就是估計出通道的時域或頻域響應，對接收到的資料進行校正和恢復，以獲得相干檢測的效能增益（3db）。通道的最大多徑時延、使用者的移動速度（或最大多普勒頻移）、接收機的噪聲都是影響通道估計演算法效能的重要因素。
三、通道估計分析
時變通道的衝擊響應通常表示為離散的FIR濾波器：（具體的數學算式可以檢視原書）
在WLAN應用中，可以認為通道在一個數據分組中保持不變，所以關於時間的相關項可去除：
則通道的離散時間頻率響應為：
根據處理域的不同，通道估計有時域和頻域之分，也有將二者結合處理的。對於OFDM系統，通道估計的一種簡便高效的方法是估算通道的頻率響應，即對每一個子載波通道頻率響應進行估算。
通道估計時域和頻域方法的分析：
時域方法的優點是當衝擊響應的最大長度限制到明顯少於子載波數目時，效能會有所改善。這是因為頻域估算必須同時對所有子載波進行估算，而時域估算則只需要估算衝擊響應的幾拍。
時域方法的缺點就是需要較大的計算量，需要多次乘法運算，而頻域上根本不需要。
書中選用的是頻域方法的通道估計。
四、頻域上通道估計與均衡設計
IEEE 802.11a 無線區域網只要應用在室內，其無線傳輸通道的特徵體現在多徑較豐富，多徑時延較小，具有很少的多普勒擴充套件、較大的相干時間，即其通道可以看成是一個慢衰落通道。
如果傳送的資料幀不長的情況下，可以假設在一幀內通道保持不變。因此，設計上可以利用其前導結構中的二個長訓練符號完成該幀中所有後續子載波通道頻率響應簡單有效的估算。
（也就是用長訓練符號的通道估算去均衡其後的子載波通道頻率響應）
二個長訓練符號一樣，可以取二者的平均以改進通道估計的質量，這是因為二個統計獨立的噪聲取樣之和除2之後，其變化量相當於單個噪聲取樣變化量的一半。
由上分析，基於長訓練符號的頻域通道估計和均衡方法如下：
化簡之後的算式：
因為E只是改變了資料在星座圖上的大小位置，可以在後面解調部分做判斷閾值使用，這裡就不做除法了。
五、硬體實現
頻域上通道估計和均衡模組的硬體結構可分為：長訓練符號提取、能量計算、通道估算和通道補償四個部分。
整理的結構圖如下：
估算和均衡步驟：
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通過判斷輸入OFDM符號的Symbol序號將二個長訓練符號提取出來並求平均；
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平均值送入能量計算模組和通道估算模組，能量計算模組負責估算由通道引起的幅值變化E；
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通道估算模組則將接收的長訓練符號和本地長訓練符號取樣進行相關處理，得到通道估算值，並計算其共軛；
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最後通道均衡模組對資料分組進行通道補償。