信號(hào)通信論文范文
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第1篇
城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)包含有線部分和無線部分。有線網(wǎng)絡(luò)部分是指軌旁設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，為信號(hào)系統(tǒng)提供專用有線信息傳輸，為控制中心、車站、場(chǎng)段之間提供有線傳輸通道，建立局域網(wǎng)連接。無線部分主要是列車上的移動(dòng)無線設(shè)備和地面軌旁無線單元之間建立的車地雙向通信。如上所述，在信號(hào)系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)中，可以根據(jù)不同的組網(wǎng)方式，構(gòu)建不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成連接信號(hào)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的通信網(wǎng)。而在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，傳遞的信息就包含大量的管理信息、行車數(shù)據(jù)信息、ATS信息、維護(hù)信息、數(shù)據(jù)記錄信息等。DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備一般連接方式需要說明的是DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是多樣的，隨著實(shí)際地鐵線路情況、所連接的設(shè)備情況、以及技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用情況有不同變化。從圖1中可以看出，信號(hào)系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)具有連接設(shè)備類型多、數(shù)量大，信息傳輸種類繁多的特點(diǎn)。如果在DCS網(wǎng)絡(luò)中信息沒有合理的傳輸定義，使網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸都要遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致所有與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備都接收到，這樣就會(huì)嚴(yán)重的消耗掉網(wǎng)絡(luò)整體帶寬。因此，在DCS網(wǎng)絡(luò)傳輸信息量較大時(shí)（如早、晚運(yùn)行高峰時(shí)等），如不對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理設(shè)置，就可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)，與網(wǎng)絡(luò)連接的部分設(shè)備也可能會(huì)由于無法應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的大幅波動(dòng)導(dǎo)致故障，進(jìn)而引發(fā)故障面擴(kuò)大的情況發(fā)生，對(duì)運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響，這就需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸進(jìn)行合理優(yōu)化。
2VLAN技術(shù)特點(diǎn)及在DCS網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
VLAN技術(shù)是將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組數(shù)據(jù)交換。由于VLAN設(shè)置是在交換機(jī)上按邏輯來劃分，而不是傳統(tǒng)上的只能從物理上劃分，因此VLAN技術(shù)的出現(xiàn)，可以滿足根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，將同一物理局域網(wǎng)內(nèi)不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域需求。在設(shè)計(jì)VLAN并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)，首先要確定如何劃分VLAN。較為常見的VLAN劃分方式包括：按照端口劃分，按照MAC地址劃分、基于網(wǎng)絡(luò)層劃分、以及基于IP廣播和基于規(guī)則等方式。其中應(yīng)用最為廣泛、也是最有效的，是按照端口劃分的方式，這種劃分方式是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的交換端口來劃分的，將交換機(jī)上的物理端口分為若干個(gè)組，每個(gè)組構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)。由于基于端口劃分VLAN的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員非常簡單，只要在接入交換機(jī)上進(jìn)行相關(guān)設(shè)置即可，操作相對(duì)簡單，適合任何大小的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，這種配置方式適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較固定的情況，與DCS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建后即在運(yùn)營中不會(huì)輕易改變的實(shí)際情況較為符合，因此在地鐵信號(hào)系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的配置中，一般都可以使用按照端口劃分VLAN的配置方式。以赫斯曼交換機(jī)為例，按照端口劃分VLAN，為不同端口賦予不同ID后的界面顯示情況綜上所述，為了有效避免信號(hào)系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的發(fā)生，可以將交換機(jī)端口劃分到不同VLAN中。其原理為：在不同端口發(fā)出的所有數(shù)據(jù)幀上增加一個(gè)代表所屬VLAN編號(hào)的ID，各個(gè)交換機(jī)端口只有在接收到所屬VLANID的信息時(shí)，才會(huì)對(duì)該信息進(jìn)行拆分處理，而在收到標(biāo)有其他VLANID信息時(shí)，只會(huì)將該信息按照目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這樣就實(shí)現(xiàn)了通過在DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上應(yīng)用VLAN技術(shù)，有效控制網(wǎng)絡(luò)流量、降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生概率的目標(biāo)。并且通過在交換機(jī)上進(jìn)行VLAN的劃分，可以起到減少項(xiàng)目建設(shè)的設(shè)備投資成本、簡化DCS網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)安全性的作用。這里需要提出的是，有必要找到適合于信號(hào)DCS網(wǎng)絡(luò)的劃分原則，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，將不同級(jí)別的信息進(jìn)行合理區(qū)分。
3適用于DCS的VLAN劃分原則
由于地鐵信號(hào)系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)具有連接設(shè)備數(shù)量、類型較多，信息傳輸種類繁多的特點(diǎn)，在按照端口劃分的VLAN配置方法對(duì)信號(hào)DCS網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等進(jìn)行配置時(shí)，需要尋找到合適的原則，將信號(hào)系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備、不同信息類型進(jìn)行全網(wǎng)的統(tǒng)一配置，既能有效避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，又有利于維護(hù)人員進(jìn)行維修檢查。這就需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)端口是否有用、該端口在網(wǎng)絡(luò)中的作用、所傳輸?shù)男畔?nèi)容和特點(diǎn)等特征，將網(wǎng)絡(luò)端口有序劃分。例如，在網(wǎng)絡(luò)的列車自動(dòng)控制（ATC）信息、列車自動(dòng)監(jiān)控（ATS）信息、維護(hù)管理信息等帶有不同功能及目地的信息，劃分到不同的VLAN中。在信息有效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性能。建議按照以下原則進(jìn)行層層劃分。
1）由于信號(hào)系統(tǒng)涉及列車行車安全，因此可先將交換機(jī)上多余端口統(tǒng)一劃入“無用端口”的VLAN中，這樣即使有其他設(shè)備接入到該端口上，也不會(huì)對(duì)有用端口間的網(wǎng)絡(luò)通信造成影響。
2）進(jìn)一步將有用端口進(jìn)行分類，如該端口在信號(hào)DCS網(wǎng)絡(luò)中只做收發(fā)，不對(duì)信息進(jìn)行拆分和處理，即可將其劃入“管理類”的VLAN中。
3）在DCS網(wǎng)絡(luò)中，與“管理類”信息對(duì)應(yīng)的是“業(yè)務(wù)類”信息，在此類信息中，建議先將涉及到列車控制安全的ATC信息獨(dú)立劃分出來，同時(shí)由于此類信息較為重要，需設(shè)計(jì)兩路，可以劃分至兩個(gè)不同的VLAN中。
4）另外，“業(yè)務(wù)類”信息還包含其他非ATC信息，也就是非安全信息。對(duì)這類信息的劃分，首先將其中的ATS信息獨(dú)立劃分出來，同樣建議為兩路。
5）同時(shí)，非安全類的信息也包含維護(hù)管理類信息，如維護(hù)支持、電源監(jiān)控類等信息也需要?jiǎng)澐值絾为?dú)一個(gè)VLAN中，此類信息可以不進(jìn)行冗余設(shè)置。
6）其他非安全類信息也可以通過實(shí)際情況進(jìn)行VLAN設(shè)置，可以獨(dú)立VLAN，也可統(tǒng)一劃入一個(gè)VLAN，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置即可。建議的VLAN劃分原則，以及該原則對(duì)應(yīng)在信號(hào)系統(tǒng)中的傳輸內(nèi)容示意。
4總結(jié)
第2篇
論文摘要:近幾十年里，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)取得了飛速發(fā)展，特別是在自適應(yīng)信號(hào)處理方面，通過內(nèi)部參數(shù)的最優(yōu)化來自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性并以其計(jì)算簡單，收斂速度快等許多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。本文主要介紹了幾種常用的自適應(yīng)算法，如：LMS，RLS，NLMS等。分別就幾種算法在算法原理，算法性能分析和計(jì)算機(jī)仿真等方面來說明各種算法的優(yōu)越性。通過圍繞算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，得出一些重要結(jié)論。最后對(duì)自適應(yīng)信號(hào)處理的一些應(yīng)用作了介紹和分析，并對(duì)其進(jìn)行了仿真。
Abstract：Inrecentdecades,digitalsignalprocessingtechnologyhasmaderapiddevelopment,especiallyinadaptivesignalprocessing.Theadaptivesignalprocessingalgorithmcanadjusttheinternalparametersoffilterstooptimizesystemcharacteristicsautomatically.Foritssimplecomputationalcomplexity,fastconvergencespeedandmanyotheradvantages,adaptivefilerhasbeenwidelyused.
Thispaperintroducesseveralcommonlyusedalgorithms,suchas:LMS,RLS,NLMS,etc..Throughtheprincipleofadaptivealgorithmanalysisandsimulation,weillustratethevariousaspectsoftheadaptivealgorithm’ssuperiority.Andthroughthecomparingoftheiradvantagesanddisadvantages,wecoulddrawsomeimportantconclusionsfordifferentalgorithm.
Keywords:Adaptivesignalprocessing,Adaptivefilter
1引言
自適應(yīng)信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的分支。作為自適應(yīng)信號(hào)處理基礎(chǔ)的自適應(yīng)濾波理論是對(duì)信號(hào)處理研究的一個(gè)重要方法，本文亦將它作為研究的手段。自適應(yīng)信號(hào)處理經(jīng)過近40年來的發(fā)展，隨著人們?cè)谠擃I(lǐng)域研究的不斷深入，其理論和技術(shù)已經(jīng)日趨完善。尤其是近年來，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多性能優(yōu)異的高速信號(hào)處理專用芯片和高性能的通用計(jì)算機(jī)，為信號(hào)處理，特別是自適應(yīng)信號(hào)處理的發(fā)展和應(yīng)用提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。另一方面，信號(hào)處理理論和應(yīng)用的發(fā)展，也為自適應(yīng)信號(hào)處理的進(jìn)一步發(fā)展提供了必要的理論基礎(chǔ)。自適應(yīng)信號(hào)處理已經(jīng)在諸如噪聲對(duì)消，信道均衡，線形預(yù)測(cè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。
本文主要研究的是自適應(yīng)信號(hào)處理中一些基本的算法，如：LMS，RLS，NLMS等。在學(xué)習(xí)和總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)各種算法進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)，分析了它們的特點(diǎn)及性能，諸如穩(wěn)態(tài)特性，收斂條件及參數(shù)的取值。對(duì)其中的兩個(gè)基本算法LMS和RLS算法在收斂性和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析比較，并用matlab仿真得到驗(yàn)證。最后對(duì)自適應(yīng)處理的一些應(yīng)用作了簡要說明，如：噪聲對(duì)消，信道均衡，線性預(yù)測(cè)及陷波器等，并對(duì)其進(jìn)行了仿真。
1.1研究的目的和意義
常規(guī)的信號(hào)處理系統(tǒng)，利用自身的傳輸特性來抑制信號(hào)中的干擾成分，對(duì)不同頻率的信號(hào)有不同的增益，通過放大某些頻率的信號(hào)，而使另一些頻率的信號(hào)得到抑制。由于其內(nèi)部參數(shù)的固定性，消除干擾的效果受到很大的限制。通常許多情況下，并不能得到信道中有用信號(hào)和干擾信號(hào)的特性或者它們隨時(shí)間變化，采用固定參數(shù)的濾波器往往無法達(dá)到最優(yōu)濾波效果。在這種情況下，可以用自適應(yīng)處理系統(tǒng)，來跟蹤信號(hào)和噪聲的變化。
自適應(yīng)系統(tǒng)可以利用前一時(shí)刻已經(jīng)獲得的濾波器參數(shù)等結(jié)果，自動(dòng)的調(diào)節(jié)現(xiàn)時(shí)刻的濾波器參數(shù)，以適應(yīng)信號(hào)和干擾未知的或隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)特性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)濾波。正是由于它在設(shè)計(jì)時(shí)需要很少或者無需任何關(guān)于信號(hào)和干擾的先驗(yàn)知識(shí)就可以完成的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展很快，并得到廣泛的應(yīng)用。
1.2自適應(yīng)系統(tǒng)的組成
自適應(yīng)系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)類似，可以分為開環(huán)自適應(yīng)和閉環(huán)自適應(yīng)兩種類型。開環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)主要是對(duì)輸入信號(hào)或信號(hào)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，并用測(cè)量得到的信息形成公式或算法，用以調(diào)整自適應(yīng)系統(tǒng)自身；而閉環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)還利用系統(tǒng)調(diào)整得到的結(jié)果的有關(guān)知識(shí)去優(yōu)化系統(tǒng)的某種性能，即是一種帶“性能反饋”的自適應(yīng)系統(tǒng)。
下圖a表示一個(gè)開環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)，控制該系統(tǒng)的自適應(yīng)算法僅由輸入確定。圖b則表示一個(gè)閉環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)，控制該系統(tǒng)響應(yīng)的自適應(yīng)算法除了取決于輸入外，還依賴系統(tǒng)輸出的結(jié)果。
1.3基本自適應(yīng)算法
這里主要介紹LMS，RLS，NLMS三種基本算法。
LMS算法是最被廣泛應(yīng)用的濾波器演算法，最大的特點(diǎn)就是計(jì)算量小，易于實(shí)現(xiàn)。基于最小均方誤差準(zhǔn)則，LMS算法使濾波器的輸出信號(hào)與期望輸出信號(hào)之間的均方誤差最小。運(yùn)算過程不需要對(duì)相關(guān)函數(shù)及復(fù)雜的反矩陣做運(yùn)算，所以經(jīng)常拿來用作比較的基準(zhǔn)。
LMS算法為了便于其實(shí)現(xiàn)，采用誤差輸出模的瞬時(shí)平方值(即瞬時(shí)功率)的梯度來近似代替均方誤差的梯度。實(shí)際上我們可以直接考察一個(gè)由平穩(wěn)信號(hào)輸入的自適應(yīng)系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)輸出誤差信號(hào)的平均功率，即把平均功率達(dá)到最小作為測(cè)量自適應(yīng)系統(tǒng)性能的準(zhǔn)則，這就是RLS算法。換句話說，LMS算法是將輸出誤差信號(hào)的平均平方值最小化，而RLS算法是將輸出誤差信號(hào)平方值總和最小化。雖然RLS算法復(fù)雜度和階數(shù)平方成正比，但是由于它的收斂速度快，所以仍然受到廣泛的應(yīng)用。
為克服常規(guī)的固定步長LMS自適應(yīng)算法在收斂速率，跟蹤速率與權(quán)失調(diào)噪聲之間的要求上存在的較大矛盾，許多學(xué)者提出了各種各樣的改進(jìn)型LMS算法。比如歸一化LMS，基于瞬變步長LMS以及基于離散小波變換的LMS自適應(yīng)濾波算法。這里我們討論歸一化的LMS算法，即NLMS算法。
以上這些算法主要特點(diǎn)是不需要離線方式的梯度估值或者重復(fù)使用樣本數(shù)據(jù)，而只需在每次迭代時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)作“瞬時(shí)”梯度估計(jì)。因此自適應(yīng)過程中的迭代比較簡單，收斂速度比較快。
1.4Matlab語言介紹
本文的算法仿真采用了MATLAB語言。MATLAB是Mathworks公司于20世紀(jì)80年代推出的數(shù)值計(jì)算軟件，近些年來得到了廣泛的應(yīng)用。MATLAB的全稱是MatrixLaboratory，意思是矩陣實(shí)驗(yàn)室。它是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的新一代程序語言。與Fortran和C相比，MATLAB語句顯得簡單明了，更加符合人們平常的思維習(xí)慣。同時(shí)，MATLABB有著良好的數(shù)據(jù)可視化功能，能將數(shù)字結(jié)果以圖形的方式表現(xiàn)出來，讓人們一目了然。這些特點(diǎn)使得MATLAB從眾多數(shù)值計(jì)算語言中脫穎而出，并正以相當(dāng)快的速度在科學(xué)研究和工程計(jì)算中得到應(yīng)用和普及。
MATLAB有著非常強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，它以矩陣為基本單位進(jìn)行計(jì)算，數(shù)域擴(kuò)展到復(fù)數(shù)，這一特點(diǎn)決定了MATLAB有著非凡的解決數(shù)值問題的能力。繪圖方面，MATLAB的繪圖語句簡單明了，功能齊全。它能夠在不同坐標(biāo)系里繪制二維、三維圖形，并能夠用不同顏色和線型來描繪曲線。正是由于MATLAB這些特點(diǎn)，從而使它適合與進(jìn)行自適應(yīng)算法仿真。
2基本自適應(yīng)算法的分析與Matlab仿真
2.1最小均方誤差(LMS)自適應(yīng)算法
2.1.1LMS自適應(yīng)濾波器基本原理
SHAPE\*MERGEFORMAT
圖2.1.1LMS自適應(yīng)濾波器原理框圖
圖2.1.1中，表示時(shí)刻的輸入信號(hào)，表示時(shí)刻的輸出信號(hào)，表示時(shí)刻的參考信號(hào)或期望響應(yīng)信號(hào)，表示時(shí)刻的誤差信號(hào)。誤差信號(hào)為期望響應(yīng)信號(hào)與輸出信號(hào)之差，記為。自適應(yīng)濾波器的系統(tǒng)參數(shù)受誤差信號(hào)控制，并根據(jù)的值而自動(dòng)調(diào)整，使之適合下一時(shí)刻的輸入，以使輸出信號(hào)更加接近期望信號(hào)，并使誤差信號(hào)進(jìn)一步減小。當(dāng)均方誤差達(dá)到最小值時(shí)，最佳地逼近，系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)了外界環(huán)境。
2.1.2E[e2(n)]與權(quán)值W的關(guān)系
LMS自適應(yīng)濾波器通過算法，當(dāng)最小時(shí)，濾波器已經(jīng)調(diào)節(jié)出適合現(xiàn)在外部環(huán)境的濾波器權(quán)值W。
(1)我們可以先推導(dǎo)出與加權(quán)系數(shù)W的關(guān)系式。
寫成矩陣形式：式(2.1.2.1)
誤差：式(2.1.2.2)
則式(2.1.2.3)
令帶入式(2.1.2.3)中得
中國可以從上式看出均方誤差是加權(quán)系數(shù)的二次函數(shù)，它是一個(gè)中間上凹的超拋物形曲面，是具有唯一最小值的函數(shù)。即與的關(guān)系在幾何上是一個(gè)“碗形”的多維曲面。為了簡單，設(shè)是一維的，則與的關(guān)系成為一個(gè)拋物線。調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)使均方誤差最小，相當(dāng)于沿超拋物形曲面下降到最小值。連續(xù)地調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)使均方誤差最小，即尋找“碗”的底點(diǎn)。碗底：，即點(diǎn)。
2.1.3LMS算法推導(dǎo)
最小均方差（LMS）算法，即權(quán)系數(shù)遞推修正達(dá)到最佳權(quán)系數(shù)是依據(jù)最小均方算法。最陡下降法（SteepestDescentMethod）是LMS算法的基礎(chǔ)，即下一時(shí)刻權(quán)系數(shù)矢量應(yīng)該等于“現(xiàn)時(shí)刻”權(quán)系數(shù)矢量加上一項(xiàng)比例為負(fù)的均方誤差函數(shù)的梯度，即
式（2.1.3.1）
其中為
式（2.1.3.2）
為控制收斂速度與穩(wěn)定性的數(shù)量常數(shù)，稱為收斂因子或自適應(yīng)常數(shù)。式（2.1.3.1）中第二項(xiàng)前的負(fù)號(hào)表示當(dāng)梯度值為正時(shí)，則權(quán)系數(shù)應(yīng)該小，以使下降。根據(jù)式（2.1.3.1）的遞推算法，當(dāng)權(quán)系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，一定有，即均方誤差達(dá)到極小，這時(shí)權(quán)系數(shù)一定達(dá)到所要求的最佳權(quán)系數(shù)。LMS算法有兩個(gè)關(guān)鍵：梯度的計(jì)算以及收斂因子的選擇。按（2.1.3.2）計(jì)算時(shí)，要用到統(tǒng)計(jì)量G，P，因此有很大困難，故通常用一種粗糙，但卻有效的方法，就是用代替，即
式（2.1.3.3）
式（2.1.2.3）的含義是指單個(gè)誤差樣本的平方作為均方誤差的估計(jì)值，從而使計(jì)算量大大減少。從而最終可以推出權(quán)系數(shù)迭代的LMS算法為：
式（2.1.3.4）
為輸入樣本向量，只要給定系數(shù)迭代的初值，根據(jù)上式可以逐步遞推得到最佳權(quán)系數(shù)，并計(jì)算出濾波器誤差輸出。下圖為LMS算法的流程圖：
SHAPE\*MERGEFORMAT
2.1.4LMS算法的參數(shù)分析
LMS算法所用到計(jì)算式如下：
系統(tǒng)輸出：
誤差估計(jì)：
權(quán)值更新：
其中為信號(hào)輸出，為輸入向量，為誤差值，為權(quán)值向量，為期望值，為步長。在LMS算法中步長值的取舍問題非常重要，直接影響了算法的收斂速度。值是用來調(diào)整加權(quán)參數(shù)的修正速度，若值取的過小，收斂速度就會(huì)過于緩慢，當(dāng)取的過大時(shí)，又會(huì)造成系統(tǒng)收斂的不穩(wěn)定，導(dǎo)致發(fā)散。所以選取最佳的值是LMS算法中一個(gè)重要的問題。具體收斂條件可由下面的式子分析得出：
可以以得出收斂條件及
其中是輸入相關(guān)矩陣的最大特征值。
2.1.5LMS算法的仿真分析
圖(2.1.5.1)
上面為輸入信號(hào)與輸出信號(hào)圖示。輸入信號(hào)采用正態(tài)隨機(jī)信號(hào)加上高斯白噪聲。可以看出輸出信號(hào)經(jīng)過一段時(shí)間基本達(dá)到跟蹤，濾波的效果。
圖(2.1.5.2)
圖(2.1.5.3)
第3篇
關(guān)鍵詞：DDSFPGA頻率合成器跳頻通信
在眾多的通信技術(shù)中，擴(kuò)頻通信技術(shù)由于具有獨(dú)特的抗干擾能力以及寬的使用頻帶而在軍事通信領(lǐng)域倍受青睞。根據(jù)擴(kuò)頻通信調(diào)制方式的不同，它可以分為直接序列擴(kuò)頻方式（DS）、跳頻方式（FH）、跳時(shí)方式（FT）及兼有以上方式中二種以上的混合方式。其中跳頻通信具有保密性好、不易受遠(yuǎn)近干擾和多徑干擾的影響等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前景的通信方式。跳頻系統(tǒng)的頻率跳變，受到偽隨機(jī)碼的控制。不同的時(shí)間、不同的偽碼相位，頻率合成器產(chǎn)生的相應(yīng)頻率也不同。把跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律稱為跳頻圖案。跳頻圖案是時(shí)間和頻率的函數(shù)，故又稱為時(shí)間－頻率矩陣，簡稱時(shí)頻矩陣。時(shí)頻矩陣可直觀描述出頻率跳變規(guī)律，如圖1所示。
跳頻圖案的設(shè)計(jì)是跳頻通信系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵問題，直接影響到跳頻系統(tǒng)的保密、抗干擾、多址等性能。一般要求跳頻圖案的周期要長，這就要求控制跳頻圖案的偽隨機(jī)碼周期要長，即移位寄存器的級(jí)數(shù)要大。
1基于FPGA和DDS技術(shù)的跳頻信號(hào)源設(shè)計(jì)
跳頻信號(hào)源即為載波頻率按照一定跳頻圖案跳變的信號(hào)發(fā)生器。設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)異的跳頻信號(hào)源，困難在于其優(yōu)良的頻譜性能。筆者提出了一種基于FPGA12和DDS技術(shù)的跳頻圖案的設(shè)計(jì)方案。指標(biāo)如下：600跳／秒跳速；20個(gè)跳頻點(diǎn)；3．4MHz跳頻基帶；68MHz跳頻帶寬；106．78MHz～172．14MHz跳頻頻率中20個(gè)頻點(diǎn)。DDS采用AD公司的最新頻率合成器件AD9852，寫頻率控制字采用ALTARA公司的可編程邏輯器件APEX20K系列中的EP20K100，其邏輯資源為10萬門，兩者通過40針總線接口相連3。其中，F(xiàn)PGA完成存儲(chǔ)頻率控制字、定時(shí)寫入頻率控制字的功能，AD9852則實(shí)現(xiàn)頻率合成輸出。頻率合成器DDS是跳頻信號(hào)源中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其原理如圖2所示。這種頻率合成器工作頻率高，可達(dá)GHz數(shù)量級(jí)；分辨率高，可達(dá)1Hz以下，穩(wěn)定度高；體積小，重量輕，集成度高，這些都是其他頻率合成器件難以比擬的。AD9852是近年推出的高速芯片，具有小型的80管腳表貼封裝形式，其時(shí)鐘頻率為300MHz，并帶有兩個(gè)12位高速正交D／A轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)48位可編程頻率寄存器、兩個(gè)14位可編程相位移位寄存器、12位幅度調(diào)制器和可編程的波形開關(guān)鍵功能，并有單路FSK和BPSK數(shù)據(jù)接口，易產(chǎn)生單路線性或非線性調(diào)頻信號(hào)。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源時(shí)，AD9852可產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正、余弦輸出，可用作捷變頻本地振蕩器和各種波形產(chǎn)生器。AD9852提供了48位的頻率分辨率，相位量化到14位，保證了極高頻率分辨率和相位分辯率，極好的動(dòng)態(tài)性能。其頻率轉(zhuǎn)換速度可達(dá)每秒100×106個(gè)頻率點(diǎn)。在高速時(shí)鐘產(chǎn)生器應(yīng)用中，可采用外接300MHz時(shí)鐘或外接低頻時(shí)鐘倍頻兩種方式，給電路板帶來了極大的方便，同時(shí)也避免了采用高頻時(shí)鐘帶來的問題。在AD9852芯片內(nèi)部時(shí)鐘輸入端有4～20倍可編程參考時(shí)鐘鎖相倍頻電路，外部只需輸入一低頻參考時(shí)鐘60MHz，通過AD9852芯片內(nèi)部的倍頻即可獲得300MHz內(nèi)部時(shí)鐘。300MHz的外部時(shí)鐘也可以采用單端或差分輸入方式直接作為時(shí)鐘源。AD9852采用＋3．3V供電，降低了器件的功耗。工作溫度范圍在－40°C～＋85°C。
本文采用AD9852所設(shè)計(jì)的頻率合成器結(jié)構(gòu)如圖3所示。DDS模塊分成二路輸出：（1）第一路輸出
100MHz～150MHz信號(hào)；（2）第二路輸出150MHz～200MHz信號(hào)。其中DDS輸出12．5MHz～25MHz的信號(hào)，經(jīng)SWCON開關(guān)分成兩路輸出，一路輸出12．5MHz～18．75MHz信號(hào)，經(jīng)放大倍頻、濾波，輸出100MHz～150MHz信號(hào)；另一路輸出18．75MHz～25MHz的信號(hào)經(jīng)放大倍頻、濾波輸出150MHz～200MHz信號(hào)。
2FPGA與DDS接口設(shè)計(jì)
FPGA主要完成從外部向DDS寫入頻率控制字功能，其中頻率控制字存儲(chǔ)在FPGA內(nèi)部RAM單元中。雙方通過40針總線連接，其中信號(hào)線為：8位數(shù)據(jù)線、6位地址線、復(fù)位信號(hào)、updateclk（頻率跳變信號(hào)）、swcon（開關(guān)：高頻段和低頻段轉(zhuǎn)換信號(hào)，當(dāng)swcon為低時(shí)輸出高頻段，當(dāng)swcon為高時(shí)，輸出低頻段）、wr（寫信號(hào)）。
AD9852用于頻率合成時(shí)工作在單頻模式（singletonemode）其工作時(shí)序關(guān)系如圖4所示。
