| 通信技術(shù)

通信技術(shù)發(fā)展至今，每個(gè)人都離不開它的存在。通信系統(tǒng)的核心主要在于物理層，物理層的關(guān)鍵在基帶。在通信系統(tǒng)中，邏輯開發(fā)工程師主要工作就在基帶和射頻部分，甚至射頻都不在從事的任務(wù)內(nèi)。今天給大家簡單講講基帶接收機(jī)中的信道均衡技術(shù)，主要取材于sharetechnote。

01什么是均衡器

在無線通信中(實(shí)際上在任何通信中)，信號(hào)在到達(dá)接收器之前總是要經(jīng)過物理介質(zhì)(在無線通信中主要是空氣和發(fā)射器天線之外的任何東西)。在大多數(shù)情況下，這些通道往往不是在信號(hào)的最佳環(huán)境中，并對(duì)信號(hào)產(chǎn)生一些負(fù)面影響。結(jié)果，接收器將得到信道失真或損壞的信號(hào)，如下圖所示。

如果信道的失真或損壞太嚴(yán)重，就無法進(jìn)行正常的通信。那么，當(dāng)信號(hào)被無線信道扭曲或損壞時(shí)，如何保證發(fā)送的信號(hào)(數(shù)據(jù))能被接收器正常接收(解碼)呢?一個(gè)最常見的解決方案是使用一個(gè)稱為均衡器的特殊組件。該組件可以是硬件或軟件的形式，也可以是兩者的形式。均衡器是一種特殊的組件(塊)，它可以消除信道在信號(hào)通過信道時(shí)所造成的失真/損壞。

02如何實(shí)現(xiàn)均衡？

當(dāng)你第一次聽說均衡器的作用時(shí)，它可能聽起來像一個(gè)魔法，可能會(huì)問自己這樣的魔法是如何發(fā)生的。

為了解釋這一點(diǎn)，我將把上一節(jié)所示的方框圖轉(zhuǎn)換為如下所示的數(shù)學(xué)格式。(如果你想進(jìn)一步了解這個(gè)方程中H的細(xì)節(jié)，請(qǐng)參考通道模型鏈接文章《通信技術(shù)筆記：如何構(gòu)建信道模型》)。

正如上面提到的，H通常會(huì)失真或破壞信號(hào)，使接收方難以解碼信號(hào)。均衡的目的是為了消除h的影響。從數(shù)學(xué)角度來看，這很簡單。只需取H(信道)的倒數(shù)，并將其應(yīng)用于接收的信號(hào)(Hx)。均衡器所做的基本上是計(jì)算信道矩陣的逆和校正(補(bǔ)償)接收到的信號(hào)。

是不是很簡單，一看就會(huì)，一做就廢。

03真的如此簡單？

工程界的每個(gè)人都知道，沒有什么事情像說的那么容易。就像信道估計(jì)一樣，在DMRS位置不確定和FCDM多種選擇情況下，一切變得復(fù)雜了，這同樣也適用于均衡。如前一節(jié)所述，理想的均衡只是取信道矩陣的逆，并將其應(yīng)用于接收信號(hào)，但有一些數(shù)學(xué)和技術(shù)上的挑戰(zhàn)和前提條件。

為了得到信道矩陣的逆，信道矩陣需要滿足以下特定條件。

信道矩陣應(yīng)為方陣。這意味著Tx和Rx天線的數(shù)量應(yīng)該是相同的。但在現(xiàn)實(shí)中，也有Tx和Rx天線不相同的情況。

信道矩陣應(yīng)該是可逆的。它意味著矩陣不應(yīng)該是0。'一個(gè)矩陣是0'意味著'它的行列式是0'。

為了克服這些數(shù)學(xué)上的限制，我們使用了許多其他的技術(shù)，可以應(yīng)用于非方陣。大多數(shù)常用的均衡方法，如最小二乘、奇異值分解、最小方誤差均可應(yīng)用于非平方矩陣。

現(xiàn)在讓我們假設(shè)我們有辦法克服數(shù)學(xué)上的限制。但我們?nèi)杂幸恍?shí)際的挑戰(zhàn)需要克服。

從概念上講，均衡就是得到信道矩陣的逆(或偽逆)。這意味著信道矩陣應(yīng)該給均衡器。我(指接收方)如何知道信道矩陣?如果信道完全不變，我們可以在建立通信系統(tǒng)之前對(duì)信道進(jìn)行研究，并將信道矩陣直接預(yù)編程到接收機(jī)中，但在無線通信中我們不能期望這種恒定(永不變化)的信道條件。無線環(huán)境中的信道特性是不斷變化的。這意味著接收器必須自己動(dòng)態(tài)地計(jì)算信道特性并構(gòu)建信道矩陣。這個(gè)過程(即找出信道特性)稱為信道估計(jì)。有各種各樣的信道估計(jì)技術(shù)，其中一些技術(shù)在《SISO/MIMO信道估計(jì)原理詳細(xì)圖解》解釋。

04舉例說明

ZF均衡

LS均衡

SVD分解

MMSE均衡

在工程實(shí)現(xiàn)過程中，我們需要在算法和資源中尋求平衡，尤其對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)基帶單元的情況。隨著5G及6G的發(fā)展，應(yīng)用場景更加豐富，MIMO天線數(shù)量劇增，信道估計(jì)和均衡的實(shí)現(xiàn)變得越來越復(fù)雜，這對(duì)BBU的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

審核編輯：湯梓紅