| 通信技術

通信技術發展至今，每個人都離不開它的存在。通信系統的核心主要在于物理層，物理層的關鍵在基帶。在通信系統中，邏輯開發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內。今天給大家簡單講講基帶接收機中的信道均衡技術，主要取材于sharetechnote。

01什么是均衡器

在無線通信中(實際上在任何通信中)，信號在到達接收器之前總是要經過物理介質(在無線通信中主要是空氣和發射器天線之外的任何東西)。在大多數情況下，這些通道往往不是在信號的最佳環境中，并對信號產生一些負面影響。結果，接收器將得到信道失真或損壞的信號，如下圖所示。

如果信道的失真或損壞太嚴重，就無法進行正常的通信。那么，當信號被無線信道扭曲或損壞時，如何保證發送的信號(數據)能被接收器正常接收(解碼)呢?一個最常見的解決方案是使用一個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通過信道時所造成的失真/損壞。

02如何實現均衡？

當你第一次聽說均衡器的作用時，它可能聽起來像一個魔法，可能會問自己這樣的魔法是如何發生的。

為了解釋這一點，我將把上一節所示的方框圖轉換為如下所示的數學格式。(如果你想進一步了解這個方程中H的細節，請參考通道模型鏈接文章《通信技術筆記：如何構建信道模型》)。

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

是不是很簡單，一看就會，一做就廢。

03真的如此簡單？

工程界的每個人都知道，沒有什么事情像說的那么容易。就像信道估計一樣，在DMRS位置不確定和FCDM多種選擇情況下，一切變得復雜了，這同樣也適用于均衡。如前一節所述，理想的均衡只是取信道矩陣的逆，并將其應用于接收信號，但有一些數學和技術上的挑戰和前提條件。

為了得到信道矩陣的逆，信道矩陣需要滿足以下特定條件。

信道矩陣應為方陣。這意味著Tx和Rx天線的數量應該是相同的。但在現實中，也有Tx和Rx天線不相同的情況。

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

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

現在讓我們假設我們有辦法克服數學上的限制。但我們仍有一些實際的挑戰需要克服。

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之前對信道進行研究，并將信道矩陣直接預編程到接收機中，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態地計算信道特性并構建信道矩陣。這個過程(即找出信道特性)稱為信道估計。有各種各樣的信道估計技術，其中一些技術在《SISO/MIMO信道估計原理詳細圖解》解釋。

04舉例說明

ZF均衡

LS均衡

SVD分解

MMSE均衡

在工程實現過程中，我們需要在算法和資源中尋求平衡，尤其對于硬件實現基帶單元的情況。隨著5G及6G的發展，應用場景更加豐富，MIMO天線數量劇增，信道估計和均衡的實現變得越來越復雜，這對BBU的設計提出了嚴峻挑戰。

審核編輯：湯梓紅