在基帶傳輸中，除噪聲外，碼間干擾是影響傳輸質(zhì)量的主要因素。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的發(fā)送濾波器和接收濾波器就可以達(dá)到消除碼間干擾的目的。但實(shí)際通信時(shí)，總的傳輸特性將會(huì)偏離理想特性，這樣就會(huì)產(chǎn)生碼間干擾。要想克服這些偏離就需要采用均衡的手段。
均衡器又分為頻域均衡器和時(shí)域均衡器兩種。頻域均衡的基本思想是利用幅度均衡器和相位均衡器來(lái)補(bǔ)償傳輸系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性的不理想，以達(dá)到所要求的理想形成波形，從而消除碼間干擾。因此它的出發(fā)點(diǎn)是保持形成波形的不失真。時(shí)域均衡的基本思想是建立在消除取樣點(diǎn)的碼間干擾的基礎(chǔ)上，并不要求傳輸波形的所有細(xì)節(jié)都與奈氏準(zhǔn)則所要求的理想波形一致。因此它們利用接收波形本身來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，消除抽樣點(diǎn)的碼間干擾，提高判決的可靠性。所以時(shí)域均衡是對(duì)信號(hào)在時(shí)域上進(jìn)行處理，比頻域均衡更為直觀。
理論和實(shí)踐都表明，在數(shù)字基帶系統(tǒng)的接收濾波器和抽樣判決器之間或在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的解調(diào)器和抽樣判決器之間插入一個(gè)均衡器，可以消除或減小通信系統(tǒng)參數(shù)變化引起的碼間干擾。
一、時(shí)域均衡的基本原理
時(shí)域均衡器主要是由橫向?yàn)V波器構(gòu)成，它是由無(wú)限多的橫向排列的遲延單元和抽頭加權(quán)系數(shù)組成的線性系統(tǒng)，如圖1所示。它的功能是利用它產(chǎn)生的無(wú)限多個(gè)響應(yīng)之和，將接收濾波器輸出端抽樣時(shí)刻上有碼間干擾的響應(yīng)波形變換成無(wú)碼間干擾的響應(yīng)波形。
圖1 橫向?yàn)V波器
不難看出，橫向?yàn)V波器的特性將取決于各抽頭系數(shù)。如果是可調(diào)整的，則圖1所示的濾波器是通用的；特別當(dāng)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)，則它能夠適應(yīng)信道特性的變化，可以動(dòng)態(tài)校正系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)。
理論上，無(wú)限長(zhǎng)的橫向?yàn)V波器可以完全消除抽樣時(shí)刻上的碼間干擾，但實(shí)際中是不可實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)?，不僅均衡器的長(zhǎng)度受限制，并且系數(shù)的調(diào)整準(zhǔn)確度也受到限制。如果的調(diào)整準(zhǔn)確度得不到保證，即使增加長(zhǎng)度也不會(huì)獲得顯著的效果。因此，有必要進(jìn)一步討論有限長(zhǎng)橫向?yàn)V波器的抽頭增益問(wèn)題。
設(shè)一個(gè)具有個(gè)抽頭的橫向?yàn)V波器，如圖2（a）所示，其傳遞函數(shù)
圖2 有限長(zhǎng)橫向?yàn)V波器及其輸入輸出波形
單位沖激響應(yīng)為
又設(shè)它的輸入為，是被均衡的對(duì)象，且沒(méi)有附加噪聲，如圖2 (b)所示。則均衡后的輸出波形為
在抽樣時(shí)刻，有
或者簡(jiǎn)寫為
也就是說(shuō)，均衡器在第k個(gè)抽樣時(shí)刻得到的樣值將由與 的乘積之和來(lái)確定。根據(jù)消除碼間干擾的要求，我們得出
將展開(kāi)
令n等于，得個(gè)獨(dú)立線性方程如下：
寫成矩陣形式，有
解個(gè)獨(dú)立線性方程，可求得 個(gè)，
舉例說(shuō)明：
例1設(shè)計(jì)一個(gè)三抽頭迫零均衡器的抽頭增益加權(quán)系數(shù)，輸入波形的樣值為其余。
解：
解得
再用求得的核對(duì)已均衡波的，得
可見(jiàn)，它能保證在范圍內(nèi)消除碼間干擾，但是超出這個(gè)范圍還存在碼間干擾。所以，當(dāng)有限時(shí)，不能完全消除碼間干擾。然而，當(dāng)時(shí)，可完全消除碼間干擾。
二、時(shí)域均衡器的結(jié)構(gòu)
橫向?yàn)V波器的特性完全取決于各抽頭系數(shù)，而抽頭系數(shù)的確定則依據(jù)均衡效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。均衡效果通常用最小峰值畸變準(zhǔn)則和最小均方誤差畸變準(zhǔn)則來(lái)衡量，根據(jù)這兩種準(zhǔn)則構(gòu)成的均衡器分別為預(yù)置式自動(dòng)均衡器和自適應(yīng)均衡器。
1.預(yù)置式自動(dòng)均衡器
預(yù)置式自動(dòng)均衡器采用最小峰值畸變準(zhǔn)則。若時(shí)域均衡器的輸入信號(hào)為，輸出信號(hào)為，則它們的峰值畸變分別為
理論分析表明：當(dāng)均衡器輸入峰值畸變（即眼圖不閉合）時(shí)，調(diào)整除外的個(gè)抽頭增益并迫使均衡器單脈沖輸出的抽樣值，而，就可以獲得最佳的均衡效果，即最小。常稱這種方法為“迫零調(diào)整”。
圖3為預(yù)置式自動(dòng)均衡器的原理方框圖。在系統(tǒng)的發(fā)送端，每隔一段時(shí)間向發(fā)送濾波器輸入一個(gè)單脈沖波形。當(dāng)該波形每個(gè)秒依次輸入時(shí)，在輸出端就將獲得各樣值為的波形。根據(jù)迫零調(diào)整原理，若得到的某一為正極性時(shí)，則相應(yīng)的抽頭增益應(yīng)下降一個(gè)適當(dāng)?shù)脑隽?；若為?fù)極性時(shí)，則相應(yīng)的應(yīng)增加一個(gè)增量。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)調(diào)整，在輸出端將每個(gè)依次進(jìn)行抽樣并進(jìn)行極性判決，這個(gè)過(guò)程由圖中抽樣與峰值極性判決器完成，判決的兩種可能結(jié)果以“有無(wú)脈沖”表示并將其輸入到控制電路?？刂齐娐穼⒃谕灰?guī)定時(shí)刻將所有“極性脈沖”分別作用到相應(yīng)的增益頭上。讓它們作增加或下降的改變。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，就能達(dá)到均衡的目的?？梢?jiàn)這種自動(dòng)均衡器的精度與增量的選擇和允許調(diào)整的時(shí)間有關(guān)。越小，精度就越高，但調(diào)整時(shí)間就越長(zhǎng)。
圖3 預(yù)置式自動(dòng)均衡器的原理框圖
2.自適應(yīng)均衡器
自適應(yīng)均衡與預(yù)置式均衡一樣，都是借助調(diào)整橫向?yàn)V波器的抽頭增益達(dá)到均衡的目的。但自適應(yīng)均衡采用最小均方誤差畸變準(zhǔn)則，不再利用專門的單脈沖波形來(lái)調(diào)整抽頭增益，而是在傳輸數(shù)據(jù)期間借助信號(hào)本身來(lái)自動(dòng)均衡的。
圖4 自適應(yīng)均衡器
理論分析和實(shí)踐表明，最小均方算法比迫零算法的收斂性好，但在惡劣信道環(huán)境下，它的初始收斂性能變壞。為克服初始均衡的困難，在開(kāi)始傳輸信息數(shù)據(jù)之前可以傳輸一段接收機(jī)已知的隨機(jī)序列，用以對(duì)均衡器進(jìn)行訓(xùn)練。這一段隨機(jī)序列為訓(xùn)練序列。當(dāng)然帶有預(yù)置式自動(dòng)均衡器的基帶系統(tǒng)傳輸信息數(shù)據(jù)之前所傳輸?shù)膯蚊}沖訓(xùn)練也是訓(xùn)練訓(xùn)練，但其周期遠(yuǎn)大于碼元周期。
自適應(yīng)均衡器種類很多，但其原理基本雷同。