随着网络和智能领域在汽车行业的不断发展,越来越复杂的电子控制单元被应用到车载系统。为了提升汽车的稳定性和安全性,相关技术人员开始着手改善车辆行驶时的控制性能,这就需要一个高速且可靠性强的车载通信网络体系。以太网在工业领域中取得的巨大成就以及其近三十年来的技术积累和革新,让人们看到了车载以太网的应用前景。100BASE-T1协议规定了百兆车载以太网采用的物理传输介质,并且说明了数据传输过程中所使用的信号处理方法,因其具有成本低、速率高和稳定性强等优点而成为使用最为广泛的车载通信技术。
当在车载以太网中高速传输信号时,因为双绞线信道的非理想特性会带来码间干扰和回波噪声,故需要设计盲均衡器来补偿信道特性。由于车载传输信道的时变性,因此对双绞线信道的研究具有重要意义。100BASE-T1物理层通信系统所用到的物理传输介质为5类非屏蔽双绞线,通过分析双绞线三种不同信道的数学模型并对比了其中的优缺点,最终确定用适用于百兆带宽范围的Wideband模型来对双绞线电缆进行建模。然后根据车载信道的传输特性采取了带有判决反馈结构的盲均衡器,盲均衡器包括均衡器结构和盲均衡算法,而盲均衡算法的选择对整个均衡系统的性能起到至关重要的作用。本文首先研究了判决导向最小均方(Decision Directed Least Mean Square,DDLMS)误差算法以及常数模算法(Constant Modulus Algorithm,CMA),然而CMA算法并不太适用于具有多模值的PAM3信号,因此对传统的CMA算法进行了改进。针对改进的CMA算法剩余误差大和DDLMS误差算法收敛能力较差的不足点,于是在上述两种算法的基础上提出了一种基于平均判决误差的混合盲均衡算法。计算机仿真结果表明,混合盲均衡算法结合了改进的CMA算法和DDLMS误差算法的优点,拥有较强的收敛能力并且收敛后的剩余稳态误差较小。
最后,根据之前所提的均衡器结构和盲均衡算法进行硬件模块设计,整个信道盲均衡系统主要分为数据缓冲模块、均衡器模块、判决器模块、误差控制量计算模块以及抽头权系数矢量迭代模块。对盲均衡器的每个子模块进行了原理分析以及提供了对应的设计方法,并通过硬件仿真平台对盲均衡器进行了仿真验证,硬件仿真结果显示本文设计的盲均衡器能够正常工作并且收敛后的剩余稳态误差较小,充分说明混合盲均衡算法的稳定性和可靠性。
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