Turbo-BLAST雙迭代檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明以下一代移動通信為背景，涉及Turbo-BLAST雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法。將比特交織編碼調(diào)制迭代譯碼(BICM-ID)思想與Turbo-BLAST系統(tǒng)相結(jié)合，給出一種基于雙迭代的Turbo-BLAST系統(tǒng)模型，提出一種基于檢測器與譯碼器之間外層迭代檢測、解調(diào)器與譯碼器之間內(nèi)層迭代譯碼的Turbo-BLAST雙迭代檢測方法。本發(fā)明有效地將BICM-ID思想用于Turbo-BLAST系統(tǒng)，通過雙迭代檢測達(dá)到進(jìn)一步改善Turbo-BLAST系統(tǒng)誤比特率的目的。仿真表明，與Turbo-BLAST迭代檢測相比，采用所提的Turbo-BLAST雙迭代檢測方法可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的BER性能。
【專利說明】Turbo-BLAST雙迭代檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及無線通信的迭代檢測設(shè)計(jì)方法，更具體的說涉及Turbo-BLAST雙迭代檢測的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字通信正逐步地在通信領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。如何解決噪聲干擾、衰落、功率利用率、頻譜利用率等問題來提高通信系統(tǒng)的性能變得尤為重要。1992年，Zehavi提出了比特交織編碼調(diào)制(BICM)技術(shù)，通過比特隨機(jī)交織來增加分集階數(shù)，從而達(dá)到對抗衰落的目的。該方案具有復(fù)雜度低、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。受Turbo碼迭代譯碼思想的啟發(fā)，李曉東和Ritcey在BICM技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了比特交織編碼調(diào)制迭代譯碼(BICM-1D)方案，其原理就是通過解調(diào)器與軟輸入軟輸出(SISO)譯碼器之間的聯(lián)合迭代來改善系統(tǒng)性能。BICM-1D具有較高的頻譜利用率且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低，同時(shí)適用于高斯信道和衰落信道，可以提高無線通信傳輸?shù)墓β首V效率和頻譜效率，這些優(yōu)勢使其得到了業(yè)界學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
[0003]由上述分析可知，BICM-1D的關(guān)鍵技術(shù)就是將Turbo碼思想用到BICM中。Turbo碼自1993年被提出后便迅速成為業(yè)界研究的焦點(diǎn)，因?yàn)樗诘托旁氡?SNR)時(shí)就能夠接近Shannon極限。基于此，A.V.Zels等人給出了 Turbo-BLAST系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并對其性能做了分析，Turbo-BLAST系統(tǒng)就是將Turbo迭代譯碼的思想和多天線系統(tǒng)中的垂直分層空時(shí)結(jié)構(gòu)(V-BLAST)聯(lián)合起來而構(gòu)成的，是多天線系統(tǒng)中提高吞吐量的一種方案。2002年，M.Sellathurai等人研究了 Turbo-BLAST系統(tǒng)的迭代檢測算法的原理及其性能,基于此，MengYingTsai等人提出了一種均衡考慮系統(tǒng)性能和計(jì)算復(fù)雜度的檢測算法，在降低算法復(fù)雜度的同時(shí)也損失了部分性能。
[0004]近年來，關(guān)于BICM-1D技術(shù)與多天線系統(tǒng)結(jié)合的研究很層出不窮，Lee L等人研究了 BICM-1D技術(shù)在MM0-0FDM系統(tǒng)中的應(yīng)用并給出了系統(tǒng)的性能分析。在此基礎(chǔ)上，張睿等人研究了鏈路自適應(yīng)技術(shù)在BICM-1D-MM0-0FDM系統(tǒng)中的應(yīng)用，可根據(jù)信道狀況自適應(yīng)地選擇編碼調(diào)制方案，還可以根據(jù)編碼調(diào)制方案選取最合適的映射方式，有效改善了系統(tǒng)性能。
[0005]已有研究中，關(guān)于BICM-1D技術(shù)與Turbo-BLAST系統(tǒng)相結(jié)合的研究較少，本發(fā)明將在Turbo-BLAST迭代檢測的基礎(chǔ)上，研究一種基于解調(diào)器與譯碼器之間進(jìn)行內(nèi)層迭代譯碼、檢測器與譯碼器之間進(jìn)行外層迭代檢測的Turbo-BLAST雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，以此來改善系統(tǒng)的誤比特率(BER)性能。與傳統(tǒng)的Turbo-BLAST迭代檢測方案相比，采用Turbo-BLAST雙迭代檢測可以使系統(tǒng)的BER性能得到進(jìn)一步改善。
[0006]以下將通過具體實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的目的及特性進(jìn)行詳細(xì)描述，這些具體實(shí)施是說明性的，不具有限制性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明是針對Turbo-BLAST雙迭代檢測系統(tǒng)，研究了 Turbo-BLAST雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法。目的是通過接收端的雙迭代檢測，在傳統(tǒng)Turbo-BLAST迭代檢測的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善系統(tǒng)的BER性能。本發(fā)明提出的Turbo-BLAST雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法采用了以下步驟:
[0008](I)給出Turbo-BLAST雙迭代系統(tǒng)模型。
[0009]附圖1給出了 Turbo-BLAST雙迭代檢測的系統(tǒng)模型。在發(fā)送端，來自信源的二進(jìn)制比特流依次經(jīng)過信道編碼、隨機(jī)交織、調(diào)制與空時(shí)編碼后通過M根天線發(fā)送出去。在接收端，首先由檢測模塊對接收信號進(jìn)行檢測，然后軟解調(diào)模塊對檢測輸出的符號進(jìn)行比特似然解調(diào)，得到的對數(shù)似然信息經(jīng)過解交織后送入SISO譯碼模塊進(jìn)行信道譯碼。根據(jù)設(shè)置好的內(nèi)迭代與外迭代次數(shù)，完成解調(diào)器與譯碼器之間的內(nèi)迭代譯碼、檢測器與譯碼器之間的外迭代檢測。
[0010]假設(shè)信道條件為準(zhǔn)靜態(tài)平坦瑞利衰落，發(fā)送端有M根發(fā)送天線，接收端有N根接收天線，假設(shè)各發(fā)送天線與接收天線之間相互獨(dú)立，則某一時(shí)刻的接收信號為
[0011]y=Hx+n,表達(dá)式 1
[0012]其中，x=(x1; X2,…，xM)T為發(fā)送信號矢量，y=(y1; y2,…，yN)T為接收信號矢量，H為信道矩陣，其元素滿足&~C^(0，1)，其中，CW(a，o2)表示均值為a方差為O2的復(fù)高斯分布，n=(ni，n2，…，nN)T表示加性高斯白噪聲，其元素服從分布C^(0,<7?2)。
[0013](2)給出基于軟干擾抵消的線性檢測方法。
[0014]由于采用最大似然檢測方法存在計(jì)算復(fù)雜度太高的問題，為兼顧系統(tǒng)性能與計(jì)算復(fù)雜度，本發(fā)明采用基于軟干擾抵消的線性檢測方式。其關(guān)鍵之處就是根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則計(jì)算出最優(yōu)的干擾估計(jì)和檢測用的權(quán)向量矩陣。
[0015]檢測器與SISO譯碼器之間進(jìn)行第一次迭代檢測時(shí)，假設(shè)發(fā)送符號等概率分布，則第k個(gè)發(fā)送符號的估計(jì)毛為
[0016]
【權(quán)利要求】
1.Turbo-BLAST雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括步驟如下: (1)針對Turbo-BLAST雙迭代檢測系統(tǒng)，考慮到最大似然檢測方法的計(jì)算復(fù)雜度隨著發(fā)送天線數(shù)和調(diào)制階數(shù)的增加呈指數(shù)級增長，均衡算法復(fù)雜度與性能，采用基于軟干擾抵消的麗SE檢測方法對接收信號進(jìn)行線性檢測以抑制天線間干擾。 (2)根據(jù)Turbo-BLAST雙迭代檢測系統(tǒng)模型，將軟干擾抵消線性檢測器輸出的發(fā)送符號的估計(jì)傳送至軟解調(diào)器，由軟解調(diào)器計(jì)算輸出編碼比特的比特似然信息。 (3)編碼比特的對數(shù)似然信息經(jīng)過解交織運(yùn)算，然后傳送至軟輸入軟輸出譯碼器進(jìn)行信道譯碼，得到信息比特和編碼比特的后驗(yàn)概率信息。 (4)根據(jù)預(yù)先設(shè)置的內(nèi)迭代次數(shù)和外迭代次數(shù)，在軟解調(diào)器和譯碼器之間完成內(nèi)層迭代譯碼，在檢測器與譯碼器之間完成外層迭代檢測，從而完成整個(gè)雙迭代檢測過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Turbo雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(1)包括: (1a)外迭代次數(shù)為一時(shí)，假設(shè)發(fā)送符號等概率分布，即ε(xk)=0。軟輸入軟輸出譯碼器輸出的后驗(yàn)概率信息等于零，此時(shí)的MMSE檢測過程與普通的MMSE檢測過程一致。 (1b)從第二次外迭代開始，根據(jù)軟輸入軟輸出譯碼器反饋的前一次檢測符號的后驗(yàn)概率信息來估計(jì)發(fā)送符號，并且用估計(jì)出的發(fā)送符號的期望來進(jìn)行軟干擾抵消。隨著迭代次數(shù)的增加，檢測出的信號越來越逼近其均值，ε(xf)- Xk。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Turbo雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(2)包括: (2a)第一次內(nèi)迭代譯碼時(shí)，假設(shè)發(fā)送符號等概率分布，因此軟解調(diào)器在首次迭代時(shí)的先驗(yàn)信息等于零。 (2b)隨著內(nèi)迭代譯碼的進(jìn)行，軟輸入軟輸出譯碼器輸出的編碼比特的后驗(yàn)信息經(jīng)交織后作為軟解調(diào)器的先驗(yàn)信息，結(jié)合該先驗(yàn)信息對輸入符號進(jìn)行比特似然解調(diào)。(2a)是(2b)的一種特殊情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Turbo雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(3)包括: (3a)軟解調(diào)器輸出的比特似然信息經(jīng)過解交織運(yùn)算后傳送至軟輸入軟輸出譯碼器。 (3b)結(jié)合(3a)中得到的輸入信息和所用卷積編碼的網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)，計(jì)算輸出信息比特和編碼比特的后驗(yàn)概率信息以用于下一輪迭代。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Turbo雙迭代檢測設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(4)包括: (4a)判斷內(nèi)迭代譯碼是否收斂，如果未收斂，則軟輸入軟輸出譯碼器輸出的編碼比特的后驗(yàn)概率信息經(jīng)過交織后反饋至軟解調(diào)器作為先驗(yàn)信息，繼續(xù)下一輪內(nèi)迭代譯碼；如果內(nèi)迭代譯碼收斂，則跳出內(nèi)迭代循環(huán)。 (4b)如果(4a)中內(nèi)迭代譯碼收斂，判定外迭代檢測是否收斂，如果還未收斂，則軟輸入軟輸出譯碼器輸出的編碼比特的后驗(yàn)概率信息經(jīng)過交織后反饋至檢測器作為先驗(yàn)信息來估計(jì)發(fā)送符號，進(jìn)行新一輪外層迭代檢測；如果內(nèi)迭代和外迭代均達(dá)到收斂，則軟輸入軟輸出譯碼器輸出的信息比特的后驗(yàn)概率信息經(jīng)過硬判決后輸出，進(jìn)而完成整個(gè)Turbo雙迭代檢測。最后利用Matlab仿真平臺進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證，驗(yàn)證本發(fā)明方案的有效性。
【文檔編號】H04L1/06GK103647623SQ201310724120
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】陳小敏, 于曉丹, 虞湘賓, 朱益民, 譚偉, 錢克蒼 申請人:南京航空航天大學(xué)