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Turbo 均衡在Non-CP SC-FDE 体系中的使用

近年来,随着人们对传输速率的要求越来越高,通信系统逐渐向着宽带、高频谱效率的方向发展。单载波频域均衡(SC-FDE)作为下一代无线通信的关键技术,受到人们广泛的关注。传统的SC-FDE系统为了消除符号

近年来,跟着人们对传输速率的要求越来越高,通讯体系逐渐向着宽带、高频谱功率的方向开展。单载波频域均衡(SC-FDE)作为下一代无线通讯的关键技能,遭到人们广泛的重视。传统的SC-FDE体系为了消除符号间搅扰(ISI),发射端需求在时域上周期性的刺进维护距离,即循环前缀(CP);接纳端进行信号同步、去CP后,经过傅里叶改换到频域,并经过信道估量在频域对信号进行补偿,再经过傅里叶逆改换到时域,这一进程称为频域均衡。频域均衡技能可以有用的消除多径搅扰,但因为需求刺进CP,会下降传输功率。为了进一步进步传输功率,人们开端逐渐重视无循环前缀的SC-FDE体系(Non-CP SC-FDE),其间的一个关键问题便是如安在没有CP的情况下消除ISI的影响。为了完成这一意图,可选用循环重构办法,即重构每个数据块前L 个符号的循环特性,再从接纳信号中消除这部分码间搅扰。

在传统的SC-FDE 体系中频域均衡与信道译码是两个独立的部分,信息没有充沛交互使用,导致解调门限偏高。而Turbo 均衡实际上是将信道看做一个串行级联码的内编码器,将译码器输出的软信息反应给均衡器,并经过屡次迭代,在均衡器和译码器之间充沛交流信息取得功能上的进步。

本文将Turbo均衡与Non-CP SC-FDE 体系的ISI消除结合起来,经过研讨频域均衡频域反应模型,提出了一种适用于Non-CP SC-FDE体系的均衡与循环重构联合迭代算法既抵达了消除多径搅扰的意图,又进步了传输功率。

1 SC-FDE 基本原理

SC-FDE 的基本原理是:在发送端串行输入信号经过调制器将数据码流映射到信号的星座上,刺进CP,成形滤波后经过无线信道传输;在接纳端接纳信号进行载波同步、守时同步以及去除CP后,经过傅里叶改换到频域,对频域信号进行均衡,再经过傅里叶逆改换到时域,进行符号判定后得到解调数据。SC-FDE体系原理框图如图1所示。

SC-FDE 信号是分块传输的,通常将一个均衡数据块称为一个Block.当信号经过多径信道后,会发生块间搅扰(IBI)和符号间搅扰(ISI)。为了最大程度消除ISI,SC-FDE体系需求在时域刺进维护距离结构,一般用原始符号循环拓宽作为维护距离,称为循环前缀(CP)。CP的长度要大于信道的最大多径时延扩展,这样前一个Block的多径重量只会对后一个Block的维护距离发生影响,而不会搅扰到后一个Block 的数据段。

此刻的FFT窗口内除了第一径的重量以外,其他多径重量相当于进行了循环移位。因为FFT改换的信号段看作是一个周期性延拓信号中的一个周期,因而多径重量的循环移位,并不影响信号在频域进行估量和均衡补偿。

关于无CP的SC-FDE体系,受搅扰的每个符号失去了循环特性,ISI不可避免,可以使用循环重构技能消除ISI.在原有的基础上,经过译码器/判定器反应的软/硬信息,并联合信道估量的成果去重构因为多径信道而引进的符号间搅扰,然后在后次判定或许迭代进程中抵消掉这部分码间搅扰,跟着迭代和反应的深化,体系逐渐到达收敛,终究取得杰出的功能体现。

循环重构可选用TCCR(尾部消除和循环修正)办法,如图2所示。即使用当时观测符号的尾部信息,与信道呼应的上三角阵卷积,加回现有观测信号中,然后康复观测信号的循环卷积特性。

2 Turbo 均衡与循环重构联合迭代算法

Turbo均衡的规划思维是:均衡器在处理经过多径的输入信号的时分,也接纳译码器输出的置信度信息,更新均衡输出的软信息,译码器也依据均衡器输出的软信息进一步输出更为精确牢靠的置信度信息,如此重复迭代。

Turbo 均衡可分为时域判定反应(TDDF)和频域判定反应(FDDF)两类,其差异在于反应滤波器和反应系数更新地点的域不同。因为SC-FDE体系自身选用的是频域均衡,所以更适合选用频域反应方法,即频域均衡频域判定反应(FDE-FDDF)。这种方法无需进行矩阵求逆的运算,下降了运算复杂度,有利于体系完成。

2.1 体系模型及数学推导

因为Turbo均衡与循环重构均引进了迭代的进程,可以使用频域均衡频域判定反应方法将频域均衡和循环重构结合到一同,以附近的核算价值得到功能的进步,其体系框图如图3所示。

频域均衡频域反应的数学推导如下:

第i 次迭代均衡后的输出表达式为:

依据最小均方差错(MMSE)原则,经过Lagrange乘子法,对f (i)n 求偏导并令该偏导为0,可得前向滤波器系数为:
H1 x(i – 1) 即IBI 搅扰,可以直接使用估量出的信道信息和前一个Block的判定成果,消除前一个Block对本Block的影响。
H0 x(i) 包括ISI搅扰,在进行频域均衡之前,必须先进行ISI消除。本文提出的Non-CP SC-FDE 体系Turbo均衡与循环重构联合迭代算法详细描绘如下:
(1)首要使用接纳到的练习符号,依据最小二乘原则(LS)进行信道估量,得到信道特性的估量信息H-0 和H-1 .
(2)使用估量出的信道信息和前一个Block的判定成果,消除IBI搅扰。
(3)使用上面得到的去掉IBI 的符号,进行频域均衡,得到初次的均衡成果,再进行信道译码,然后得到各个符号的判定成果。
(4)使用判定成果的期望值,与信道呼应的上三角阵卷积,结构ISI部分,然后从接纳信号r′(i) 中删去。
(5)使用上面得到的去掉ISI 的信号,进行频域均衡,得到新一轮的均衡成果。
(6)对上面的均衡成果进行信道译码,然后得到各个符号的判定成果。
(7)重复第(4)步~第(6)步,直到得到较好的判定成果。
3 功能仿真与剖析
仿真时每帧信号包括1个长度为256的练习字以及4个长度为1 024的数据块,关于有CP的体系,每个数据块前面还带有一个长度为128的CP.仿真参数设置如下:
调制方法:QPSK;频域均衡:MMSE 均衡;信道估量:最小二乘估量;信道编码:LDPC(8192,6144);信道模型:SUI-5信道,其参数见表1.
仿真分为有CP 和无CP 两类,有CP 的体系选用传统的非迭代频域均衡算法,无CP的体系选用本文提出的Turbo 均衡与循环重构联合迭代算法。仿真成果如图4所示。
经过仿真可以看出,Non-CP SC-FDE体系选用本文提出的联合迭代算法,进行四次迭代后可取得与传统有CP 的SC-FDE 体系近似的误码功能。但跟着迭代次数的添加,功能进步越来越小,四次迭代与三次迭代比较功能进步不到0.1 dB,持续添加迭代次数含义不大。
4 定论
本文将Turbo均衡技能使用于Non-CP SC-FDE体系中,提出了一种Turbo 均衡与循环重构联合迭代算法。在原有的基础上,经过译码器输出的软信息反应给均衡器,一起联合信道估量的成果去重构因为多径信道而引进的ISI,然后在下次迭代进程中抵消掉这部分码间搅扰。经过屡次迭代,在均衡器和译码器之间充沛交流信息取得功能上的进步。仿真成果表明,Non-CP SC-FDE体系使用该算法可以到达与传统SC-FDE体系相似的误码功能,在大幅进步传输功率的一起可以有用消除多径搅扰。

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