一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，首先，使用MMSE均衡器对接收信号进行均衡；再将其输入到译码器进行译码；而后利用译码器输出的软信息来构造平均信息和方差信息；利用方差外信息矩阵计算第j时刻的横向滤波器抽头系数；结合已知的多径信道参数和平均外信息来模拟接收信号，从而得到信的估计；最后，MMSE均衡器利用模拟接收信号r和真实接收信号r再次对多径信号进行均衡。本发明专利技术避免了时域算法中复杂的矩阵求逆运算，有效降低了迭代均衡的处理复杂度，在不降低均衡性能的前提下，既能同时消除线性和非线性干扰，又能大大降低计算复杂度。

Turbo time domain equalization method for HF communication

【技术实现步骤摘要】
一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法
本专利技术属于短波通信
，尤其涉及一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法。
技术介绍
对于无线信道而言，多径传播、快变化的频率选择性和时间选择性衰落是造成传输信号失真的主要因素，信道冲激响应会引入码间串扰，使接收信号严重受损，通常需要在接收机中利用均衡器来消除码间干扰的影响，再进行译码。Turbo均衡是一种将均衡和译码反复迭代进行数据检测的技术，以其随机编码和迭代译码的特性，已经获得了接近香农极限的优异性能，成为目前短波通信中主要采用的均衡器。在经典的Turbo均衡算法中，信道均衡器采用最大后验概率准则(MAP)进行软信息的计算，MAP均衡器是码元的误比特率达到最小的最优算法，主要目的是为判决译码器提供信道接收软信息，即计算已知接收符号的条件下可能的信息符号概率。但这种算法涉及到大量的对数和乘法运算，运算复杂度会随着信道的记忆长度和调制的阶数呈指数级增长，运算复杂，不利于工程实现。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提出一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，本专利技术采用基于最小均方误差(MinimumMeanSquaredError，MMSE)准则的低复杂度Turbo均衡方法，避免了时域算法中复杂的矩阵求逆运算，有效降低了迭代均衡的处理复杂度，在不降低均衡性能的前提下，既能同时消除线性和非线性干扰，又能大大降低计算复杂度。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以解决。一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，包括以下步骤：步骤1，设定短波通信信道共有p′+q′+1阶，其中，主径前有p′阶，主径后有q′阶，且多径信道参数h(t)＝(h-p′(t)，…，h0(t)，…，hq′(t))，则待传输的用户信息比特u经信道编码后进行BPSK调制，得到映射符号x＝(x0，x1，…，xn-1)，发送端发送数据符号xprefix，数据符号经过多径信道传输后，接收端接收信号r；其中，所述信道编码的码字比特为c＝(c0，c1，…，ci，…，cn-1)，ci∈{0，1}；xi＝1-2×ci，n为码字长度；步骤2，接收端采用基于MMSE均衡的低复杂度Turbo时域均衡法对接收信号的多径衰落进行均衡、译码，输出估计码字进一步地，所述数据符号xprefix＝(x-1，…，x-1，x0，x1，…，xj，…，xn-1，xn，…，xn+l-1)；其中，(x-l，…，x-1)为前保护带，(xn，…，xn+l-1)为后保护带；前保护带和后保护带分别是由{-1，+1}组成的符号序列，其长度分别大于等于p′+q′。进一步地，所述接收信号r在第t时刻接收值的数学表达式为：rt＝h-p′(t)xp′+t+…+h-1(t)x1+t+h0(t)xt+h1(t)x-1+t+…+hq′(t)x-q′+t+nt，(-p′＜＝t＜n+q′)其中，nt为第t时刻服从均值为0方差为的二维正态分布加性高斯白噪声采样值；进一步地，所述接收端采用基于MMSE均衡的低复杂度Turbo时域均衡法对接收信号的多径衰落进行均衡、译码，其具体为：采用有限阶数的横向滤波器逼近信道特性的逆；即均衡器利用译码器提供的先验信息Lout(b)对多径衰落信号进行均衡，提取出第j比特的软信息，遍历所有j，获得所有符号/比特的软信息，进而进行下一次译码；其按照以下步骤实施：(1)初始化：令横向滤波器的阶数为p+q+1，最大迭代次数为L，当前迭代次数l＝0，初始软信息设置为中性信息，即Lout(b)＝(0，…，0，…，0)；(2)判断当前迭代次数是否满足l＜L，若是，则转入步骤3；否则跳转至步骤6；(3)令软信息的比特序号j＝0；(4)判断软信息的比特序号是否满足j＜n，若是，则转入(4.1)，否则跳转至步骤5；(4.1)构造信道循环矩阵Hj；(4.2)构造平均外信息向量与方差外信息矩阵其中，(-q′-q≤j′≤p′+p)；即其中，diag表示主对角；分别令即可得到平均外信息向量和方差外信息矩阵其具体表达式为：(4.3)计算横向滤波器的抽头系数w(j)：其中，w(j)＝(wq(j)，…，w0(j)，…，w-p(j))T，上标T为转置操作，Ip+q表示阶数为p+q的单位阵，(·)H表示共轭转置操作，(·)-1表示求逆操作，C表示矩阵H的第q′+q+1列；(4.4)计算横向滤波器的输出其中rj＝(rj-q，…，rj，…，rj+p)T；计算均值μj和方差(4.5)计算第j比特的软信息(4.6)变量j加1，并跳转至步骤4；(5)将均衡器输出的软信息Lin(b)送入译码器进行译码，译码器输出Lout(b)；(6)对Lout(b＝0)进行硬判决，得到估计码字若符合码字约束，则退出；否则l加1；判断迭代次数是否满足l＝L，若是，则退出，否则，跳转至步骤2。进一步地，所述构造信道循环矩阵Hj，其具体为：构造t时刻的信道循环矩阵Ht：其中，Ht的维数为p+q+1行、p+q+p′+q′+1列；进一步地，设定有限个符号周期内，信道矩阵为恒定值，则t时刻的信道循环矩阵Ht简化为：其中，Ht的第2至p+q+1行中的每一行分别为该行的上一行的循环右移所得。进一步地，所述译码器输出Lout(b)为：Lout(b)＝(Lout(h0)，Lout(b1)，…，Lout(bn-1))；其中，符号Lout(bi)表示译码器输出的第i比特的对数似然比，且若Lout(bi)≥0，则将第i个比特判定为0；否则，判定为1；p(bi＝0)为第i个比特判定为0的概率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用基于MMSE均衡的低复杂度Turbo均衡算法，避免了时域算法中复杂的矩阵求逆运算，有效降低了迭代均衡的处理复杂度，在不降低均衡性能的前提下，既能同时消除线性和非线性干扰，又能大大降低计算复杂度。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术的实现流程框图；图2是本专利技术多径时变信道框图；图3是本专利技术实施例中横向滤波器结构图；图4是本专利技术实施例中衰落参数为2ms/1Hz短波信道时变特性图；图5是本专利技术实施例中Turbo均衡算法与对应的简化算法的仿真结果图；图6本专利技术实施例中迭代次数对简化的Turbo均衡算法性能影响的曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例及效果作进一步详细描述。参考图1，一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其采用迭代的方式进行均衡。首先，使用MMSE均衡器对接收信号进行均衡；其次，将其输入到译码器进行译码；而后，将译码器利用输出的软信息Lout(b)来构造平均信息和方差信息利用方差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，设定短波通信信道共有p′+q′+1阶，其中，主径前有p′阶，主径后有q′阶，且多径信道参数h(t)＝(h

【技术特征摘要】
1.一种用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设定短波通信信道共有p′+q′+1阶，其中，主径前有p′阶，主径后有q′阶，且多径信道参数h(t)＝(h-p′(t)，…，h0(t)，…，hq′(t))，则待传输的用户信息比特u经信道编码后进行BPSK调制，得到映射符号x＝(x0，x1，…，xn-1)，发送端发送数据符号xprefix，数据符号经过多径信道传输后，接收端接收信号r；
其中，所述信道编码的码字比特为c＝(c0，c1，…，ci，…，cn-1)，ci∈{0，1}；xi＝1-2×ci，n为码字长度；
步骤2，接收端采用基于MMSE均衡的低复杂度Turbo时域均衡法对接收信号的多径衰落进行均衡、译码，输出估计码字


2.根据权利要求1所述的用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其特征在于，步骤1中，所述数据符号xprefix＝(x-l，…，x-1，x0，x1，…，xj，…，xn-1，xn，…，xn+l-1)；
其中，(x-l，…，x-1)为前保护带，(xn，…，xn+l-1)为后保护带；前保护带和后保护带分别是由{-1，+1}组成的符号序列，其长度分别大于等于p′+q′。


3.根据权利要求1所述的用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其特征在于，所述所述接收信号r在第t时刻接收值的数学表达式为：
rt＝h-p′(t)xp′+t+…+h-1(t)x1+t+h0(t)xt+h1(t)x-1+t+…+hq′(t)x-q′+t+nt，
(-p′＜＝t＜n+q′)
其中，nt为第t时刻服从均值为0方差为的二维正态分布加性高斯白噪声采样值；


4.根据权利要求1所述的用于短波通信的Turbo时域均衡方法，其特征在于，所述接收端采用基于MMSE均衡的低复杂度Turbo时域均衡法对接收信号的多径衰落进行均衡、译码，其具体为：采用有限阶数的横向滤波器逼近信道特性的逆；即均衡器利用译码器提供的先验信息Lout(b)对多径衰落信号进行均衡，提取出第j比特的软信息，遍历所有j，获得所有符号/比特的软信息，进而进行下一次译码；其按照以下步骤实施：
(1)初始化：令横向滤波器的阶数为p+q+1，最大迭代次数为L，当前迭代次数l＝0，初始软信息设置为中性信息，即Lout(b)＝(0，…，0，…，0)；
(2)判断当前迭代次数是否满足l＜L，若是，则转入步骤3；否则跳转至步骤6；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，张凯，邱利利，王小军，牛磊，冯永乾，王鹏，阎旭，
申请(专利权)人：西安烽火电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61