一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法。本发明专利技术采用直接自适应的方法，更好地适应了时变信道，不采用传统的最小均方误差准则，而采用最小误码率准则来进行滤波器系数的更新，以达到更好的收敛性能。此外本发明专利技术采用一种有效的Turbo均衡双层迭代结构，内层迭代是通过均衡符号及其先验软信息，计算出后验软符号用于自适应更新滤波器系数，从而使均衡符号更接近期望信号，再将比较准确的均衡符号通过Turbo外层迭代交换软信息，充分利用信道编码的纠错增益，有效地提高系统的误码性能。相对于其他方法，本发明专利技术在时变多径的信道环境中具有更好的鲁棒性和更低的误码率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法。
技术介绍
在实际的通信系统中，信号从发射机到达接收机的过程会受到各种复杂地形、建筑、大气层的反射、散射以及折射的影响，形成多径效应，同时，由于发送端和接收端的相对运动和传输环境的急剧变化，会造成严重的多普勒频移，这就使得发射机和接收机之间的无线信道更加难以控制。而针对这种时变快、多径干扰严重的无线信道，最常用的方式就是在接收端采用均衡技术对码间串扰(InterSymbolInterference，ISI)进行消除，而Turbo均衡是一种非常有前景的均衡技术，被广泛应用于无线通信系统中，该技术通过在均衡器和译码器之间迭代交换软信息，从而提高系统的误码率性能。而目前常用的Turbo均衡分为两种，一种是基于信道估计的Turbo均衡(Channel-Estimation-BasedTurboEqualization，CE-TEQ)，另一种是基于直接自适应的Turbo均衡(Direct-AdaptiveTurboEqualization,DA-TEQ)，而采用DA-TEQ对时变信道不敏感，可以获得更低的误码率。此外传统的通信接收机通常采用均方误差(Mean-Square-Error,MSE)作为性能指标，但是误码率(Symbol-Error-Rate,SER)更直接体现通信接收机的性能指标，基于最小误码率(Least-Symbol-Error-rate,LSER)准则设计的接收方法可以更好地提升接收机性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，是可以有效对抗快速时变、多径干扰严重信道的均衡方法，采用直接自适应算法，更好地适应时变信道，不采用传统的最小均方误差准则，而采用最小误码率准则来进行滤波器系数的更新，以达到更好的收敛性能。此外本专利技术采用一种有效的Turbo均衡双层迭代结构，内层迭代是通过均衡符号及其先验软信息，计算出后验软符号用于自适应更新滤波器系数，从而使均衡符号更接近期望信号，再将比较准确的均衡符号通过Turbo外层迭代交换软信息，充分利用信道编码的纠错增益，有效地提高通信系统的误码性能。相对于其他方法，本专利技术在快时变、多径高的信道中具有更好的鲁棒性和更低的误码率性能。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，一帧发送信号中包含N个发送数据序列xn，每个发送数据序列长度为Nd，N+1个发送训练序列z，每个发送训练序列长度为Nt，排列顺序为：zx1zx2…zxNz；一帧接收信号中包含N个接收数据序列yn，N+1个接收训练序列un，排列顺序为：u1y1u2y2…uNyNuN+1；基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法是将一帧数据同时进行处理，然后提取出相应的数据序列部分，并通过多通道分集合并得到数据序列的均衡符号，用于计算后验软符号并进行滤波器系数的迭代更新，所述均衡方法包括以下步骤：S1、设一帧发送信号的排列顺序为zxz，其中，表示发送训练序列，表示发送数据序列，Nt表示发送训练序列的长度，Nd表示发送数据序列的长度，初始化每个通道初始时刻的前馈滤波器系数fl,1和反馈滤波器系数bl,1，预设外层Turbo迭代最大次数为Imax，当前Turbo迭代次数iter＝0；预设内层后验软符号计算的最大迭代次数Imax_use，当前内层后验软符号计算的迭代次数iter_use＝0；S2、在最小误码率准则下，当iter＝0且iter_use＝0时，基于硬判决符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；当iter＞0且iter_use＝0时，基于软符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；其他情况下，基于后验软符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；然后通过等增益多通道分集合并得到数据部分的均衡符号S3、若当前内层后验软符号计算的迭代次数达到预设内层后验软符号计算的最大迭代次数时，即iter_use＝Imax_use时，令iter_use＝0，并跳转到步骤S4；否则，计算后验软符号并令iter_use＝iter_use+1，跳转到步骤S2；S4、将发送数据序列部分的均衡符号映射为均衡器的外部信息S5、将均衡器的外部信息进行解交织得到译码器的先验信息并经过译码纠错增益，输出译码器的后验信息同时扣除译码器的先验信息得到译码器的外部信息S6、判断是否达到外层Turbo迭代最大次数，令iter＝iter+1，若当iter＝Imax，则将译码器的最终输出进行硬判决得到最终发送比特的估计值；若当iter＜Imax，执行步骤S7；S7、将译码器的外部信息进行交织变换，得到均衡器的先验信息并将均衡器的先验信息映射成软符号跳转到步骤S2。进一步地，所述步骤S1过程如下：初始化参数，设一帧发送信号的排列顺序为zxz，其中，表示发送训练序列，表示发送数据序列，Nt表示发送训练序列的长度，Nd表示发送数据序列的长度，当k＝1,2,…,Nt时为滤波器训练阶段，当k＝Nt+1,…,Nt+Nd时为滤波器跟踪阶段，xk表示发送数据符号，表示第l个通道第k时刻的前馈滤波器系数，l＝1,2,…,L，其中L是通道的个数，N1为滤波器非因果部分长度，N2为滤波器因果部分长度，Nf＝N1+N2+1是前馈滤波器的长度，初次迭代时，各通道初始时刻的前馈滤波器系数fl,1初始化为零向量；表示第l个通道第k时刻的反馈滤波器系数，N3为反馈滤波器非因果部分长度，N4为反馈滤波器因果部分长度，Nb＝N3+N4+1表示反馈滤波器的长度，反馈滤波器第一次进行工作时，各通道初始时刻的反馈滤波器系数bl,1初始化为零向量，预设外层Turbo迭代最大次数为Imax，当前Turbo迭代次数iter＝0；预设内层后验软符号计算的最大迭代次数Imax_use，当前内层后验软符号计算的迭代次数iter_use＝0。进一步地，所述步骤S2中，表示第l个通道第k时刻的接收符号向量，其中rl,k表示第l个通道第k时刻的接收符号。S2.1、当满足iter＝0且iter_use＝0时，此时反馈滤波器不进行工作，只有前馈滤波器进行自适应均衡，每个通道每个时刻输出的均衡符号为：在最小误码率准则下每个通道每个时刻的前馈滤波器系数更新公式如下：其中，Il,k表示第l个通道第k时刻的误码指示因子：其中，d表示星座点到坐标原点的距离，表示取实部，表示取虚部，tanh(x)表示双曲正切函数，β是预定义的一个常数，用于控制双曲正切曲线的陡峭程度，μf代表前馈滤波器的训练步长；sl,k表示第l个通道的期望信号，在训练阶段下，sl,k为训练符号；在判决阶段下，分为以下几种情况：当iter＝0且iter_use＝0时，sl,k为均衡符号的硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，其特征在于，所述均衡方法包括以下步骤：/nS1、设一帧发送信号的排列顺序为zxz，其中，

【技术特征摘要】
1.一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，其特征在于，所述均衡方法包括以下步骤：
S1、设一帧发送信号的排列顺序为zxz，其中，表示发送训练序列，表示发送数据序列，Nt表示发送训练序列的长度，Nd表示发送数据序列的长度，初始化每个通道初始时刻的前馈滤波器系数fl,1和反馈滤波器系数bl,1，预设外层Turbo迭代最大次数为Imax，当前Turbo迭代次数iter＝0，预设内层后验软符号计算的最大迭代次数为Imax_use，当前内层后验软符号计算的迭代次数iter_use＝0；
S2、在最小误码率准则下，当iter＝0且iter_use＝0时，基于硬判决符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；当iter＞0且iter_use＝0时，基于软符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；其他情况下，基于后验软符号的方式计算每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数；然后通过等增益多通道分集合并得到数据部分的均衡符号
S3、若当前内层后验软符号计算的迭代次数达到预设内层后验软符号计算的最大迭代次数时，即iter_use＝Imax_use时，令iter_use＝0，并跳转到步骤S4；否则，计算后验软符号并令iter_use＝iter_use+1，跳转到步骤S2；
S4、将发送数据序列部分的均衡符号映射为均衡器的外部信息
S5、将均衡器的外部信息进行解交织得到译码器的先验信息并经过译码纠错增益，输出译码器的后验信息同时扣除译码器的先验信息得到译码器的外部信息
S6、判断是否达到外层Turbo迭代最大次数，令iter＝iter+1，若当iter＝Imax，则将译码器的最终输出进行硬判决得到最终发送比特的估计值；若当iter＜Imax，执行步骤S7；
S7、将译码器的外部信息进行交织变换，得到均衡器的先验信息并将均衡器的先验信息映射成软符号跳转到步骤S2。


2.根据权利要求1所述的一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，其特征在于，所述步骤S1过程如下：
初始化参数，设一帧发送信号的排列顺序为zxz，其中，表示发送训练序列，表示发送数据序列，Nt表示发送训练序列的长度，Nd表示发送数据序列的长度，当k＝1,2,…,Nt时为滤波器训练阶段，当k＝Nt+1,…,Nt+Nd时为滤波器跟踪阶段，xk表示发送数据符号，表示第l个通道第k时刻的前馈滤波器系数，l＝1,2,…,L，其中L是通道的个数，N1为滤波器非因果部分长度，N2为滤波器因果部分长度，Nf＝N1+N2+1是前馈滤波器的长度，初次迭代时，各通道初始时刻的前馈滤波器系数fl,1初始化为零向量；表示第l个通道第k时刻的反馈滤波器系数，N3为反馈滤波器非因果部分长度，N4为反馈滤波器因果部分长度，Nb＝N3+N4+1表示反馈滤波器的长度，反馈滤波器第一次进行工作时，各通道初始时刻的反馈滤波器系数bl,1初始化为零向量，预设外层Turbo迭代最大次数为Imax，当前Turbo迭代次数iter＝0；预设内层后验软符号计算的最大迭代次数Imax_use，当前内层后验软符号计算的迭代次数iter_use＝0。


3.根据权利要求1所述的一种基于后验软符号的多通道通信最小误码率Turbo均衡方法，其特征在于，所述步骤S2中，表示第l个通道第k时刻的接收符号向量，其中rl,k表示第l个通道第k时刻的接收符号。
S2.1、当满足iter＝0且iter_use＝0时，此时反馈滤波器不进行工作，只有前馈滤波器进行自适应均衡，每个通道每个时刻输出的均衡符号为：



在最小误码率准则下每个通道每个时刻的前馈滤波器系数更新公式如下：



其中，Il,k表示第l个通道第k时刻的误码指示因子：



其中，d表示星座点到坐标原点的距离，表示取实部，表示取虚部，tanh(x)表示双曲正切函数，β是预定义的一个常数，用于控制双曲正切曲线的陡峭程度，μf代表前馈滤波器的训练步长；sl,k表示第l个通道的期望信号，在训练阶段下，sl,k为训练符号；在判决阶段下，分为以下几种情况：当iter＝0且iter_use＝0时，sl,k为均衡符号的硬判决当iter＞0且iter_use＝0时，sl,k为软符号其值在上一次外层Turbo迭代的步骤S7中计算；否则，sl,k为后验软符号其值在上一次内层迭代的步骤S3中计算；当每个通道每个时刻的均衡符号与滤波器系数计算完毕时，保留各通道最后时刻的前馈滤波器系数作为下次迭代时训练阶段各通道的前馈滤波器系数的初始值；
通过多通道的等增益分集合并得到数据部分的均衡符号为：



跳转到步骤S3；
S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：余华，周剑，梁耀坤，季飞，陈芳炯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44