无线通信之迭代接收理论

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1、无线通信之迭代接收理论第一章绪论本章介绍了无线通信的信道特性、Turbo均衡技术的历史与现状、论文的研究内容与创新之处以及论文的结构与内容安排。无线信道存在空间传播损耗、阴影效应、多径效应和多普勒效应等特点，而这些特点背后的本质的原因是电磁波在传播的过程中遇到障碍物会产生反射、散射和绕射现象。随着市场对高速率传输系统的需求，无线通信系统将面临越来越严重的多径衰落和符号间干扰（ISI)，这会极大地恶化系统性能，Turbo均衡技术于此时便应运而生，联合了均衡器和译码器的工作方式使得系统性能更加优异，在一些情况下使得无ISI传输成

2、为了可能。1.1无线通信的信道特性无线通信是利用电磁波传输信息的通信方式，无线通信不同于有线通信，电磁波的传播环境可能是简单的视距传播环境，也可能是存在着诸多障碍物的环境。在接收端，接收信号表现为许多反射波、散射波和绕射波的叠加，使得电磁场强起伏不定，随着时间变化而变化。而且移动台处于运动过程中，使得接收点在变化，从而使得接收信号的振幅和相位随时间和地点的变化而变化，严重影响了通信系统的性能。1.1.1多径效应在无线通信中，多径是指无线电磁波信号从发送天线出发经过多个传播路径到达接收天线的现象。电磁波在传播的过程中会受到大气

3、层的反射作用、电离层的反射和散射作用以及建筑物、山丘等的反射作用等，这些影响都会引起多径传播。多径传播会造成接收信号的幅度衰落和相移。当移动台在障碍物之间穿行时，接收的信号是多个反射波和直射波的叠加，其信号的强度是随着时间变化的。各条路径到达的信号的电路径是不一致的，从而在接收点的各个信号分量的相位关系是随着时间变化的。各个分量场的随机干涉，导致了叠加后的电磁场的整体衰落。各个信号分量的相位关系对干不同的频率是不一样的，因而叠加后的效果也会大不相同，这叫做频率选择性衰落。为了研宄多径效应，人们已经提出了许多数学模型，其中瑞利

4、衰落模型和莱斯衰落模型是比较常用的模型。瑞利衰落的冲激响应的幅度是服从瑞利分布的，该模型适合于没有直射径的传播环境；而对于存在直射径的场合，其统计模型是莱斯衰落模型。在数字通信领域中，多径传播会带来符号间干扰（ISI)，即当前接收的符号会受到前面符号和后面符号的共同影响。符号间干扰会严重地恶化通信系统的性能，而均衡就是克服符号间干扰的手段之一。1.2Turbo均衡的发展与现状众所周知，Turbo码是一种可以逼近香农限的编码方案，其优越的性能主要体现在它的译码方式上⑴。Turbo码的译码方式是迭代译码，典型的译码器包含有两个分

5、量译码单元，人们从Turbo码的译码方式得到启发，迭代译码的方式可以适合于其他领域，可以作为先进的接收机的设计原则。Turbo均衡的原理类似于Turbo码，通过迭代的方式充分利用译码器反馈的信息来增强均衡的效果，使得通信系统性能得到很大的改善。12.1Turbo时域均衡Turbo均衡的原理类似于Turbo码的译码原理，主要研究的对象是接收机的均衡模块和译码器模块。这两个模块都采用了软输入/软输出结构，译码器输出的以对数似然比形式表现的软信息被均衡器用来均衡接收信号，均衡模块输出软信息，译码器利用这些新的软信息再次进行译码，如

6、此迭代下去，如同Turbo码译码一样，每一次迭代都会带来性能增益，只是增益是递减的。之所以能采用这种迭代的方式进行处理，是因为可以把等效的多径信道模型看做一种码率为1的卷积码，有时被称作内码，将Turbo均衡应用于其中可以减少由多径带来的符号间干扰，甚至可以使通信系统性能接近无符号间干扰下的理想性能。Turbo均衡的概念首先是由Douillard等人在文献[2]中提出的，接着被广大研究者进行了深入的研究。在文献[3]和[4]中，基于最大后验概率（MAP)/最大似然概率（ML)的算法以及Viterbi算法既被用来进行均衡也被用

7、来进行译码。在文献[5]中，更为复杂的BCJR算法被提出，其性能是最优的。这些算法在结构上是极其相似的，在文献[6]中，发明了一种通用的实现方案使得均衡器和译码器可以使用同一种电路结构实现。以上几种算法虽然性能优异，但是存在一个共同的缺点，那就是它们的实现复杂度非常高，随着信道记忆长度和调制星座图的阶数的增大而呈现指数级增长，这是令人难以忍受的，而且Turbo均衡还要求对同一个数据块进行多次的均衡和译码，这更加剧了实现的问题。针对如上所述的问题，文献[7]和[8]提出了一些解决方案，使用基于最小均方误差（MMSE)准则下的线

8、性均衡器（LE)和判决反馈均衡器（DFE)来代替MAP均衡器。文献[9]提出了一种软干扰消除器（SIC)来代替MAP均衡器，使用LMS算法来更新均衡器的系数，这种方案的好处就是可以实时跟踪信道的变化，其代价是无法使用译码器反馈的软信息，而基于MMSE准则的线性均衡器虽然无法跟踪信道的变化但