基于turbo码mimo-ofdm检测系统探究和设计

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1、基于Turbo码MIMO?OFDM检测系统探究和设计　　摘要：在MIMO?OFDM系统中，分层空时编码技术可以有效地提高空间复用增益，但是由于其译码层是相互独立的，因此系统编码增益并不高，而基于迭代法译码的Turbo码具有良好的编码增益，因此，提出采用联合分层空时编码技术和Turbo迭代解码原理的MIMO?OFDM检测系统，通过仿真实验验证，该系统不仅可以提高MIMO?OFDM系统的性能，在频率选择性衰落信道下该系统也具有良好的可靠性。关键词：Turbo码；分层空时编码；MIMO?OFDM系统；检测系统中图分类号：TN929.11?34文献标识码：A文章编号：1

2、004?373X（2013）11?0046?040引言10在无线通信系统中，为了提高系统的频谱效率常采用分集技术，一般有时域分集、频域分集和空间分集。由于空间分集能够在不损失任何带宽效率的情况下执行，因此当通信系统的衰落信道是非选择性的，或者系统要保证一定的传输速率和带宽效率时，通常都会采用空间分集技术。而MIMO?OFDM系统，就是利用空间分集技术，从而实现空间复用，使得系统的传输容量随着天线数量的增加而线性增加。采用空间复用增益的方法有很多，一般常用的有迫零（ZF）算法，最小均方误差（MMSE）算法，最大似然（ML）算法以及贝尔实验室的分层空时处理（BLAS

3、T）算法。其中，迫零算法能够消除信号间的干扰，简单易实现，但是对信噪比的要求比较高，而且在信号处理中往往噪声也同样被放大。分层空时编码算法是非线性算法，是在迫零算法的基础上通过增加干扰去除的方法而产生的[1]。它将高速数据业务进行串/并转换成若干低速数据业务，从而利用并行方式进行多路数据流的无线传输。但是在分层空时译码过程中，多路的数据流也是单独进行译码，各层之间的数据均不相关，造成了编码增益的降低。而Turbo编码内部通过两个或者多个带反馈的系统卷积码RSC级联而成，每个子码编码器的输入都由不同的交织器分开。因此有效地实现了随机性编译码思想，而且能更靠近香农的

4、理论限[2]。但是当传输信号是衰落信道，Turbo编码的性能会受到很大的影响，尤其是当系统的接收机移动，甚至速度比较快时，仅仅将Turbo码与分层空时编码系统进行级联使用，并不能取得良好的效果。因此，要提高系统的抗衰落性能，接收机需要加入匹配滤波器，在考虑时延因素时也需要采用均衡器。本文提出利用Turbo迭代检测译码方法，将系统接收机设计为垂直分层空时迭代检测解码系统，使之既提高了系统的容量，同时又增加了系统的抗衰落特性。101迭代编码系统的设计设计窄带的MIMO?OFDM系统，发射天线有[MT]个，接收天线有[MR]个，且[MR≥MT]。假设发射端和接收端信号

5、帧同步，采样时钟也同步。并且在一个码块之内，即包含了[M]个符号周期，信道衰落频率响应不变。图1是该编码系统结构框图，其中交织单元采用近似最佳交织检测和解码（IDD）[3]。图1基于Turbo的编码系统结构框图令一个用户输入的串行码元信号为[x（m）]，串/并转换后得到[MT]个码速率相同的数据流[bk=][[b1b2…bMT]T]。数据流经过卷积进行编码，编码后的信号为：[C=[c1c2…cMT]T]（1）式中：[bk]是[K]个符号序列，而[ck]是[L]个码元长度组成的序列。经过交织变换后得到[C=（C）]。再被映射成QPSK信号，形成[xk=[x1x2…

6、xMT]T]，其中，[X=f（C）]。QPSK信号再被送到不同的发射天线上进行OFDM调制，然后发射出去。10该编码系统中交织器的设计是非常重要的部分，要实现两个过程。首先，将[MT]个码元序列进行相互独立的时间交织过程；其次，将不同对角分层的子数据流进行编码的空间交织过程。该过程其实是根据码元序列的长度，将对角交织器进行重新排列。2基于Turbo的解码系统假设发送信号矢量为[X（k）=][[x（1）kx（2）k…x（MT）k]T]，第[k]时刻瞬间接收信号可以表示为：[Y（k）=H（k）X（k）+Z（k）]（2）信道矩阵[H（k）]为：[Hk=hk1，1hk1

7、，2…hk1，MThk2，1hk2，2…hk2，MT????hkMR，1hkMR，2…hkMR，MT]（3）矩阵中的每一个元素为发射天线到接收天线之间信道的冲激响应；[X（k）]是接收信号矢量；[Z（k）]是高斯噪声向量。向量中的各个元素均是独立同分布均值为零，方差为[σ2]的复高斯白噪声随机变量。基于Turbo解码系统框图如图2所示。图2基于Turbo解码系统框图从图2中可以看到，该接收机由检测器和译码器两个模块组成。检测器是[MT]个并行信道编码，内部译码是[MT×MR]个信道矩阵。该解码系统主要思想是利用10Turbo译码，将整个解码系统设计为能够利用先验

8、信息同时又能够给外部提供