CN1665226A - 短波弱信号多码道Turbo迭代接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弱信号下的软输入软输出多码道接收与Turbo解码相结合的Turbo迭代接收方法，它包括将信源产生的信息比特经过Turbo编码后，交织串并变换，经符号映射扩频加扰得到发送信号，对该发送信号的接收包括如下步骤：接收信号通过信道估计得出无线信道各径的时延、幅度参数{h_l}；并与估计参量送入SISO多码道检测模块，该模块根据接收信号、Turbo解码送来的外信息以及信道参量，计算出多码道检测的外信息λ₁[c_k(i)]，该输出的外信息经过并串变换送入解交织模块，解交织模块将输入的外信息解交织后送入Turbo解码，Turbo解码同时解出信息位与校验位的外信息，Turbo解码后的外信息经过交织后进行串并变换得到串并变换后的外信息λ₂ ^p[c_k(i)]，再送入SISO多码道检测模块，重复前述步骤，使得接收信号的误比特率小于10^－4，最后Turbo解码输出。

Description

短波弱信号多码道Turbo迭代接收方法

技术领域

本发明涉及一种在短波通信频段上，弱信号无线数据传输领域的Turbo迭代接收方法，具体是一种弱信号下的软输入软输出(SISO)多码道接收与Turbo解码相结合的Turbo迭代接收方法。

背景技术

为了能实现传统短波“盲区”数据通信能力及常规电台通信距离延伸能力，需要采用弱信号增强接收技术。但到目前为止，还未见有能够解决短波弱信号增强接收技术的报道。Turbo迭代接收技术(诸如Turbo均衡、Turbo多用户检测)虽然能够为无线通信系统提供更高的数据传输速率，但它不能直接应用到短波弱信号增强接收上，因为在弱信号下，均衡算法是难以收敛的，而多用户检测是针对多用户情况，同时Turbo迭代运算量大，不能实用。经文献检索(Q.Li，X.Wangand Costas N.Georghiades，“Trubo multiuser detection for turbo-coded CDMA in multipathfading channels，”IEEE Trans.On Vehicular technology.51，No.5，pp.1096～1108，September2002.)发现，虽有人在做减小Turbo迭代运算量的工作，提出了一种简化地Turbo迭代接收的方法，但是该方法运算量还是较大，难以实用。若通过减小迭代次数进行实用化，则系统的性能将受到严重影响。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种能实现传统短波“盲区”数据可靠通信的短波弱信号多码道Turbo迭代接收方法。

本发明的技术解决方案：

一种短波弱信号多码道Turbo迭代接收方法，它包括将信源产生的信息比特经过Turbo编码后，交织串并变换，经符号映射扩频加扰后，得到发送信号，该发送信号经过信道得到接收信号，其特征在于对该接收信号的处理还包括如下步骤：

a、接收信号通过信道估计得出无线信道各径的时延、幅度参数{h_l}；

b、接收信号与估计参量送入软输入软输出(SISO)多码道检测模块，多码道检测模块根据接收信号、Turbo解码送来的外信息以及信道参量{h_l}，计算出多码道检测的外信息λ₁[c_k(i)]， ${\mathrm{\λ}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=+1]}{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M，c_k(i)表示第k个码道第i个比特，r(n)是指接收信号，P[]表示概率，K表示码道数，M表示符号数；

c、多码道检测模块输出的外信息λ₁[c_k(i)]经过并串变换送入解交织模块；

d、解交织模块将输入的外信息λ₁[c_k(i)]信号解交织后送入Turbo解码；

e、Turbo解码同时解出信息位与校验位的外信息；

f、Turbo解码后的外信息经过交织后进行串并变换得到串并变换后的外信息λ₂ ^p[c_k(i)]

${\mathrm{\λ}}_2^p\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P[c_k\left(i\right)=+1]}{P[c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M；

g、串并变换后外信息λ₂ ^p[c_k(i)]送入软输入软输出(SISO)多码道检测模块；

h、重复步骤b～g，使得接收信号的误比特率小于l0^-4；

i、最后Turbo解码输出。

本发明针对现有的Turbo均衡与Turbo多用户检测不能用于短波弱信号接收的现状，首次提出了多码道Turbo迭代接收方法，它将软输入输出的多码道检测法与Turbo解码相结合，并给出了该方法的低复杂度算法，使其具有较好的低信噪比接收性能，可满足短波弱信号检测的要求，使得多码道Turbo迭代接收方法应用于短波弱信号增强接收方面成为可能。该方案有效地延伸了背负式短波电平的通信距离，能实现传统短波“盲区”数据可靠通信。

附图说明

图1是短波弱信号的多码道Turbo迭代接收方法流程图。

具体实施方式

如图1，信源产生的信息比特经过Turbo编码后，交织串并变换，经符号映射扩频加扰后，得到发送信号。本发明就是针对这样信号的接收，该发送信号经过信道得到发送信号。本发明就是针对这样信号的接收，该发送信号经过信道得到接收信号，其实现步骤如下：

1、接收信号通过信道估计得出无线信道各径的时延、幅度参数{h_l}；

b、接收信号与估计参量送入软输入软输出(SISO)多码道检测模块，多码道检测模块根据接收信号、Turbo解码送来的外信息以及信道参量{h_l}，计算出多码道检测的外信息λ₁[c_k(i)]， ${\mathrm{\λ}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P[r\left(n\right){|c}_k\left(i\right)=+1]}{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M，c_k(i)表示第k个码道第i个比特，r(n)是指接收信号，P[]表示概率，K表示码道数，M表示符号数；

c、多码道检测模块输出的外信息λ₁[c_k(i)]经过并串变换送入解交织模块；

d、解交织模块将输入的外信息λ₁[c_k(i)]信号解交织后送入Turbo解码；

e、Turbo解码同时解出信息位与校验位的外信息；

f、Turbo解码后的外信息经过交织后进行串并变换得到串并变换后的外信息λ₂ ^p[c_k(i)]

${\mathrm{\λ}}_2^p\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P[c_k\left(i\right)=+1]}{P[c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M；

g、串并变换后外信息λ₂ ^p[c_k(i)]送入软输入软输出(SISO)多码道检测模块；

h、重复步骤b～g，使得接收信号的误比特率小于10^-4；

i、最后Turbo解码输出。

本发明针对现有的Turbo均衡与Turbo多用户检测不能用于短波弱信号接收的现状，首次提出了多码道Turbo迭代接收方法，它将软输入输出的多码道检测法与Turbo解码相结合，并给出了该方法的低复杂度算法，使其具有较好的低信噪比接收性能，可满足短波弱信号检测的要求，使得多码道Turbo迭代接收方法应用于短波弱信号增强接收方面成为可能。该方案有效地延伸了背负式短波电平的通信距离，能实现传统短波“盲区”数据可靠通信。

附图说明

图1是短波弱信号的多码道Turbo迭代接收方法流程图。

具体实施方式

如图1，信源产生的信息比特经过Turbo编码后，交织串并变换，经符号映射扩频加扰后，得到发送信号。本发明就是针对这样信号的接收，该发送信号经过信道得到发送信号。本发明就是针对这样信号的接收，该发送信号经过信道得到接收信号，其实现步骤如下：

1、接收信号通过信道估计得出无线信道各径的时延、幅度参数{h_l}；

$z(n-N_{c}i-n_l)=\left\{\begin{array}{cc}1& n\∈(N_{c}i+n_l,N_c(i+1)+n_l-1)\\ 0& n\∉(N_{c}i+n_l,N_c(i+1)+n_l-1)\end{array}\right.$

二、低复杂度SISO多码道接收信号后验概率计算

假设接收信号为r(n)，则第k个码道第i个比特c_k(i)的最大后验对数似然概率可以表示为：

${\mathrm{\Λ}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]\underset{=}{\mathrm{\Δ}}\log \frac{P[c_k\left(i\right)=+1|r\left(n\right)]}{P[c_k\left(i\right)=-1|r\left(n\right)]}=\log \frac{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=+1]}{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=-1]}+\log \frac{P[c_k\left(i\right)=+1]}{P[c_k\left(i\right)=-1]}={\mathrm{\λ}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]{+\mathrm{\λ}}_2^p\left[c_k\left(i\right)\right]---\left(4\right)$

k＝1，…，K；i＝1，…，M

式中λ₂ ^p[c_k(i)]表示了c_k(i)的最大先验对数似然概率，是上一次迭代中Turbo解码输出的软信息。λ₁[c_k(i)]表示了SISO多码道检测器输出的外信息。但是，最大后验对数似然概率计算量非常大，因此，在本发明中采用软干扰抵消进行化简求解最大后验对数似然概率。

现定义

${\mathrm{\ξ}}_k^{+}\left(i\right)=\underset{l=1}{\overset{L_h}{\mathrm{\Σ}}}\left\{h_l^{*}\underset{n=N_{c}i+n_l}{\overset{N_c(i+1)+n_l-1}{\mathrm{\Σ}}}\right[w_k(n-N_{c}i-n_l)v(n-n_l)\·r_{k,j}^{+}\left(n\right)z(n-N_{c}i-n_l)\left]\right\}---\left(5\right)$

式中：

$r_{k,i}^{+}\left(n\right)=\underset{l=1}{\overset{L_h}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{l}v(n-n_l)[{\mathrm{\Σ}}_{p=1p\≠k}^K{\mathrm{\Σ}}_{j=1,j\≠i}^M{c}_p\left(j\right)w_p(n-N_{c}j-n_l)+w_k(n-N_{c}i-n_l)]\}---\left(6\right)$

同样可以定义ξ_k ^-(i)。SISO多码道检测器输出的外信息：

${\mathrm{\λ}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{\mathrm{\Σexp}\{-[{y_k\left(i\right)-{\mathrm{\ξ}}_k^{+}\left(i\right)]}^2/\left({2\mathrm{\σ}}^2{N}_c\right)\left\}{\mathrm{\Π}}_{p\≠k,j\≠i}P\right[c_p\left(j\right)]}{\mathrm{\Σexp}\{-{[y_k\left(i\right)-{\mathrm{\ξ}}_k^{-}\left(i\right)]}^2/\left({2\mathrm{\σ}}^2{N}_c\right)\}{\mathrm{\Π}}_{p\≠k,j\≠i}P\left[c_p\left(j\right)\right]}$

三、解交织

λ₁[b(n)]＝∏^-1λ₁[c_k(i)]

式中∏^-1表示解交织运算，b(n)表示交织后的符号序列。

四、Turbo解码

Turbo解码不仅要解出信息比特的对数似然比，还要计算编码比特的对数似然比。提取出外信息λ₂[b(n)]

五、交织

${\mathrm{\λ}}_2^p\left[c_k\left(i\right)\right]=\mathrm{\Π}{\mathrm{\λ}}_2\left[b\left(n\right)\right]$

六、Turbo解码的外信息送入多码道接收模块，进行迭代。

七、最后Turbo解码输出。

八、Turbo译码器利用MAP(Maximum A Posteriori)算法]经q次迭代后的输出L_i ^q(k)定义为：

$L_i^q\left(k\right)=\ln \frac{P(x_k=1|{\mathrm{\α}}_i)}{P(x_k=0|{\mathrm{\α}}_i)}---\left(7\right)$

通过硬判得到相应的期望值：

$\tilde{x}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& L_i^q\left(k\right)\&GreaterEqual;0\\ 0& L_i^q\left(k\right)<0\end{array}\right.$

本发明的特点是首次将软输入软输出引入到多码道检测中，同时将软输入软输出多码道检测与Turbo解码相结合。

Claims (1)

1、一种短波弱信号多码道Turbo迭代接收方法，它包括将信源产生的信息比特经过Turbo编码后，交织串并变换，经符号映射扩频加扰后，得到发送信号，该发送信号经过信道得到接收信号，其特征在于对该接收信号的处理还包括如下步骤：

a、接收信号通过信道估计得出无线信道各径的时延、幅度参数{h₁}；

b、接收信号与估计参量送入软输入软输出多码道检测模块，多码道检测模块根据接收信号、Turbo解码送来的外信息以及信道参量{h₁}，计算出多码道检测的外信息λ₁[c_k(_i)]， ${\mathrm{\&lambda;}}_1\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=+1]}{P\left[r\left(n\right)\right|c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M，c_k(i)表示第k个码道第i个比特，r(n)是指接收信号，P[]表示概率，K表示码道数，M表示符号数；

c、多码道检测模块输出的外信息λ₁[c_k(i)]经过并串变换送入解交织模块；

d、解交织模块将输入的外信息λ₁[c_k(i)]信号解交织后送入Turbo解码；

e、Turbo解码同时解出信息位与校验位的外信息；

f、Turbo解码后的外信息经过交织后进行串并变换得到串并变换后的外信息λ₂ ^P[c_k(i)] ${\mathrm{\&lambda;}}_2^p\left[c_k\left(i\right)\right]=\log \frac{P[c_k\left(i\right)=+1]}{P[c_k\left(i\right)=-1]}$ k＝1，…，K；i＝1，…，M；

g、串并变换后外信息λ₂ ^P[c_k(i)]送入软输入软输出多码道检测模块；

h、重复步骤b～g，使得接收信号的误比特率小于10^-4；

i、最后Turbo解码输出。

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