（通信与信息系统专业论文）基于sova的turbo空时格码迭代译码方案和联合信道估计的研究.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 在目前研究的抗多径衰落的移动通信技术中，t u r b o 编码和空时编码是具有较好 的应用前景的新兴研究领域。近几年来对于这两项技术的研究取得了许多成果，它们 已作为第三代移动通信的关键技术，被分别纳入c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 协议的可选方案 之中。这两项技术结合t u r b o 空时编码结合了两项技术的优点，利用t u r b o 码的 迭代译码过程，可以大幅度地提高了空时编码的编码增益，从而也增加了系统的抗衰 落能力。 f 可是另一方面，由于t u r b o 空时编码的迭岱译码及多进制编码调制过程复杂度较 高，限制了它的实际应用，针对这个问题0 本文提出了一种针对并行级联空时格码 ( t u r b o s t c m ) 的软输出v i t e r b i ( s o v a ) 迭代译码方案，仿真表明基于这种译码算 法的t u r b o s 1 、c m 的性能非常接近于采用m a x l o g m a p 算法的性能，而译码复杂度可 以减少近半，十分利于硬件实现或提高系统的性能。 ，除此之外，本文还提出了一种针对t u r b o s t c m 系统的基于判决反馈的联合信道 估计和译码方案，这种信道估计的方案先利用导频符号进行初步的信道估计，然后利 用译码的软判决反馈，进行迭代信道估计。仿真结果表明此种信道估计方案，因为充 分利用了t u r b o s t c m 系统的迭代译码过程，因此可以在不增加系统复杂度的情况下 对实际系统的信道进行联合估计和译码。广一 7 ， 关键词：t u r b o ，空时格码，s o v a ，信道估计 一一一一一 南京航空航天大学硕士学位论文 a b s t r a c t t u r b oc o d i n ga n ds p a c e t i m ec o d e sa r ea m o n gt h em o s ta p p l i c a b l ea n dh i g h l y d e v e l o p i n gt e c h n i q u e si nt h er e s e a r c ha r e a so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s t h e r e s e a r c hw o r k so nt h e mi nr e c e n ty e a r sa r es oe f f i c i e n tt h a tb o t ho ft h e mh a v e b e e nw r i t t e ni n t ot h e3 g p p p r o t o c o l s t h ec o m b i n a t i o no ft h e s et w o t e c h n i q u e s - - t u r b o s t c mp e r f o r m so u t s t a n d i n gs i n c ei tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e s o ft h e m ，i tc a ne f f i c i e n t l yi n c r e a s et h ec o d i n gg a i n so ft h e s p a c e - t i m ec o d e s h o w e v e rt h ec o m p l e x i t yo ft u r b o s t c m t h et h e s i s p r e s e n t s a r e s t r i c t si t sa p p l i c a t i o n d e c o d i n g s c h e m e u t i l i z i n g s o f t o u t p u t v i t e r b i a 1 9 0 r i t h m ( s o v a ) ，w h i c hc a ne f f i c i e n t l yd e c r e a s et h e c o m p l e x i t y o ft h ea l g o r i t h ma sw e l la s k e e pt h eg o o dp e r f o r m a n c eo ft h e t u r b o s t c m i nf a c t ，t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o ns h o w st h a tt h e c o m p l e x i t yo ft h e n e ws c h e m eisa l m o s tah a l fo ft h em a x l o g m a pa l g o r i t h ma n dt h ep e r f o r m a n c e iscl o s e 】y a p p r o a c h i n gt h el a t t e r t h et h e s isi sa l s op u t t i n gf o r w a r dj o i n tc h a n n e le s t i m a t i o na n dd e c o d i n g s c h e m ed e p e n d i n go nt h ed e c o d i n gf e e d b a c k t h e c o m p u t e rs i m u l a t i o ns h o w st h a t t h i ss c h e m eo fc h a n n e le s t i m a t i o nc a n g e tc o m p a r a t i v e l yp r e c i s ec h a n n e l p a r a m e t e r sw i t h o u ta d d i t i o n a lc o m p e x i t y k e yw o r d s ：t u r b od e c o d i n g ，s p a c e t i m ec o d e s ，s o v a ，c h a n n e le s t i m a t i o n 南京航空航犬人学硕十学协论文 第一章绪论 如何在恶劣的无线信道下，提供高速可靠的无线数据通信，是移动通信技术面临 的主要问题。在时变多径衰落无线信道中，降低误码率提高传输质量是非常困难的。 在a w g n 中，使用典型的调制和编码方案，如果把误码率从i 0 1 降低到1 0 ，信噪比 仅需要增加l 。2 d b 。而在多径衰落信道下，得到相同的误码改善s n r 需要增加l o d b 。 我们虽然可以通过增加发送功率和额外带宽来获得信噪比改善，但这违背了下一代移 动通信的要求。因此，如何在不增加功率和不牺牲带宽的情况下，同时减少多径衰落 对基站和移动台的影响显得非常重要。 目前正在研究的抗多径衰落的技术中，信道编码中的t u r b o 编译码技术和属于分 集技术的字时编码技术是具有较好的应用前景的新兴研究领域。近几年来对于这两项 技术的研究耿得了许多成果，它们已作为第三代移动通信的关键技术，被分别纳入 c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 协议的可选方案之中。本论文主要研究了这两项技术结合 t u r b o 空时格码，提出了一种针对此方案的软输出v i t e r b i 译码算法，同时利用迭代 译码过程，本文还提出了一种联合译码与信道估计的接收方案。 t a r o k h 等人在发射延迟分集的基础上正式提出了基于发射分集的空时格码 ( s t t c ) 1 ，并研究了空时格码在准静态瑞利衰落信道下的性能准则和编码结构， 证明它可以获得与著名的最大比合并接收m r r c ( m a x i m a lr a t i or e c e i v ec o m b i n e ) 相同的分集增益，同时又能保证一定的编码增益。另一方面，由b e r r o u 等人于1 9 9 3 年首先提出的t u r b o 码 2 在加性白高斯信道条件下获得了几乎接近香农理论极限 的译码性能。t u r b o 码的并行迭代译码结构与空时码的结合的目的是希望能充分利用 各自的特点。在提供分集增益时，尽量提高系统的编码增益，满足高速无线数据通信 的需要。最近在这方面也有很多的研究成果 3 - 4 ，其中文献 4 提出的并行级联空时 格码调制结构( t u r b o s t c m ) 将t u r b o 码的并行迭代结构与空时格码( s t t c ) 有机的结 合起来应用最大后验概率译码( 淞p ) 算法，得到了很好的性能。但是，对于多进 制编码，m a p 算法的复杂度太高，因此，针对t u r b o s t c m 的低复杂度次最优算法的 研究是十分必要的。 本论文中提出了基于一种新的软输出v i t e r b i 算法一一s o v a ( s o f t o u t p u t v i t e r b i - a l g o r i t h m ) 的t u r b o - s t c m 译码算法，s o v a 算法 5 与凇p 算法相比，性能虽然略逊，但是它的复杂度是m a p 算法的一半，在实际应用中有很大 的优势。仿真结果表明，采用了这种新的译码算法之后，t u r b o - s t c m 的译码性能与 空时格码相比，有了很大的提高，同时，这种译码算法的复杂度比m a p 的简化算法 m a x l o g m a p 6 要降低约一次完整的v i t e r b i 反向译码过程，复杂度较低由此可见， 这种译码算法更利于硬件实现。 南京航空航天大学硕士学位论文 另一方面，在实际系统中，信道估计对于接收端是必不可少的，因此本论文又提 出了种针对t u r b o 空时格码的基于判决反馈的半盲迭代信道估计和译码的联合接 收方案。因为t u r b o s t c m 的译码过程本身就含有迭代过程，所以将信道估计引入此 迭代过程中，不会增加译码部分的复杂度，同时又可以提供较为精确的信道信息。系 统仿真结果表明这种信道估计方法既不会增加太多额外的系统复杂度，有能得到较精 确的信道参量估计值，非常适用于t u r b o s t c m 系统。 1 1 空间分集接收和分集发射技术概述 无线信号在复杂无线信道中传播会产生多径瑞利衰落，在不同空间位置上，其衰 落特性是不同的。如果两个位置相隔十个无线信号波长以上，就可以认为两处的信号 是完全不相关的。利用这个特点，可以实现信号空间分集接收。空间分集一般用若干 副相距十个波长以上的天线同时接收信号，然后在基带处理中把两路信号合并。根据 两路信号的信号质量，合并的方法可分为选择合并、开关合并、等增益合并和最大比 合并。其中，最大比合并之后信号的信噪比等于合并之前各支路的信噪比之和，是最 佳的合并方式。在c d m a 系统的软切换过程中，还可以通过相邻的基站进行分集接收 ( 宏分集) ，从而提高移动台在小区边缘的通信质量。 天线分集通常采用的办法是接收机使用多个天线接收。但是在移动台一端，由于 受价格、尺寸等因素的影响，不能做得太复杂，因此通常都在基站实现接收分集，为 了实现衰落信道的高速数据传输，目前已经有人提出了不同的发射分集方案，在不额 外增加移动台负担的情况下，在下行链路上实现天线发射分集，它可以使设计者把分 集的重任从移动台转移到基站，这在工程实现上是非常有利的。 在3 g p p 的w c d m a 协议中，涉及到六种分集发射方法：空时分集发射( s t t d ：s p a c e t i m e t r a n s m i t d i v e r s j t y ) 、时间切换分集发射( t s t o ：t i m es w i t c h e dt r a n s m i t d i v e r s i t y ) 、两种闭环分集发射模式、软切换中的宏分集、以及站点选择分集发射 ( s s d t ：s i t es e l e c t i o nd i v e r s i t y t r a n s m i t ) 。分集发射利用了不同基站或同一基站中不 同位置的天线发射信号到达移动台的不相关性，借助移动台的r a k e 分集接收功能， 分别接收由不同天线或不同基站发出的信号再进行分集合并，提高系统性能。 i 2m i m 0 天线系统 在3 g p p 的高速下行分组接入方案中提出了m i m e ( m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) 天线系统，这种系统在发送和接收方都有多付天线，可以认为是双天线分集 的进一步扩展，但m i m e 还引入编码重用( c o d er e - u s e ) 方法，用相同的信道化码和 扰码凋制多个不同的数掘流，这样同时发射出去的各路数据所用的扩频码和所用的发 射天线不会完拿一致。在接收端也用了多付天线。对于扩频码不同的数掘流，可以利 南京航空航天大学硕士学位论文 用扩频码的正交性分离出来。但对于采用相同扩频码的各个数据流，就要靠不同天线 信号在无线信道中的不相关性来区分。为了保证相同扩频码的各个子数据流能有效分 离，各天线的间隔距离要比较大，以保证信号的不相关性。m i m o 天线系统能提供 1 4 4 m b s 甚至2 1 6 m b s 的数据传输速率，同时也能提高系统容量。但m i m o 天线系 统会造成移动台和基站复杂性的增加，在2 g 频段下，四个天线排列的线性距离需7 5 厘米以获得非相关性，研究结果表明，带有四付天线的移动台的复杂度是单天线的2 倍。目前，朗讯、松下、金桥和n t t d o c o m o 等公司都在积极倡导m i m o 天线系统 技术的应用。 许多学者在研究如何充分利用m i m o ( m u l t i - i n p u t m u l t i - o u t p u t ) 信道的容量时，提 出了不同的空时处理方案。近几年来，还有许多机构在研究基于m i m o 天线系统的 空时编码技术。其实，s t t d 分集发射和上述的m i m o 天线系统已经采用了简单空时 编码技术。贝尔实验室的f o s c h i n i 等人提出了一种分层空时结构( b l a s t ) ，它将信 源数据分为几个子数据流，独立地进行编码、调制【7 】。a l a m o u t i 提出了种简单的 发送分集方案【8 ，a t & t 的t a r o k h 等把它进一步推广提出了空时分组编码【9 ，由于 它具有很低的译码复杂度，已经被正式列入在w c d m a 提案中。同时，t a r o k h 等人 【1 】在发射延迟分集的基础上提出了基于发射分集的空时格码( s t t c ) ，并研究了空时 格码在准静态瑞利衰落信道下的性能准则和编码结构，证明它可以获得与著名的最大 比合并接收m r r c ( m a x i m a lr a t i or e c e i v ec o m b i n e ) 相同的分集增益，同时又能保证 一定的编码增益。 多天线系统和空时编码的结合，是空间资源利用技术的发展方向，可以认为是一 种高级的分集技术。如何进一步改进空时编码的抗多径性能也成为最近的研究重点， 其中将t u r b o 码的并行级联思想应用到空时编码中 3 】【4 】【l ，可以大大提高空时编码 的编码增益，是一种有效的方案。 1 3t u r b o 空时编码方案 支撑无线通信迅速发展的是一系列先进技术，信道编码技术是其中之一。在无线 通信中，信道编码起着举足轻重的作用。这是因为。无线通信的环境常常是恶劣的， 信道的信噪比很低，多径衰落和d o p p o l e r 频移等等的影响，因此，寻求一种在极低 信噪比情况下的强大纠错工其就成了急待解决的课题。终于，在1 9 9 3 年瑞士日内瓦 召开的国际通信会议上，c b e r r o u 等人找到了一种所谓的t u r b o 码编码技术。 c b e r r o u 所提出的t u r b o 码与以往其它类型的码相比，它的性能更接近s h a n n o n 的理论限( 离此极限不到l d b ) 。更重要的是，t u r b o 码的性能在低( 至中) 信噪比s n r 的条件f 仍可以接近于s h a n n o n 限。1 9 9 6 年，c b e r r o u 等人将他们的发现进一步整 叫+ 总纷，将义章发表在i e e e 通信汇刊上。该文在1 9 9 7 年获得i e e e 关于信息论论丈 奖。r l m 刚是编码界的一个里程碑。 南京航空航天大学硕士学位论文 文 2 的t u r b o 码中使用了约束长度n = 5 的递归系统卷积码( r s c ，r e c u r s i v e s y s t e mc o n v o l u t i o n a lc o d e s ) 和6 5 5 3 6 比特长的分组交织器。校验位经过收缩 ( p u n c t u r e d ，又叫删余截短) ，得到码率为1 z 的线性分组码一一( n = 1 3 1 0 7 2 ， k = 6 5 5 3 6 ) 。仿真结果显示：性噪比e b n 0 为o 7 d b 时，经过1 8 次迭代译码，比特差 错率可低至1 0 - 5 。性能更靠近s h a n n o n 限0 7 d b 。然而，t u r b o 码性能随着码长1 3 的 减小而下降( 此时，交织器的长度也相应减小) 。 t u r b o 码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件，从而在加 性白高斯信道条件下获得了几乎接近香农理论极限的译码性能。近期研究表明，将 t u r b o 码与高阶调制相结合所得的t u r b o t c m 方案将获得更高的编码增益 1 l 】。 由于t u r b o 码的优异性能，它在各种通信领域的应用成为最近研究的热点之一， t u r b o 码与空时码的结合也不例外。两者结合的目的是希望能充分利用各自的特点， 在提供分集增益时，尽量提高系统的编码增益，满足高速无线数据通信的需要。最近 在这方面也有很多的研究成果，例如对t u r b o 码与空时格码的串行级联的研究 1 0 ， t u r b o 码与空间分集的结合 3 1 等。其中文献 4 】提出的并行级联空时格码结构将t u r b o 码的并行迭代结构与空时格码( s t t c ) 有机的结合起来，得到了很好的性能。 不过，值得注意的是，虽然t u r b o 码性能优异，但其译码复杂度很高，不利于实 时系统的处理，而空时格码的译码复杂度也随着天线的增加星指数级增长，因此，如 何减小复杂程度，提高译码速率，是t u r b o s t c m 遇到的问题之一。 1 4 信道估计 信道估计是上行多用户分离和下行选择性发送的前提，而且无论是解调、译码， 还是多用户检测、功率控制，都需要完善的信道参量，但是在实际系统中信道参量都 是由信遒估计单元实现的，当信道的统计参量是随着时间而变化的时候，对时变信道 的精确估计就十分必要。 根据信道估计是是否需要在发射信号中插入引导信号( 导频符号) ，信道估计可 以分为： 1 ) 盲信道估计：即仅从接收到的信号中估计信遒的冲激响应。由于发送信号和 信道的冲激响应都是未知的，要实现信道估计就必须利用遁信系统中的某些 隐含信息。信道盲估计的方法主要有：基于高阶统计量的估计；基予最大似 然估计( m l ) 的方法；基于二阶统计量的方法等。 二) j | 酉信道估计：即将已知的训练符号按一定规律插入发送的信号序列中，利 用已知的序列得到信道参量的估计方法。采用最小二乘估计方法就可以非常 方便地利用训练序列将描述时空信道地矢量信道冲激响应估计出来。利用非 盲的方法来估计信道具有估计精度高、运算量小、性能稳定等优点。为了疗 南京航空航天大学硕士学位论文 便地实现信道估计，在通信系统设计时，一般都考虑到加入足够的训练序列， 例如，第三代移动通信系统中，多数空中接口方案都设计了辅助导频信道。 当然训练序列的采用会占用一部分频率资源，这是半盲信道估计的局限性。 3 ) 迭代判决法：文献妇口提出的信道估计方法，将译码与信道估计联合起来，将 译码单元的判决输出作为反馈，输入到信道估计单元，作为新的训练序列， 进行迭代估计。而 】更利用了t u r b o 码的迭代译码，将信道估计引入迭代译码 的整个过程。 t u r b o s t c m 系统也需要信道估计单元，但是与一般的信道估计不同，t u r b o s t c m 系统的信道估计有两个特点：1 ) 多天线系统的信道估计应针对多入多出( m i m o ) 信 道；2 ) t u r b o s t c m 是迭代译码结构，因此信道估计应充分利用迭代过程。论文的第 四章将介绍针对t u r b o s t c m 系统的采用译码反馈的联合迭代信道估计方法，对m i m o 信道进行了较为精确的信道参量的估计。 1 5 论文研究的主要内容 论文各章节的主要研究内容如下： 第二章主要介绍了与论文相关的理论背景和最新技术，例如t u r b o 码的编译 码结构，译码算法以及t u r b o 格码调制( t u r b o t c m ) 原理，空时编码的基本原理， 目前t u r b o 码和空时编码结合的几种常见方案等。 第三章介绍了文献 4 】提出的并行空时格码调制( t u r b o s t c m ) 的编译码结构， 首先介绍了采用m a p ( m a x i m u m 口p o s t e r i o r i ) m a x l o g m a p 译码算法的译码，从仿 真结果可以看出，应用m a p 算法译码，可以得到了很好的性能。但是，对于多进制 编码，m a p 算法的复杂度太高，因此，本文又提出了基于一种新的s o v a ( s o f t o u t p u t v i t e r b i a l g o r i t h m ) 的t u r b o s t c m 译码算法，仿真结果表明，采用了这 种新的译码算法之后，t u r b o s t c m 的译码性能与空时格码相比，有了很大的提高， 同时，这种译码算法的复杂度比m a p 的简化算法m a x l o g m h p 7 要降低约一次完 整的v i t e r b i 反向译码过程，复杂度较低。由此可见，这种译码算法更利于硬件实现。 第四章提出了种新的针对t u r b o s t c m 系统的信道估计方案，此方法充分利用 了第三章中的迭代译码算法，信道估计器利用译码的软判决反馈，在信道参量未知的 情况下，若干次迭代后可以得到接近已知信道参量的译码性能。 i 肯京航空航大人学硕十学位沦文 第二章t u r b o 码及空时编码的理论背景 f u r b o 码与空时编码都是通信领域近期涌现的新兴技术，它们都已经作为第三代 移动通信的可选方案被写入所提规范之中。它们的出现为实现高质量和高可靠性的无 线数据通信链路技术提供了广阔的发展空间：另一方面，对这两种技术的研究工作部 还在进行之中，还有许多待完善的她方，我们应大力加强这方面的研究工作，因为 t u r b o 码与空时编码将在下一代高速无线数据通信中得到广泛的应用。 为了帮助理解第三章中提出的t u r b o 码结构与空时格码结合技术，本章首先简单 介绍了t u r b o 码与空时编码技术的种类、编译码结构与理论背景。 2 1 t u r b o 码及其应用 2 1 1 t u r b o 码编译码结构 香农信道编码定理：对每一类信道都存在着一定的信道容量c ，它是信道的最大 极限传输能力，只要当实际传输速率r 1 ) 次迭代，信道估计器采用上一次迭代时，t u r b o - s t c m 译码器的软判 决输出，做以下两步处理( i ) 非线性处理；( i i ) 插入导频信号 ( i ) 非线性处理：非线性处理的目的是为了从译码器的软判决输出中恢复出接 收序列，从而可以进行下一次信道估计。 假设符号间隔，译码器输出的软判决输出为： 尸( x ，i t 】- 旧) ，i = 1 , 2 ，r ，其中x 。 1 , 2 ，m ) 是属于m - p s k 的信号 集的信号，现在我们得到了在符号间隔，每个发送符号的概率。由于我们 假设各发射天线之间是独立的，又因为有n i t 】= h q x t 】+ m 盯，因此近似 接收序列为点的概率p 为： 南京航空航天大学硕士学位论文 尸( 盖 r ) ：血p ( 毫 f 】= x 。l r ) ( 4 3 2 ) j = 1 我们的目的是从译码的软判决输出得到近似的接收序列j l ，因此第f 符号间 隔，第，个接收天线的近似接收符号应 为： 盖 = 嘞毫 朋 ( 4 3 3 ) i = l 上式中的史。 印可以对译码器的输出做硬判决得到 霄， ，】= a r g m a x p ( k i r ) = a r g m a ) 【r i 尸( j f i f = x 。陋) ( 4 3 4 ) ls t i ，o l 由上面的推导可知，非线性处理的过程就是：对t u r b o - s t c m 译码器的有关所 有符号的输出做硬判决，然后模仿发送和经过信道的过程，得到近似的接收 符号序列毛。 ( i i )插入导频符号：插入导频信号后，估计器就可以把译码器的反馈作为训练 序列进行下一轮的信道估计。 4 4 多入多出( m i m o ) 信道估计算法 信道估计方法有很多，本文采用的是针对联合信道估计与译码的一种简单的m i m o 信道估计方法 2 4 。 假设i ，【f 】为译码单元译码所得的发射天线f 发送的符号序列， 【f 】c 为信道参 量矩阵h z 的第i 行，则对红【f 】的信道估计可以表示为： 姐f 】_ 曩，扣一蛋【f 棚) ( 4 4 1 ) 利用上式，就可以对信道参量估计矩阵研，】进行更新，既可以同时对膏【f 】的所有行 同时更新( 并行处理) ，也可以进行逐行更新( 串行处理) ，逐行更新的优点是可以及 时的利用译码单元提供的新的信息来进行信道估计。 当不考虑其他发射天线的数据及信道估计的误差时，( 4 4 1 ) 式变为： ， ， = j j 【， x ， ， ， ，】+ i ? ，】n ，】( 4 4 2 ) 南京航空航天大学硕士学位论文 上式是对单独的发射天线i 和接收天线之间的信道参量的估计。由此可见我们对m i m o 系统的信号处理的方法是：在估计第i 个发射天线和每个接收天线之间的信道参数时， 先忽略其他接收天线的影响。 由于信道参量在时间上的连续性和相关性，我们还需要对信道参量进行处理，例 如最小均方误差( m m s e ) 滤波，从而得到更精确的估计数据。假设信道是准静态衰落 信道，即在相当长的一段时间工内，h 【f 】= 日是个常数矩阵，那么我们可以简单地作 如下处理，得到信道估计参量。 丘。丽钟l 耶 4 。5 仿真结果 ( 4 4 3 ) 我们的仿真条件如上章：假设信道是准静态衰落，即信道参量矩阵的元素在一 帧之内是常数，但各帧之间，信道参量是相互独立的，且满足瑞利平衰落特征，即信 道矩阵元素日，是由实部和虚部相互独立的高斯随机数构成，每帧1 3 0 个符号中，有 3 个符号作为己知训练符号。 如图4 4 ，图4 5 所示，带有信道估计单元的t u r b o s t c m 系统译码性能( 虚线) 与完全己知信道参数的t u r b o s t c m 系统译码性能( 实线) 相比，随着迭代次数的增 加，逐渐接近，这表明随着译码的精确性增加，利用译码判决反馈进行的信道估计的 精度也逐渐增加。 图4 6 中的性能曲线是每帧采用2 个符号作为已知训练符号。从图中可见，性能 与采用3 个符号作为已知训练符号的系统相比，有所下降。由此可见，训练序列的长 度与信道估计有一定的关系，如图4 7 中所示，数据帧长度一定时，训练序列越长， 信道估计的准确度越高，从而整个系统译码的性能也越好，但是随着训练序列长度的 增加，频带利用率就会下降，因此一个合适的训练序列长度是十分必要的。 从以上性能图可以看出，本文提出的半盲迭代信道估计和译码的联合方案充分利 用了t u r b o s t c m 译码的迭代过程，使得此信道估计方案在保证性能优异的同时，不 会增加系统的复杂度，利于实际系统的实现。 ：j 1i l m re s t i m 吼dc s i ： 1 _ e2i t e re s t i m i t dc s i ：一： 1 l _ 日4 i t e re m i m a d e dc s i i ： = 篾 一 ：；：；涮搿引 h 蚪、 1 1 e ：一： q 慕差 9 ：。t 誉s ： 黑 、 q ：、 、：；、嘻 l 。毒蔓墨+ 。 。l = ；i 、：、i j “j 激l 毒鬟 、 e b n o ( d 8 ) 图4 4 带有信道估计单元的t u r b o s t c m 系统译码性能 ( 训练序列为3 个符号) l 日1i t e re s t i m a t e： k 甘1 ；t e rp e 加c tc s i 一 器：； _ b i t e r e i t i m a t e = 熊孽罨 -+ b i t e r p e r f e c tc s i ! 、， 蟹 j 譬一 l 、卜、i l i 电逆一= ：= ：= 覃“ - ，1 、 ：k 。 醛* ：h k 套* 强 x 爷一j x 未 粪 e b ，( d 日) 图4 5 完全已知信道参数的t u r b o s t c m 系统与带有信道估计单元的 t u r b o s t c m 系统性能比较 ( 训练序列为3 个符号) 1 0 0 1 0 酣潲信篙嚣黑触珊雠2 圜4 7 不同长度讨嘴基序歹 j 的t u r b 。s t 傩系统译码性能比较 南京航空航天大学硕士学位论文 第五章结论 本文主要研究了针对并行级联空时格码( t u r b o s t 叫) 的s o v a 迭代译码算法， 证明了本文中的t u r b o - s t c m 译码结构与原始的s t c m 相比，可以在保证分集增益的同 时，极大的提高编码增益。为了解决因为迭代及多进制编码调制而造成的译码复杂度 增加的问题，本文采用了一种新的s o v a 算法，并作了相应的修正。仿真表明基于这 种译码算法的t u r b o s t c m 的性能接近于采用m a x l o g m a p 算法的性能，而译码复杂 度可以减少近一半，十分利于硬件实现或提高系统的性能。 除此之外，本文还提出了一种针对t u r b o s t c m 系统的联合信道估计和译码的方 案，这种信道估计的方案先利用导频符号进行初步的信道估计，然后利用译码的软判 决反馈，进行迭代信道估计。仿真结果表明此种信道估计方案，因为充分利用了 t u r b o s t c m 系统的迭代译码过程，因此可以在不增加系统复杂度的情况下对实际系 统的信道进行联合估计和译码。 南京航空航天大学硕士学位论文 致谢 首先，我要对我的导师徐大专教授致以最衷心的感谢和敬意，这篇论文是在他的 悉心指导下完成的。从开始的选题，到中心的开发，直至最后论文的完成，他都提供 了热心的帮助、支持和鼓励。徐老师以其严谨的治学态度、丰富的专业知识为本课题 的研究提供了指导，他的建议让我受益匪浅。 在我完成论文的过程中，也得到了陈慧君等同学和b b s 上许多素不相识的朋友的 帮助和支持，在此一并致谢。 感谢我的家人，感谢他们对我的学业、生活的无私支持、关怀和精神上的鼓励。 南京航空航天大学硕士学位论文 在学期间论文发表情况 1 一种较低复杂度的t u r b o 一空时码译码算法发表于第十七界南京地区研究生通 信年会论文集 2 w c d m a 下基于s t t d 的t o a 定位算法( 第二作者) 发表于第十七界南京地区研究 生通信年会论文集 南京航空航天人学硕士学位论文 参考文献 1 t a r o k hv ，j a f a r k h a n ih ， “s p a c e t i m e b l o c kc o d e sf o rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s ：p e r f o r m a n c ea n dr e s u l t s ，”i e e ejs e l e c t e da r e a sc o m m u n 。v o l 1 7 ，n o 3 ，m a r 1 9 9 9 2 cb e r r o u ， a 6 1 a v i e r xa n d p t h i t i m a j s h i m a “n e a rs h a n n o nl i m i t e r r o r c o r r e c t i n gc o d i n ga n dd e c o d i n g ：t u r b o c o d e s ( 1 ) ”i np r o ci c c 9 3 ，m a y 1 9 9 3 3 a s t e f a n o va n dt m d u m a n “t u r b oc o d e dm o d u l a t i o nf o r s y s t e m sw i t h t r a n s m i ta n dr e c e i v ea n t e n n a d i v e r s i t y ，p r o c e e d i n g o fg l o b l e c o m 9 9 c o n f e r e n c e ，p p 2 3 3 6 2 3 4 5 ，d e c 1 9 9 9 4 d o n g z h ec u i ，a l e x a n d e r m h “p e r f o r m a c eo f p a r a l l e l c o n c a t e n a t e d s p a c e t i m ec o d e s ，”i e e ec o m m u n l e t t e r s ，v o l5 ，n o 6 ，j u n e ，2 0 0 1 5 j h a g e n a u e ra n dp h o e h e r “av i t e r b ia l g o r i t h mw i t hs o f t d e c i s i o no u p u t s a n di t sa p p l i c a t i o n s ，”i np r o c o l o b e c o m ，d a l l a s ，t x ，n o v 1 9 8 9 ，p p ，1 6 8 0 1 6 8 6 6 p r o b e r t s o n ，p h o e h e r ，“o p t i m a la n ds u b - o p t i m a lm a x i m u map o s t e r i o r i a l g o r i t h m ss u i t a b l ef o rt u r b od e c o d i n g ，”e u r o p t r a n st e l e c o m v 0 1 8 p p 11 9 1 2 5 ，m a r 一a p r 1 9 9 7 7 g j f o s c h i n i ，“l a y e r e ds p a c e t i m ea r c h i t e c t u r ef o rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ni naf a d i n ge n v i r o n m e n tw h e nu s i n gm u l t i p l ea n t e n n a s ”，b e l l l a b st e c h n i c a lj o u r n a l ，v 0 1 1 ，n o 2 ，a u t u m n1 9 9 6 ，p p4 1 - 5 9 8 a l a m o u t is m “a s i m p l et r a n s m i td i v e r s i t yt e c h n i q u ef o rw i r e l e s s c o m m u n i c a ti o n s ，”i e e et r a n si n f o r mt h e o r y ，1 9 9 8 ，4 4 ( 2 ) ，7 4 4 - 7 5 6 9 v t a r o k h ，h j a f a r k h a n i ，a n da r c a l d e r b a n k “s p a c e t i m eb l o c kc o d e s f r o m o r t h o g o n a ld e s i g n s ” i e e e t r a n s o ni n f o r m a t i o n t h e o r y ， 4 6 ( 5 ) ：1 4 5 6 - 一1 4 6 7 ，j u l y1 9 9 9 1 0 谢显中，李颖等，“t u r b o 码与空时编码的结合研究及其性能”，西安电子科技 大学学报，d e c ，2 0 0 1 ，v o l2 8 ，n 0 6 u p a t r i c kr o b e r t s o na n dt h o m a sw o r z“b a n d w i d t h e f f i c i e n tt u r b o t r e l l i s c o d e dm o d u l a t i o nu s i n gp u n c t u r e dc o m p o n e n tc o d e s ”i e e ej o u r n a lo n s e l e c t e da r e a si nc o m m u n v 0 1 1 6n o 2f e b 1 9 9 8 1 2 j h a g e n a u e r ，、”t h et u r b op r i n c i p l e ：t u t o r i a li n t r o d u c t i o na n ds t a t eo f t h ea r t ，”p r o c i n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u mo n t u r b o c o d e s ，b r e s t ，f r a n c e s e p t 1 9 9 7 p p 1 1 1 1 3 l b a h l ，j c o d k e ，f j e l i n e k ，j r a v i v “o p t i m a ld e c o d i n go fl i n e a r 4 3 南京航空航天大学硕士学位论文 c o d e sf o rm i n i m i z i n gs y m b o le r r o rr a t e ，”i e e et r a n s i n f o r m t h e o r y ，v 0 1 i t 一2 0 p p 2 8 4 2 8 7 ，m a r 1 9 7 4 1 4 3s lg o f f ，a ga n dc b e r r o u 。”t u r b o c o d e sa n dh i g hs p e c t r a le f f i c i e n c y m o d u l a t i o n ，”p r o c ，i e e ei n t c o n f0 nc o 脚u n ，p p 2 6 7 - 2 7 0 ，s e p t 1 9 9 7 1 5 k f a z e la n dl p a p k e 。”c o m b i n e dm u l t i l e v e l t u r b o c o d ew i t h8 p s k m o d u l a t i o n ，”p r o c ，i e e e 钇o b e c o j i i ：, p p 6 4 9 6 5 3 1 9 9 5 1 6 d j o r d j et u j k o v i c “r e c u r s i v es p a c e t i m et r e l l i sc o d e sf o rt u r b oc o d e d m o d u l a t i o n ，”i np r o c ，i e e eg l o b a lc o m m u n i c a t i o n sc o n f e r e n c eg l o b e c o m 2 0 0 0 , v o l ，2 ，p p 1 0 1 0 1 0 1 5 ，s a nf r a n c i s c o ，c a l ，u s a ，n o v e m b e r2 7 一d e c e m b