專利名稱：：未知噪聲信息的多徑衰落信道軟判決度量生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于無線通信信道解碼
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種在未知噪聲信息的多徑衰落信道環(huán)境中軟判決度量生成方法。技術(shù)背景隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，在移動及個人通信系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。在頻譜資源有限的條件下，提高頻譜的利用率成了無線通信系統(tǒng)設(shè)計一個重要的問題。一種有效的提高頻譜利用率的方法是在調(diào)制時采用多元的調(diào)制方式(如64QAM)，但在發(fā)射功率一定的情況下，采用多元調(diào)制會減小調(diào)制星座點之間的歐式距離，增加系統(tǒng)的誤碼率，因此在采用多元調(diào)制的系統(tǒng)中，均采用了性能優(yōu)異的信道編碼方式(如Turbo碼或LDPC碼)來彌補誤碼率的損失。為了使這些信道解碼器更好的工作，在解映射時，均采用軟判決技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬判決技術(shù)，以保證信道解碼器獲得更多的信道信息。研究結(jié)果表明[7]，在加性高斯噪聲(AWGN)信道中，軟判決比硬判決解碼要多2dB的軟解碼增益，而在衰落信道中的軟判決增益則超過3dB。為了得到準確的軟判決度量，除了接收到的符號信息外，還需要知道信道狀態(tài)信息(CSI)。信道狀態(tài)信息一般包含兩方面的內(nèi)容，一是信道的沖擊響應(yīng)向量(對于多載波系統(tǒng)，對應(yīng)為每個載波位置處的信道增益)，二是加性高斯白噪聲的噪聲方差。信道的沖擊響應(yīng)向量或每個載波位置的信道增益可以通過各種信道估計算法獲得。在加性高斯信道中，估計高斯白噪聲的噪聲方差的算法也已經(jīng)得到廣泛的研究[8]。對于無線通信中廣泛存在的多徑衰落信道，估計噪聲方差的算法在文獻中很少有所提及。本發(fā)明提出一種在多徑衰落信道中估計時變噪聲方差的方法，并利用估計結(jié)果來生成需要的軟判決度量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種性能良好的在未知噪聲信息的多徑衰落信道環(huán)境中軟判決度量生成方法。在接收機理想同步的情況下，接收到單個符號可以表示為少=OOC+f(1)其中"為信道在符號x處的復(fù)數(shù)增益，f為加性復(fù)高斯白噪聲，；c和少分別為發(fā)送和接收到的符號。符號X所對應(yīng)的比特信息中第z'位6,的對數(shù)似然比(LLR)信息的表達式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中/是滿足6,二0的所有星座點，V是滿足6,二l的所有星座點，^是高斯白噪聲的方差。由于指數(shù)運算隨著自變量的增大而迅速增加，因此在指數(shù)求和運算中，自變量最大的一項將對最后的結(jié)果占主導(dǎo)作用，因此式(2)可以近似表示為[4]:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中z=_y/fl為經(jīng)過均衡后的符號。將分子中滿足最大項的Z記為《，分子中滿足最大項的？記為4。式(3)可以重寫為"歸Xlz乂l2-lu:卩)'斗(4)在信道增益a與噪聲方差一已知的情況下，式(4)為衰落信道中的最優(yōu)軟判決度量[9]。但是，一般說來，信道的噪聲方差^對于接收機來說也是未知的，這意味著需要對它進行估計。本發(fā)明給出一種在多徑衰落信道中估計噪聲方差的方法，并利用估計結(jié)果生成軟判決度量，使其盡可能的逼近最優(yōu)軟判決度量。具體步驟如下(1)建立系統(tǒng)模型在理想同步的情況下，具有多經(jīng)衰落信道的系統(tǒng)模型可以用下式來表示[2]:y=Hx+￡(5)式中y是接收到的符號序列，為一個wi向量；H是由訓(xùn)練序列組成的循環(huán)矩陣，為一個滿秩的^^矩陣，其中〃<";x是信道的沖擊響應(yīng)，為一個rxl向量；s是"xl信道噪聲向量，其中每個噪聲分量相互獨立且方差相同，滿足期望E[E]=0，方差Var(s)二Z=diag(2,<7〗"<)，且a，=<722=…=ff2=ex2;(2)估計信道噪聲方差根據(jù)最小二乘估計，式(5)中的x的估計值i可以表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(6)記號"H"表示矩陣或向量的共扼轉(zhuǎn)置。式(6)的估計誤差可以表示為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(7)矩降KeH(HHH)—'HH，I為單位矩陣；對式(7)兩邊向量中的每一項求模的平方，可得|^|:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(8)其中".*"表示兩個向量或矩陣中的對應(yīng)項分別相乘，記號"X"表示復(fù)數(shù)A的共扼，％是矩陣K中第/行、第y列上對應(yīng)的值，表達式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(9)A,表示矩陣H的第z'行數(shù)據(jù)；由于。的期望為0，并且觀測噪聲相互獨立，對式(8)求期望，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(10)E[e,^]中第/行的表達式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>聲l特殊情況處理特別地，當(dāng)K是實數(shù)矩陣時，式(ll)可以簡化為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(11)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(12)假設(shè)c，t^7"根據(jù)式(12)，可得:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>根據(jù)式(13)，式(12)可以重寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>即(72=五[《]/(1—(15)用算術(shù)平均值來代替式(15)中的期望，即得信道噪聲方差^的估計<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(3)信道噪聲方差跟蹤在實際的通信系統(tǒng)中，噪聲方差是時變的，需要對其跟蹤，同時為了保證估計結(jié)果的穩(wěn)定，采用一階AR模型迭代的方法對估計結(jié)果進行處理，迭代計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(17)式中，c^W表示利用^時刻及其以前所有時刻的觀測值對噪聲方差所做的估計，^表示f時刻利用式(16)對噪聲方差的所做估計，/7是一個大于0小于1的常數(shù)。(4)軟判決度量生成用式(17)計算的結(jié)果^flf)代替式(4)中的c72，就可以得到多徑衰落信道環(huán)境下的軟判決度量。在具體計算中，計算步驟分為以下幾步1.根據(jù)式(8)建立系統(tǒng)模型；2.根據(jù)式(7)、式(8)計算leJ2，Z=l,2,…，"；3.根據(jù)式(9)計算、，i=l,2,...,m4.根據(jù)式(16)、式(17)對噪聲方差進行估計和跟蹤，計算^(屮)；5.用式(17)計算的結(jié)果WfU)代替式(4)中的一，根據(jù)(4)式計算軟判決度量。技術(shù)效果本發(fā)明為一種在未知噪聲信息的多徑衰落信道環(huán)境中軟判決度量的生成算法。通過對多徑衰落信道中噪聲方差的估計，來生成軟判決度量。本文提出的軟判決度量生成算法可以應(yīng)用于DTMB系統(tǒng)[1]的外接收機中。圖1為DTMB系統(tǒng)接收機框圖。圖2為不同噪聲方差信息對應(yīng)的信道解碼器誤碼率曲線。圖中標(biāo)號1為IFFT(快速傅立葉逆變換)模塊，2為多徑衰落信道，3為同步模塊，4為信道估計，5為FFT(快速傅立葉變換)模塊，6為信道均衡模塊，7為軟判決模塊，8為FEC模塊，9為噪聲方差估計模塊。具體實施例方式下面通過仿真計算進一步描述本發(fā)明，具體仿真步驟如下1.發(fā)射機發(fā)送的數(shù)據(jù)符號經(jīng)過多徑衰落信道后，與高斯白噪聲疊加，進入接收機。2.假設(shè)接收機理想同步，信道噪聲方差的估計基于PN保護間隔來完成，即式(6)中的H為由PN序列組成的循環(huán)矩陣，由于PN序列特殊的性質(zhì)P，使得式(7)中的矩陣K為實數(shù)陣，滿足式(15)的表達形式。在仿真中，式(16)中的iV取為每幀數(shù)據(jù)中有效PN序列的長度(255)。利用式(16)對當(dāng)前噪聲方差進行估計。3.利用式(17)對累積噪聲方差進行迭代更新。根據(jù)大量的仿真結(jié)果統(tǒng)計，式(17)中的p取為0.3時會在收斂速度和估計穩(wěn)定性之間有一個良好的折中。4.將估計出的噪聲方差代入式(4)，生成軟判決度量，輸入信道解碼器。5.DTMB系統(tǒng)接收機框圖，以及實現(xiàn)本文算法的模塊在接收機中的位置如圖1所示。仿真結(jié)果1.仿真條件在仿真中，均使用了64-QAM調(diào)制方式，采用的LDPC碼為(7493,6096)碼，碼率為0.8。在仿真中，PN保護間隔的長度為420,使用的多經(jīng)衰落信道模型如表l所示，且為準靜態(tài)信道，即在一個OFDM符號的時間內(nèi)，信道不發(fā)生變化。在仿真中，均假設(shè)理想同步與信道均衡，LDPC解碼算法采用了文獻[6]中的算法，最大迭代次數(shù)設(shè)定為50次。2.實驗結(jié)果為了評估本文提出的信道噪聲估計算法對信道解碼器性能的影響，作者將多種不同的噪聲方差信息輸入軟判決模塊，對誤碼率進行對比，如圖2所示。在圖2中列出了6種不同的噪聲方差信息輸入軟判決模塊后對信道解碼器性能的影響。設(shè)定每種信噪比環(huán)境下，真實的噪聲方差為delta,圖2中分別給出了輸入軟判決器的噪聲方差信息為delta、0.2倍delta、0.6倍delta、1.4倍delta、1.8倍delta以及利用本文算法估計出的噪聲方差deltaestimation時，DTMB系統(tǒng)的誤碼率曲線。從圖2中可以看出，在輸入軟判決模塊的噪聲方差信息為真實噪聲方差時，產(chǎn)生的軟判決度量最優(yōu)，信道解碼器的性能最好；當(dāng)軟判決模塊采用本文算法估計出的噪聲方差時，解碼器的性能與理想情況幾乎一致，說明本文提出的信道狀態(tài)信息估計算法具有良好的性能。而其它不準確的噪聲方差信息都會對信道解碼器的性能造成一定的影響。表1ETSI多徑信道模型<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>參考文獻GB20600-2006,《地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制技術(shù)規(guī)范》，DigitalTerrestrialMultimediaBroadcasting,2006年第8號(總第95號)中國國家標(biāo)準發(fā)布公告.[2]SusanD.Horn,RogerA.Horn,DavidB.Duncan.EstimationHeteroscedasticVariancesinLinearModels[J]JournaloftheAmericanStatisticalAssociation,1975,70(6》380-385[3]BoweiSong，LinGui,YunfengGuanandWenjunZhang.OnChannelEstimationandEqualizationinTDS-OFDMbasedTerrestrialHDTVBroadcastingSystem[J].IEEETrans.onConsumerElectronics.2005,51(8):790-797[4]MichaelMaoWang,WeiminXiaoandTylerBrown.SoftDecisionMetricGenerationforQAMWithChannelEstimationError[J].IEEETrans,onCommunications,2002,50(7):1058-1061.王勇，艾渤，葛建華.數(shù)字電視地面廣播COFDM傳輸中的軟判決技術(shù)[J].通信學(xué)報，2003,24(9):73-79.Xiao-YuHu，Eleftheriou,E.ArnoldandDholakia,A.Elftheriou.EfficientImplementations9oftheS腦-ProdectAlgorithmforDecodingLDPCCodes[J].IEEEGlobalTelecommunicationsConference,2001，2(11》1036-2036E[7]JeanWQChangKH,GhoYS.AnEqualizationTechniqueforOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingSystemsinTimeVariantMulti-pathChannels[J].IEEE.Trans.OnCommunications.1999,47(1):27-32.[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技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種未知噪聲信息的多徑衰落信道軟判決度量生成方法。信道解碼中的軟判決技術(shù)需要利用信道噪聲方差信息來產(chǎn)生軟判決度量，而通常情況下，這一信息是未知和/或時變的。本發(fā)明提出一種在多徑衰落信道中估計噪聲方差的方法，即利用每幀發(fā)送數(shù)據(jù)中的訓(xùn)練序列，對信道噪聲方差進行估計；并利用一階AR模型的迭代算法，對噪聲方差的估計結(jié)果進行更新，然后利用該更新結(jié)果產(chǎn)生軟判決度量。該方法在DTMB系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)果表明生成的軟判決度量逼近于多徑衰落信道的最優(yōu)軟判決度量，具有良好的性能和可實現(xiàn)性。文檔編號H04L1/00GK101227252SQ20071017330公開日2008年7月23日申請日期2007年12月27日優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日發(fā)明者張建秋,晉趙申請人:復(fù)旦大學(xué);上海復(fù)旦微納電子有限公司