[发明专利]一种适用于短波通信的高阶调制Turbo时域均衡算法

说明书

本发明属于短波通信技术领域，公开了一种适用于短波通信的高阶调制Turbo时域均衡算法，包括：使用MMSE均衡器对接收信号进行均衡；将符号软信息转换至比特软信息，将其输入到译码器进行译码；将译码器输出的软信息p^out(b)转换为关于符号的软信息p^out(x)，构造方差外信息矩阵并利用其计算第j时刻的横向滤波器抽头系数；结合已知的多径信道参数和构造的平均外信息来模拟接收信号得到符号的估计；MMSE均衡器利用模拟接收信号和真实接收信号r再次对多径信号进行均衡；该算法有效的对抗由多条路径传播、时变信道而带来的各种问题，通信设备能够使用高阶调制来传输数据，大大提高了信道的利用率，具有简单、计算复杂度低、收敛快、易实现等优点。

技术领域

本发明涉及短波通信技术领域，具体涉及一种适用于短波通信的高阶调制Turbo时域均衡算法。

背景技术

短波通信是指波长在10米—100米，频率范围3MHz—30MHz的一种无线电通信技术。短波通信发射的电波要经电离层的反射才能到达接收端，通信距离较远，是远程通信的主要手段。尽管新型无线电通信系统不断涌现，但是短波通信这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界的普遍重视，不仅没有淘汰，反而还在不断快速发展。因为它有着其它通信系统不具备的优点：首先，短波是唯一不受网络和中继制约的远程通信手段，例如发生战争或灾害，卫星受到攻击时，短波的抗毁能力和自主通信能力是其他通信设备无法媲美的；其次，山区、戈壁和海洋等偏远地区通信主要靠短波；最后，低廉的通信费用也使得短波具有广阔的市场。

然而在短波通信中，由于接收机的位置在不断变化，同时由于通信环境的多样性，实际通信中接收机会收到来自不同路径的信号叠加，即便在噪声干扰很小的情况下也无法正常解调。多径的存在会导致码间串扰(Inter-Symbol Interference，ISI)，使通信系统的性能恶化，出现错误平层。从时域上看是前后码元叠加在一起，从频域上看还会造成频率选择性衰落，即对某个频率产生深度衰落，部分细节信息完全丢失。

均衡是解决多径效应的有效方法，传统的均衡可以分为时域均衡和频域均衡。随着现代编纠错码(如Turbo/LDPC码)迭代译码思想的提出，人们逐渐认识到采用迭代的方式能够给通信系统带来额外的性能增益，于是提出了均衡器与译码器联合迭代译码的思想；其本质是信息在均衡器和译码器之间不断循环往复的一个过程，直至译码成功或达到最大迭代次数为止。由于此过程的运行机制与Turbo码的译码机制十分类似，因此也将均衡器与译码器联合迭代译码称为Turbo均衡。

公开号CN102185617A《简化的Turbo均衡算法》中提出了一种减小Turbo均衡计算复杂度的方法，第一次迭代时发送符号方差基本是相同的，此时均衡器的系数固定不变，而当迭代到达一定次数时，发送调制符号的方差很小，这时均衡器的系数与发送符号关系很小，可以认为系数不再变化，从而避免每计算一个符号就进行一次矩阵求逆运算。

现有均衡技术无论是在频域还是时域，其主要思想均是经过某种计算得到信道的逆，将接收的混叠信号与信道的逆相互作用从而抵消信道的多径效应。在时域中通常采用横向滤波器去逼近信道的逆，且滤波器的阶数越多越接近真实的逆信道，均衡的性能越好。然而优良的性能是牺牲计算复杂度为代价的，因此现有技术很大程度上侧重于如何在有噪环境下快速、低复杂度的求解信道的逆。而在频域中多数Turbo均衡技术多侧重的是最简单的二进制相移键控(Binary Phase Shift Key,BPSK)，很少研究适用于高阶调制且能够应用于短波通信的频域均衡技术；且时域Turbo均衡算法中不可避免的需要进行信道矩阵求逆运算，这种逆运算随着横向滤波器阶数的增加其运算量呈立方增长，当阶数很大时，几乎不可能工程实现。同时在高阶的Turbo均衡中还需详细研究符号信息与比特信息之间的转换以及信息补偿等关键技术。

发明内容