本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單載波時(shí)域均衡方法，具體涉及一種基于分?jǐn)?shù)間隔的單載波時(shí)域均衡方法，可適用于短波通信系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自第二次世界大戰(zhàn)中，短波通信得到了高度發(fā)展，至今還在廣播、艦船通信、航空通信及各類戰(zhàn)術(shù)通信中廣泛使用。短波通信是指利用波長(zhǎng)為100～10m(頻率為3～30mhz)的電磁波進(jìn)行的無線電通信。短波通信是無線通信的基本方式之一，它依賴電離層的反射、折射來傳輸信息，其通信媒介—電離層是迄今無法徹底摧毀的。近年來數(shù)字信號(hào)處理理論的日益成熟，高速數(shù)據(jù)處理器的不斷更新，使人們有理由進(jìn)一步挖掘短波通信的潛力。短波信道是一種在時(shí)域、頻域、空域上都有變化的色散的信道，這種信道的不穩(wěn)定性使短波具有頻帶窄、容量小、速率低、相互干擾嚴(yán)重的特點(diǎn)。它具有三個(gè)特點(diǎn)：(1)對(duì)信號(hào)的衰落隨時(shí)間而變化；(2)傳輸?shù)臅r(shí)延隨時(shí)間隨機(jī)變化；(3)多徑傳播。這使得在帶寬受限的信道中會(huì)產(chǎn)生碼間串?dāng)_isi，這種干擾還表現(xiàn)為在時(shí)域?qū)е滦盘?hào)產(chǎn)生瑞利衰落，在頻域產(chǎn)生頻率彌散和頻率選擇性衰落。均衡技術(shù)就是為了消除上述信道特點(diǎn)造成的isi從而改善接收機(jī)性能的一種關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)使用均衡技術(shù)使用的通信系統(tǒng)載波分類的不同，均衡技術(shù)可分為單載波均衡和多載波均衡。由于短波信道信號(hào)畸變嚴(yán)重、頻段擁擠，短波通信較多使用窄帶通信，一般使單載波系統(tǒng)。

均衡器的實(shí)現(xiàn)原理是在基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)或不可調(diào)的濾波器，通過補(bǔ)償整個(gè)系統(tǒng)的幅頻和相頻特性使得包含該均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)特性滿足無碼間串?dāng)_的要求，其本質(zhì)是時(shí)變傳輸信道的反向?yàn)V波。根據(jù)均衡的具體算法實(shí)現(xiàn)的不同，均衡可分為時(shí)域均衡、頻域均衡。頻域均衡往往需要分別校正幅頻特性和群時(shí)延特性，且對(duì)群時(shí)延失真的補(bǔ)償能力較弱，尤其對(duì)非最小相位衰落通常無能為力，因而在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中一般不采用頻域均衡，而采用時(shí)域均衡。所謂時(shí)域均衡，就是從時(shí)域的沖激響應(yīng)考慮，使整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間串?dāng)_條件。

均衡技術(shù)按照是否采用迭代算法可分為迭代均衡與非迭代均衡。非迭代均衡僅通過一次均衡就得到輸出結(jié)果，而迭代均衡在輸出結(jié)果有誤時(shí)通過迭代法多次更新輸出軟信息來更新輸出結(jié)果。

現(xiàn)有的迭代均衡算法是基于符號(hào)間隔的，其原理為接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行符號(hào)間隔采樣操作得到數(shù)據(jù)塊，隨后利用迭代法不斷更新數(shù)據(jù)塊中的信息并判斷迭代是否終止。例如，申請(qǐng)公布號(hào)為cn105897628a、名稱為“單載波均衡器及包含該單載波均衡器的接收機(jī)系統(tǒng)”的發(fā)明申請(qǐng)，公開了一種符號(hào)間隔迭代均衡方法，為對(duì)接收濾波器的輸出信號(hào)進(jìn)行符號(hào)間隔采樣得到采樣信號(hào)，利用迭代更新器對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行初次迭代后將迭代器的輸出信號(hào)送回至迭代更新器，并利用信號(hào)判決器判斷是否結(jié)束迭代，如此往復(fù)直至迭代更新器輸出信號(hào)滿足迭代終止條件。該方法能夠在一定程度上提高通信系統(tǒng)接收端的誤碼率性能。但是在大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)中，由于滾降原因產(chǎn)生額外的帶寬，以符號(hào)速率進(jìn)行采樣一般會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊，這些混疊的頻譜可能會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)或者接近零點(diǎn)的頻譜，如果符號(hào)間隔均衡器補(bǔ)償這些零點(diǎn)將會(huì)放大該頻率處的噪聲，從而引起均衡性能下降，此外符號(hào)間隔均衡器的性能對(duì)定時(shí)相位誤差非常敏感，導(dǎo)致接收端誤碼率性能差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種基于分?jǐn)?shù)間隔與迭代算法的單載波時(shí)域均衡方法，用于解決現(xiàn)有單載波時(shí)域均衡方法中存在的誤碼率性能差的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)接收端對(duì)接收濾波器的輸出信號(hào)以m倍符號(hào)速率進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分塊，得到多個(gè)數(shù)據(jù)塊y＝[y0,...ym,...ym×n-1]，其中ym表示數(shù)據(jù)塊中第m個(gè)采樣點(diǎn)，n表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的符號(hào)長(zhǎng)度，且n＝nt+nd，nd表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的未知數(shù)據(jù)部分的符號(hào)長(zhǎng)度，且nd＞0，nt表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的訓(xùn)練序列部分的符號(hào)長(zhǎng)度，且nt＞0；

(2)接收端對(duì)數(shù)據(jù)塊y進(jìn)行分解，并利用分解結(jié)果對(duì)不同信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)：接收端將數(shù)據(jù)塊y分解為偶信號(hào)和奇信號(hào)并利用偶信號(hào)y⁰中的訓(xùn)練序列對(duì)偶序列所在信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，得到偶序列信道響應(yīng)同時(shí)利用奇信號(hào)y¹中的訓(xùn)練序列對(duì)奇序列所在信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，得到奇序列信道響應(yīng)h¹＝(h0¹,...hm¹,...hr¹)，其中r為信道響應(yīng)的長(zhǎng)度；

(3)接收端利用偶序列信道響應(yīng)h⁰對(duì)偶信號(hào)y⁰進(jìn)行mmse均衡，得到偶序列軟信息s⁰＝[s⁰0,…,s⁰m,…,s⁰n-1]，同時(shí)利用奇序列道響應(yīng)h¹對(duì)奇信號(hào)y¹進(jìn)行mmse均衡操作，得到奇信號(hào)軟信息s¹＝[s¹0,…,s¹m,…,s¹n-1]；

(4)接收端對(duì)奇偶信號(hào)軟信息分別進(jìn)行拼接：接收端對(duì)偶信號(hào)軟信息s⁰進(jìn)行拼接，得到偶序列譯碼塊軟信息i⁰(i⁰0，...i⁰m，...i⁰l)，同時(shí)對(duì)奇信號(hào)軟信息s¹進(jìn)行拼接，得到奇信號(hào)譯碼塊軟信息i¹(i¹0，...i¹m，...i¹l)，其中l(wèi)為譯碼塊的長(zhǎng)度；

(5)設(shè)置迭代次數(shù)k，并初始化k＝0；

(6)接收端將奇序列譯碼塊軟信息i⁰與偶序列譯碼塊軟信息i¹合并，得到合并軟信息i(i0，...im，...il)；

(7)利用迭代算法，對(duì)奇偶序列譯碼塊軟信息分別進(jìn)行更新，得到更新后的偶序列譯碼塊軟信息i⁰和奇序列譯碼塊軟信息i¹，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(7a)譯碼器對(duì)合并軟信息i進(jìn)行譯碼，得到軟信息形式的譯碼結(jié)果i'與校驗(yàn)和，并判斷迭代次數(shù)k是否超出預(yù)先設(shè)置的上限，若是，執(zhí)行步驟(8)，否則，判斷校驗(yàn)和是否為0，若是，執(zhí)行步驟(8)，否則執(zhí)行步驟(7b)；

(7b)更新奇偶序列譯碼塊軟信息：接收端利用步驟(2)得到的偶序列信道響應(yīng)h⁰和步驟(6)得到的譯碼結(jié)果i'對(duì)步驟(2)中的偶信號(hào)y⁰進(jìn)行sic均衡，并將均衡結(jié)果賦予偶序列譯碼塊軟信息i⁰，同時(shí)利用步驟(2)得到的奇序列信道響應(yīng)h¹和步驟(6)得到的譯碼結(jié)果i'對(duì)步驟(2)中的奇信號(hào)y¹進(jìn)行sic均衡，并將均衡結(jié)果賦予奇序列譯碼塊軟信息i¹，令k＝k+1，并執(zhí)行步驟(6)；

(8)輸出譯碼結(jié)果，時(shí)域均衡結(jié)束。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明使用分?jǐn)?shù)間隔均衡方法對(duì)接收端濾波器輸出信號(hào)進(jìn)行均衡，充分利用的分?jǐn)?shù)采樣點(diǎn)除豐富的信道信息，在存在一定定時(shí)誤差的情況下仍然能夠利用這些信道信息更新軟信息，降低了接收端均衡器對(duì)定時(shí)相位誤差的常敏感度，同時(shí)接收端在對(duì)單載波信號(hào)進(jìn)行均衡時(shí)，是通過將分?jǐn)?shù)間隔均衡與迭代算法結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)的，降低了接收端由于滾降原因產(chǎn)生的頻譜混疊對(duì)接收機(jī)性能的影響，提高了接收機(jī)的誤碼率性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程框圖；

圖2是本發(fā)明所適用通信系統(tǒng)接收端的信號(hào)流向圖；

圖3是本發(fā)明接收端對(duì)信號(hào)的分解原理圖；

圖4是本發(fā)明中的系統(tǒng)性能與相同條件下采用符號(hào)均衡的系統(tǒng)性能在不同的定時(shí)誤差條件下的仿真結(jié)果比較。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，基于分?jǐn)?shù)間隔與迭代算法的單載波時(shí)域均衡方法，包括如下步驟：

步驟1，接收端對(duì)接收濾波器的輸出信號(hào)以4倍符號(hào)速率進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分塊，其中，接收端的信號(hào)流向如圖2所示。

在通信系統(tǒng)的接收端用匹配濾波器對(duì)信號(hào)濾波，對(duì)濾波器輸出信號(hào)以4倍符號(hào)速率進(jìn)行采樣并對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分塊，得到多個(gè)數(shù)據(jù)塊y＝[y0,...ym,...ym×n-1]，其中ym表示數(shù)據(jù)塊中第m個(gè)采樣點(diǎn)，n表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的符號(hào)長(zhǎng)度，且n＝nt+nd，nd表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的未知數(shù)據(jù)部分的符號(hào)長(zhǎng)度，且nd＞0，nt表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊包含的訓(xùn)練序列部分的符號(hào)長(zhǎng)度，且nt＞0。

步驟2，接收端對(duì)數(shù)據(jù)塊y進(jìn)行分解，并利用分解結(jié)果對(duì)不同信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)：

步驟2a，將數(shù)據(jù)塊y劃分為m個(gè)子序列

其中子序列的元素y^ksm＝y(tǒng)(k-1)×m+m；

步驟2b，任意選取兩個(gè)不同的子序列ys^p，ys^q，令偶信號(hào)y⁰＝y(tǒng)s^p，奇信號(hào)y¹＝y(tǒng)s^q。

現(xiàn)有的迭代均衡技術(shù)是基于符號(hào)間隔采樣的均衡技術(shù)，在均衡時(shí)只利用了估算到的信噪比最大的采樣點(diǎn)的信息。其余采樣點(diǎn)雖然信噪比較小，但仍然包含豐富的信道信息，而分?jǐn)?shù)間隔均衡正是由于利用了這些信道信息而使接收端達(dá)到了更佳的誤碼率效果。接收端的采樣點(diǎn)定時(shí)可能不準(zhǔn)確，接收端無法確定采樣點(diǎn)中信噪比比最大的位置，因此奇信號(hào)與偶信號(hào)的選取方法為隨機(jī)選取。

步驟3，接收端利用偶序列信道響應(yīng)h⁰對(duì)偶信號(hào)y⁰進(jìn)行mmse均衡，得到偶序列軟信息s⁰＝[s⁰0,…,s⁰m,…,s⁰n-1]，同時(shí)利用奇序列道響應(yīng)h⁰對(duì)奇信號(hào)y¹進(jìn)行mmse均衡操作，得到奇信號(hào)軟信息s¹＝[s¹0,…,s¹m,…,s¹n-1]：

基于mmse準(zhǔn)則最佳估計(jì)實(shí)際上是對(duì)接收序列的線性濾波，設(shè)該濾波器的長(zhǎng)度為n，n＝n1+n2+1其濾波系數(shù)為ck,n，n＝-n1,-n1+1,…,n2，其中，n1，n2為該濾波器因果部分和非因果部分的長(zhǎng)度。

濾波過程可表示為：

其中mmse濾波系數(shù)為：

h為n×(n+m-1)卷積形式的信道矩陣，可以表示為：

其中hr為信道的反轉(zhuǎn)形式，即

步驟4，接收端對(duì)奇偶信號(hào)軟信息分別進(jìn)行拼接：

接收端對(duì)奇信號(hào)軟信息s⁰進(jìn)行拼接，得到奇序列譯碼塊軟信息i¹(i¹0，...i¹m，...i¹l)，同時(shí)對(duì)偶信號(hào)軟信息s¹進(jìn)行拼接，得到偶信號(hào)譯碼塊軟信息i⁰(i⁰0，...i⁰m，...i⁰l)其中l(wèi)為一個(gè)譯碼塊的長(zhǎng)度；

步驟5，設(shè)置迭代次數(shù)k，并初始化k＝0：

迭代次數(shù)k用于記錄偶序列譯碼塊軟信息和奇序列譯碼塊軟信息的更新次數(shù)，當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)置的上限，迭代過程將被終止。

步驟6，接收端將奇序列譯碼塊軟信息i⁰與偶序列譯碼塊軟信息i¹合并，得到合并軟信息i(i0，...im，...il)；

分?jǐn)?shù)間隔均衡器有兩種不同的離散時(shí)間模型：多通道模型和多速率模型。兩種模型是等價(jià)的，多速率模型說明了分?jǐn)?shù)間隔均衡器的空間分集，而多信道模型則說明了時(shí)間分集。本實(shí)施例采用多通道模型，其對(duì)應(yīng)的收端對(duì)信號(hào)的分解原理如圖3所示。發(fā)送端的信號(hào)可以看做經(jīng)過多個(gè)信道之后分別到達(dá)接收端，隨后被多個(gè)分?jǐn)?shù)間隔均衡器分別進(jìn)行濾波處理得到處理后的軟信息，最后這些軟信息被接收端合并。根據(jù)多通道模型，采用實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)間隔均衡最普遍的方式，即求兩路軟信息的均值：

im＝(i⁰m+im¹)/2，m＝0，...l；

步驟7，利用迭代算法，對(duì)奇偶序列譯碼塊軟信息分別進(jìn)行更新，得到更新后的偶序列譯碼塊軟信息i⁰和奇序列譯碼塊軟信息i¹，實(shí)現(xiàn)步驟為：

步驟7a，譯碼器對(duì)合并軟信息i進(jìn)行譯碼，得到軟信息形式的譯碼結(jié)果與校驗(yàn)和，并對(duì)迭代次數(shù)k是否超出預(yù)先設(shè)置的上限進(jìn)行判斷，若是，執(zhí)行步驟8，否則，判斷校驗(yàn)和是否為0，若是，執(zhí)行步驟8，否則執(zhí)行步驟7b；

本發(fā)明中的仿真采用ldpc碼。ldpc的譯碼算法主要分成三類：硬判決譯碼、軟判決譯碼和混合譯碼。硬判決譯碼性能最差，軟判決譯碼利用接收信號(hào)的軟信息進(jìn)行迭代譯碼，不僅利用了軟信息的符號(hào)信息，還利用了軟信息中表征判決可靠性的幅度信息。由于軟信息中包含了豐富的信道信息，因此，軟判決譯碼能夠充分地利用信道信息，提高譯碼的性能。軟判決譯碼是三類譯碼算法中最為復(fù)雜的，同時(shí)，這種譯碼算法對(duì)信道信息的利用率最高，譯碼性能最好，因此此處采用軟譯碼。

步驟7b，更新奇偶序列譯碼塊軟信息：接收端利用步驟2得到的偶序列信道響應(yīng)h⁰和步驟6得到的譯碼結(jié)果i'對(duì)步驟2中的偶信號(hào)y⁰進(jìn)行sic均衡，并將均衡結(jié)果賦予偶序列譯碼塊軟信息i⁰，同時(shí)利用步驟2得到的奇序列信道響應(yīng)h¹和步驟6得到的譯碼結(jié)果i'對(duì)步驟2中的奇信號(hào)y¹進(jìn)行sic均衡，并將均衡結(jié)果賦予奇序列譯碼塊軟信息i¹，令k＝k+1，并執(zhí)行步驟6；

步驟8，輸出譯碼結(jié)果，時(shí)域均衡結(jié)束。

以下結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明：

1.仿真條件和內(nèi)容

使用matlab作為仿真軟件，模擬通信系統(tǒng)的發(fā)送端、接收端和和多徑衰落信道，比較兩種不同的均衡方案的誤碼率與信噪比性能曲線。第一種方案采用現(xiàn)有的符號(hào)間隔迭代均衡方法，第二種方案采用本發(fā)明所述的基于分?jǐn)?shù)間隔與迭代算法的單載波信號(hào)時(shí)域均衡方法。數(shù)據(jù)塊的幀結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)與多徑衰落信道的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1

針對(duì)以上仿真參數(shù)設(shè)置，在不同的采樣點(diǎn)偏差情況下，接收端分別利用兩種方案所述的均衡方法進(jìn)行誤碼率統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果如圖4所示。

2.仿真結(jié)果分析

參照?qǐng)D4，對(duì)仿真結(jié)果作詳細(xì)分析：

圖4(a)展示了有采樣點(diǎn)偏差的情況下分?jǐn)?shù)間隔均衡與符號(hào)間隔均衡的誤碼率性能。該結(jié)果表明在有采樣點(diǎn)偏差的情況下，分?jǐn)?shù)間隔均衡器誤碼率性能比符號(hào)間隔均衡器提高1-2db，充分說明了該均衡器能有效抑制多徑帶來的采樣點(diǎn)偏差的問題，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖4(b)展示了無采樣點(diǎn)偏差的情況下分?jǐn)?shù)間隔均衡與符號(hào)間隔均衡的誤碼率性能。該結(jié)果表明在無采樣點(diǎn)偏差的情況下，分?jǐn)?shù)間隔均衡器誤碼率性能比符號(hào)間隔均衡器提高0.5db左右，說明即便在無定時(shí)偏差的情況下，分?jǐn)?shù)間隔均衡器仍然能對(duì)系統(tǒng)性能帶來一定的改善，提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>