TURBO CODED OFDM系统的TURBO接收机技术研究

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在B3G系统中,带宽达到20兆甚至上百兆,调制阶数不断增加,多天线MIMO技术是提高数据速率的主要解决方案;为提高系统可靠性,纠错编码技术也成为不可或缺的技术。在这样的未来移动通信系统中,如何逼近MIMO信道容量是系统设计考虑的至关重要的问题。目前的研究认为,Turbo接收是逼近MIMO信道容量的有效途径。另外在未来宽带MIMO无线通信系统中,通常面临频率选择性衰落信道,传统高性能均衡器就会变得异常复杂。而OFDM技术作为一种高效的多载波调制技术,能够对抗频率选择性衰落、降低码间干扰,将其应用于宽带MIMO系统是提高带宽效率、降低接收机复杂度的重要途径。基于此,本论文开展了对空时分块编码Turbo Coded OFDM系统的Turbo接收机的研究。本文首先针对BPSK调制和多进制QAM调制的TCOFDM(Turbo Coded OFDM)系统,分别讨论了对应的检测算法和Turbo译码算法。在多进制QAM调制时,检测器输出为编码码元的软信息,因此此时Turbo译码算法需要做出相应的修改,本文通过对MAP算法进行修改给出了SISO MAP Turbo译码算法。接着本文将Turbo解码的思想应用到信号的检测中,把信道均衡和解码结合起来构成一个信息反馈体系,实现Turbo均衡。针对迭代均衡算法,本文主要对基于MAP均衡算法和基于线性MMSE均衡算法进行了分析研究。由于MAP均衡算法复杂度将随着调制级数和ISI信道记忆长度指数增长,所以我们选择了复杂度较低的基于线性MMSE均衡算法。另外由于OFDM系统循环前缀的作用,信道矩阵是循环矩阵,这使得MMSE均衡器的复杂度得到进一步降低。空时分组编码作为一种MIMO方案,本文将其应用到TCOFDM系统中。空时分组编码带来了更大的空间分集增益,而Turbo均衡则充分利用了系统的空间和多径分集增益,显著改善了系统性能。根据迭代的思想,本文最后将信道估计器,均衡器以及译码器相结合,构成一个更大的信息反馈体系,实现系统的Turbo接收。信道估计器通常分为两类:判决反馈估计器和导频符号辅助估计器。从接收机复杂度和性能要求出发,导频辅助估计器是较为常用的方法。根据使某种误差最小的准则,信道估计算法一般可分为最小二乘估计算法(LS)、最小均方误差估计算法(MMSE)。由于LS算法不依赖于信道统计特性和较低的计算复杂度,本文最终选用了LS信道估计算法和DFT插值算法。信道估计器通过利用译码器软信息的反馈,使信道估计得到进一步的精确,实现迭代信道估计,进而形成TCOFDM系统的Turbo接收机。本文通过将迭代和MIMO的思想应用到TCOFDM系统中,实现了空时分块编码TCOFDM系统的Turbo接收机;这不仅提高了系统的空间分集增益,并充分利用了系统的空间与多径分集增益,从而显著改善了系统性能。
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