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单载波频域均衡系统及基于turbo均衡的改进

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单载波频域均衡系统及基于Turbo均衡的改进

作者：沈旭栋清华大学

学位级别：硕士

未来无线通信有更广泛的应用需求,很多专用领域开始需要远程现场多媒体信息实时传输,诸如公安、消防、武警等。越来越高的传输带宽造成了严重的时间色散,引起频率选择性衰落,从而导致严重的码间干扰(ISI),降低了传输性能。这要求无线通... 详细信息

未来无线通信有更广泛的应用需求,很多专用领域开始需要远程现场多媒体信息实时传输,诸如公安、消防、武警等。越来越高的传输带宽造成了严重的时间色散,引起频率选择性衰落,从而导致严重的码间干扰(ISI),降低了传输性能。这要求无线通信技术能够适应更加恶劣的信道,并克服各种不利影响。本文主要研究两个方面的内容:1.实现高速无线通信系统,能对抗1us时延扩展和4kHz多普勒频移,采用单载波频域均衡和turbo乘积码技术。2.在现有系统基础上,研究了基于turbo均衡的改进,针对仿真的两种信道分别可获得1dB和2.5dB的性能提高。本文详细描述了无线通信系统原理和实现方法。首先,阐述了单载波频域均衡(SC-FDE)原理,与正交频分复用(OFDM)技术进行对比,从信道容量和理论误码两方面,证明其在宽带无线通信系统应用中的可行性。同时,介绍了turbo乘积码的编译码原理,详细描述线性分组码的软输入\软输出译码算法和turbo迭代译码原理。在理论研究的基础上,根据系统关键参数,给出帧结构设计和基带通信处理流程设计。通过计算机仿真,得到turbo乘积码译码性能和单载波频域均衡系统在给定信道下的抗衰落能力。最后,在Stratix II FPGA为核心的硬件平台上实现通信基带处理系统,详细描述了系统逻辑功能设计,各功能模块的逻辑划分和处理流程。通过中频和射频测试得到系统性能指标。针对现有系统在多径衰落信道下存在较严重的性能损失,本文提出了基于turbo均衡的改进。由于分离的均衡和译码结构中,均衡后的信号仍残留不少的跨符号干扰,从而造成译码器译码性能的下降。turbo均衡则把译码器输出的软信息反馈到均衡器,通过多次均衡和译码迭代达到很好的抗ISI性能。采用基于最小均方误差准则(LMMSE)的turbo均衡系统在仿真的两种信道下,分别可以获得1dB和2.5dB的性能提高。另外,通过合理的分配均衡迭代和译码迭代可以获得更低的系统复杂度。利用外信息转移图(EXIT图)工具,验证了turbo均衡迭代收敛过程和BER性能仿真结果。

关键词：单载波频域均衡 turbo乘积码 turbo均衡最小均方误差准则 EXIT图分析

深空通信中的信道编译码及turbo均衡技术研究

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深空通信中的信道编译码及Turbo均衡技术研究

作者：杨柳电子科技大学

学位级别：硕士

深空通信近年来越来越成为人类研究的重大课题之一,但如此远距离的传输必定要求高性能的缓解技术。本文详细描述了由AR4JA编码,16QAM调制并经过非线性卫星信道的信号,分析了由此非线性信道引起的失真。文中全面分析了传输端的失真情况... 详细信息

深空通信近年来越来越成为人类研究的重大课题之一,但如此远距离的传输必定要求高性能的缓解技术。本文详细描述了由AR4JA编码,16QAM调制并经过非线性卫星信道的信号,分析了由此非线性信道引起的失真。文中全面分析了传输端的失真情况以及接收端为克服卫星信道影响的turbo均衡技术。RA(Repeat Accumulate)码是继turbo和LDPC码之后出现的一种接近香农限的好码。RA码属于LDPC码,同时也是一种类turbo码。本文首先介绍了RA码的编码结构,在此基础上引出AR4JA(Accumulate Repeat 4 Jagged Accumulate)码的编码结构并给出其原模图和奇偶校验矩阵的结构。为推出AR4JA码的译码算法,首先给出了BP算法流程。通过分析比较AR4JA码与其它LDPC码及RA码可知,AR4JA码在性能上优于其它码。本文用传输滤波,瞬时非线性和接收滤波来产生非线性信道。用直接分析的方法来描述这种信道的均衡时比较有难度的。这里通过分别考虑信道的每一种重要的影响,即星座扭曲,非线性ISI和频谱扩散,对它们做定量分析,然后逐个给出缓解技术的方法来对抗非线性信道的影响。文中给出一个包含非线性信道每一种影响的模型并给出仿真结果以证明这种模型的正确性。这种模型深入分析了非线性信道并论述缓解技术的两个重要方面,首先此模型示出了在理想的缓解技术下可以得到的性能增益,其次给出了根据这些技术可以得到的性能限。由于16QAM有较大的格及信道的记忆性使得MAP均衡算法不适合用于非线性信道,这里给出一种具有低复杂度的新的均衡算法,基于迭代的ISI消除技术。这种均衡器利用由译码器反馈回的后验LLR,不仅用到硬判决还用到反馈的软信息。

关键词：深空通信 AR4JA码非线性信道 turbo均衡

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无线通信中turbo编码与均衡技术

无线通信中Turbo编码与均衡技术

作者：杨鹏西安电子科技大学

学位级别：硕士

turbo码的出现被认为是编码史上的一个重要突破，围绕turbo编码技术的研究也成了通信系统中的一个热点。本文紧密围绕turbo编码技术，首先介绍了turbo码的基本思想和编译码原理，并给出了turbo码的性能仿真和分析;然后结合TCM调制，给出... 详细信息

turbo码的出现被认为是编码史上的一个重要突破，围绕turbo编码技术的研究也成了通信系统中的一个热点。本文紧密围绕turbo编码技术，首先介绍了turbo码的基本思想和编译码原理，并给出了turbo码的性能仿真和分析;然后结合TCM调制，给出了turbo TCM的编译码结构，并针对逐符号的译码算法进行了性能仿真，结果表明，turbo TCM不但和turbo码一样，有优异的性能，而且提高了频谱利用率和信息传输率;最后又结合无线通信中的均衡技术，得出turbo均衡系统，并对几种常用的均衡算法进行了仿真和比较。

关键词： turbo码迭代译码 turbo TCM turbo均衡

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短波信道中的turbo均衡研究

短波信道中的Turbo均衡研究

作者：高新红西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于短波通信的固有特点,它一直是无线通信、特别是军事通信的主要手段之一。近年来,短波通信的发展对数据传输速率和实时性提出了更高的要求。这就意味着数据传输对信道畸变和多径效应产生的码间干扰（ISI）更敏感,因而要求研制更高效... 详细信息

由于短波通信的固有特点,它一直是无线通信、特别是军事通信的主要手段之一。近年来,短波通信的发展对数据传输速率和实时性提出了更高的要求。这就意味着数据传输对信道畸变和多径效应产生的码间干扰（ISI）更敏感,因而要求研制更高效的均衡器。本文首先研究了存在ISI的多径信道的短波通信系统模型,把恶劣的短波信道建模成一个完全因果的便于处理的离散时间模型;其次,研究了几种常用的均衡器结构和均衡方法;然后,探讨了turbo码编码原理,研究基于最大后验概率的MAP算法和基于软输出的Viterbi （SOVA）译码算法,并根据这两种典型译码算法的共同特性,以及系统采用的高阶调制解调技术,提出了两种改进译码算法,并从迭代次数和复杂度两方面进行了仿真分析;最后基于典型的线性均衡和非线性均衡方法,研究了几种turbo均衡算法,着重研究了线性MMSE均衡算法,并给出其简化复杂度算法;源于减小算法复杂度的要求,给出了一种采用软干扰抵消（SIC）思想的均衡算法。

关键词：码间干扰 MAP SOVA turbo均衡 MMSE

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turbo码与turbo均衡技术研究

Turbo码与Turbo均衡技术研究

作者：王伟亮北京邮电大学

学位级别：硕士

turbo码是由C．Berrou等人在ICC′93会议上提出的一种信道编码，由于它很好地应用了Shannon有噪信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近Shannon理论极限的译码性能。它的出现被看作是信道编码理论发展史上的一个重要里程碑。对... 详细信息

turbo码是由C．Berrou等人在ICC′93会议上提出的一种信道编码，由于它很好地应用了Shannon有噪信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近Shannon理论极限的译码性能。它的出现被看作是信道编码理论发展史上的一个重要里程碑。对于学术界来说，turbo码不仅仅有着优异的纠错性能，更重要的是它的出现提供了一条达到理论极限的途径。因此其内在机理及应用成为研究的热点。在移动通信系统中，MIMO技术是指利用多发射天线和多接收天线进行无线传输的技术。目前，无线MIMO技术已经被认为是实现高数据速率、高传输质量和高系统容量的未来高速宽带无线Internet接入网的关键技术之一，在第三代((3G)乃至三代以后((B3G)的移动通信系统中有着广阔的应用前景。因此论文研究了turbo码在MIMO下的接收机方案。均衡与编码技术都是用于无线通信系统中提高通信质量、减小误码率的有效措施。由于通信中的符号间干扰(ISI)现象可以归结为发送符号的卷积，因此信道编码、信道交织器以及ISI信道的级联与串行级联卷级码很相似。所以在接收端可以使用类似于串行级联卷积码的迭代译码方式联合均衡译码，这就是turbo均衡。论文主要内容包括一下几个方面： 1、首先探讨了turbo码(包括PCCC，SCCC)的编译码原理和软信息的概念及产生，在研究了适用于AWGN信道和Rayleigh信道上的修正MAP译码算法基础上，系统推导了适用于级联码迭代译码的通用软输入软输出(SISO)译码算法。然后对turbo码的性能及不同参数的影响进行了分析，这些参数主要包括分量码、交织长度、迭代译码算法和译码迭代次数、编码速率以及信道条件等。 2、为有效克服MIMO中多发送天线引入的空间干扰，结合turbo编码提出了一种全新和高效的接收机方案(turbo-MIMO)。该方案修正了turbo软迭代译码算法，同步进行干扰检测和turbo译码，从信息论的角度可以更充分地利用接收的信息。多接收天线可以对判决似然比和迭代译码的外部信息提供分集增益，从而进一步提高系统性能。该方案克服了传统的空时技术，比如STBC(空时分组码)和BLAST(分层空时码)的发送天线、发送时隙以及接收天线间的约束限制。

关键词： turbo码 turbo均衡 turbo-MIMO 迭代译码外部信息软输入软输出

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水声通信稀疏自适应turbo均衡技术研究

水声通信稀疏自适应Turbo均衡技术研究

作者：唐禹杭州电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着海洋探索的深入,海洋通信作为关键技术获得了广泛关注。针对海洋水声环境复杂性,传输介质不均匀,水声信道长时延窄带宽特性所导致的接收信号严重的符号串扰,及有限训练序列难获取准确信道信息等问题,本文开展了水声通信稀疏自适应... 详细信息

伴随着海洋探索的深入,海洋通信作为关键技术获得了广泛关注。针对海洋水声环境复杂性,传输介质不均匀,水声信道长时延窄带宽特性所导致的接收信号严重的符号串扰,及有限训练序列难获取准确信道信息等问题,本文开展了水声通信稀疏自适应turbo技术研究。全文主要内容及创新如下:1.首先介绍了水声信道物理特性,建模了水声信道,并探究不同信道参数对信道编码性能的影响。其次,针对水声相干通信接收信号串扰问题,引入了最小均方误差(MMSE)下的turbo均衡方法。针对传统方法假设符号服从高斯分布,忽视传输符号固有分布,提出了一种基于期望传播(EP)干扰消除(IC)的频域turbo均衡(EPIC-FDTE)。它利用EP估计真实后验分布,提高均衡性能外,还将接收信号转至频域,降低计算量。最后,利用外信息转移(EXIT)图分析,EPIC-FDTE较精确线性均衡(Exact-LE)及其它频域turbo均衡有更快收敛速度;采用误码率(BER)曲线分析,当BER为10时,EPIC-FDTE较Exact-LE及软干扰消除均衡(SICE)都有约1.5d B增益。相对软干扰消除(SIC)频域turbo均衡(SIC-FDTE)及频域判决反馈(FDDF)的频域turbo均衡(FDDF-FDTE)有2d B增益;2.针对水声信道长时延特性,传统信道估计因矩阵求逆运算量高,而自适应算法具有计算量小的优点,且范数约束可有效提高估计精度,故将选择性迫零改进的成比例归一化最小均方(SZA-IPNLMS)算法应用于水声通信。不同于传统硬阈值方式,利用抽头比例系数来约束小抽头系数,可提高信道估计精度。实验表明:当BER为10,较传统范数约束信道估计有1d B增益。因水声信道窄带特性,使训练序列不宜过长,故引入了软迭代信道估计提高信道估计精度。因EP可提供可靠符号后验估计,设计了一种基于EP后验估计软迭代信道估计。此外,针对软迭代估计的误差传播问题,给出一种基于阈值的信道估计更新方案。仿真表明:当BER为10时,相对基于训练序列及传统软迭代信道估计,分别有1.5d B及0.8d B增益;3.在水声多入多出(MIMO)高速率通信下,不仅存在因水声信道造成的符号串扰(ISI),还存在不同信息序列共信道干扰(CCI),挑战均衡性能。为此,在应用于MIMO的EPIC-FDTE算法基础上,提出了一种基于双向(Bidirectional)增强的均衡BI-EPIC-FDTE方案。它利用3D-EXIT图及误码率曲线分析,BI-EPIC-FDTE较EPIC-FDTE收敛更快及接收性能更好。综上所述,本文所研究的水声turbo均衡技术,优化了turbo均衡及软迭代信道估计,改善了信号接收性能,并降低了复杂度,适合水下通信场合,如水下传感网络,水下航行器等方面应用。

关键词：水声通信水声信道建模 turbo均衡 EP算法软迭代信道估计

Tetrolet域uHMT结构先验与turbo均衡的压缩成像

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光学精密工程 2018年第7期26卷 1766-1773页

作者：杨星国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥200037

基于Tetrolet变换系数的尺度间传递特性与按指数衰减特性,本文构建了一种Tetrolet域通用隐马尔科夫树结构稀疏先验模型,把Tetrolet变换系数的统计分布表示成二值高斯混合形式作为先验信息,并采用因子图方法估计后验状态概率。为了解决... 详细信息

基于Tetrolet变换系数的尺度间传递特性与按指数衰减特性,本文构建了一种Tetrolet域通用隐马尔科夫树结构稀疏先验模型,把Tetrolet变换系数的统计分布表示成二值高斯混合形式作为先验信息,并采用因子图方法估计后验状态概率。为了解决在有环路的因子图中消息不能稳定收敛的问题,利用turbo均衡方法把压缩采样和结构先验部分分割成两个子图,分别进行状态估计并相互交换消息。最后依据最小均方误差准则估计得到重构图像,对128×128的测试图像重构的归一化均方误差可达-20.97dB,运行时间为45.24s。实验结果表明该算法在重构质量和运行速度上优于小波域隐马尔科夫树模型的各类算法。

关键词： Tetrolet变换通用隐马尔科夫树 turbo均衡消息传递压缩成像

时变信道下OFDM系统中一种基于修正Kalman滤波的turbo均衡

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徐州工程学院学报 2007年第10期22卷 5-13页

作者：屠佳蔡跃明解放军理工大学江苏南京210007

在OFDM系统中，由于时变多径信道的存在使子载波间失去了正交性，从而导致子载波间干扰（ICI），降低了系统性能．为了补偿时变信道下OFDM系统中存在的ICI影响，提出了一种基于修正Kalman滤波的turbo均衡算法：通过turbo迭代，利用软映... 详细信息

在OFDM系统中，由于时变多径信道的存在使子载波间失去了正交性，从而导致子载波间干扰（ICI），降低了系统性能．为了补偿时变信道下OFDM系统中存在的ICI影响，提出了一种基于修正Kalman滤波的turbo均衡算法：通过turbo迭代，利用软映射和软解映射算法提供的软值信息，实现模块之间的信息交换；通过修正Kalman预测和滤波，实现信道响应的逐符号更新；通过基于最大化信干噪比缩短窗的ICI抑制，实现信道响应中ICI分量的消除。理论分析和仿真结果表明，所给出的方法能够有效地跟踪信道并抑制ICI影响，即使在快时变信道中也能获得很好的性能．

关键词：时变信道 turbo均衡修正Kalman滤波 ICI OFDM

OFDM系统turbo迭代均衡链路的DSP实现技术研究

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中国集成电路 2009年第8期18卷 38-43,19页

作者：林云峰雷霞刘皓电子科技大学通信抗干扰国家重点实验室四川成都610054

turbo迭代均衡技术与OFDM相结合能够有效提高系统的抗干扰、抗衰落性能,从而提高系统的通信质量和容量。以往的研究大多是从turbo均衡的算法的角度上进行研究和改进,本文以OFDM系统的turbo均衡链路为基础,从工程实现的角度对系统实现的... 详细信息

turbo迭代均衡技术与OFDM相结合能够有效提高系统的抗干扰、抗衰落性能,从而提高系统的通信质量和容量。以往的研究大多是从turbo均衡的算法的角度上进行研究和改进,本文以OFDM系统的turbo均衡链路为基础,从工程实现的角度对系统实现的整体架构进行改进,并在TI C6416T DSP上进行了仿真验证。仿真结果表明,本文提出的turbo均衡链路的实现方式能有效提高系统的实现性能,增加turbo迭代的次数和效果。

关键词： OFDM turbo均衡迭代接收机 DSP