陳安全，楊培消

（海軍士官學(xué)校，安徽 蚌埠 233012）

0 引言

短波通信主要利用電離層反射進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，多次反射后傳輸距離可達(dá)上萬(wàn)千米，可實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)的通信[1]。短波通信作為軍事通信的主要傳輸手段之一，具有抗毀性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)快捷等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增大和種類的不斷增加，人們對(duì)短波通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高。然而，短波信道的多徑傳播和時(shí)變衰落會(huì)造成發(fā)送信號(hào)畸變和碼間串?dāng)_，成為短波數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕萍s因素。

短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通常采用均衡器來(lái)減少碼間串?dāng)_，采用信道編碼等技術(shù)來(lái)對(duì)抗干擾和噪聲。均衡器可以看作信道的逆濾波，其傳輸特性與信道特性相反。信號(hào)通過(guò)均衡器可以補(bǔ)償信道對(duì)其造成的失真，同時(shí)結(jié)合信道編碼提高信息傳輸可靠性，改善系統(tǒng)傳輸性能。傳統(tǒng)接收機(jī)將均衡和譯碼看作兩個(gè)獨(dú)立的功能模塊，兩者共同完成信號(hào)的檢測(cè)，但從信息處理角度將均衡和譯碼獨(dú)立處理會(huì)造成信息的損失。因此，從最佳檢測(cè)的角度考慮，將均衡和譯碼聯(lián)合處理可以獲得更高的性能增益。在接收端對(duì)均衡和譯碼進(jìn)行迭代處理，利用迭代譯碼思想將傳統(tǒng)的檢測(cè)估計(jì)問(wèn)題由均衡器擴(kuò)大到譯碼器，將譯碼輸出的修正的非等概比特信息作為先驗(yàn)信息反饋給均衡器，然后均衡器利用非等概的先驗(yàn)似然信息對(duì)待檢測(cè)的比特或符號(hào)重新做出估計(jì)。非等概先驗(yàn)信息的加入，將大大提高均衡效果，從而為譯碼器提供更可靠的譯碼信息。經(jīng)過(guò)若干次聯(lián)合均衡和譯碼后，最終將大大提高譯碼輸出的可靠性。塊迭代的判決反饋均衡算法采用聯(lián)合均衡與譯碼的迭代處理方式，可以有效對(duì)抗短波信道的嚴(yán)重碼間串?dāng)_。隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，短波通信較大的時(shí)延導(dǎo)致時(shí)域均衡復(fù)雜度大幅增加。基于循環(huán)前綴的單載波頻域均衡利用快速傅里葉變換/快速傅里葉逆變換（Fast Fourier Transform/Inverse Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT/IFFT）技術(shù)將時(shí)域復(fù)雜的多抽頭濾波卷積轉(zhuǎn)化成多個(gè)單抽頭的頻域相乘，從而降低了均衡技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度[2-4]。為了對(duì)抗信道深衰落和線性均衡存在的剩余碼間串?dāng)_影響，進(jìn)一步研究了基于塊迭代的判決反饋均衡（Iterative Block DFE，IB-DFE）算法。

1 塊迭代的判決反饋均衡算法基本原理

基于譯碼先驗(yàn)信息的判決反饋均衡器，可以利用本次或前次迭代的軟、硬判決值來(lái)抵消碼間串?dāng)_（Inter-Symbol Interference，ISI）[5-6]。硬判決相比軟判決會(huì)造成信息損失，同時(shí)硬判決錯(cuò)誤會(huì)從反饋回路傳遞給下一次判決，造成錯(cuò)誤傳播。與線性均衡不同的是判決反饋均衡屬于非線性均衡，其在線性濾波均衡的基礎(chǔ)上，利用均衡或譯碼器輸出的符號(hào)信息來(lái)進(jìn)一步抵消線性均衡存在的剩余ISI。特別是在深衰落信道環(huán)境，它可以降低線性均衡器的階數(shù)和計(jì)算復(fù)雜度。早期的IB-DFE 實(shí)現(xiàn)考慮的是反饋回路中的硬判決。為了提高性能，文獻(xiàn)[7-8]提出采用軟判決的IB-DFE 方案。IB-DFE 可以視為在頻域上實(shí)現(xiàn)的具有前饋和反饋操作的迭代的DFE。由于反饋回路不僅考慮了每個(gè)塊的硬判決，而且考慮了所有塊的可靠性，大大減少了傳輸?shù)腻e(cuò)誤。IB-DFE 方案的前饋和反饋部分均在頻域?qū)崿F(xiàn)。為了對(duì)抗短波信道深衰落和線性均衡存在的剩余ISI 影響，重點(diǎn)研究了基于塊迭代的判決反饋均衡 算法。

2 塊迭代的判決反饋均衡算法分析

IB-DFE 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 IB-DFE 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)信道后，接收到的頻域符號(hào)可以表示為：

式 中：{Yk;k=0,1,…,N-1} 是{yn;n=0,1,…,N-1}的離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT）；Yk表示第k個(gè)頻點(diǎn)的信道頻率響應(yīng)；Hk表示相應(yīng)的信道噪聲。

IB-DFE 輸出的頻域值為：

無(wú)論是硬判決的IB-DFE 還是軟判決的IBDFE，采用相同的前饋系數(shù)。

采用QPSK 的調(diào)制方式，均衡器輸出的對(duì)數(shù)似然比（Log-Likelihood Ratio，LLR）可表示為：

圖2 給出了IB-DFE 算法流程圖。

圖2 IB-DFE 算法流程

3 仿真結(jié)果及分析

為驗(yàn)證塊迭代的判決反饋頻域均衡算法的有效性，從塊迭代的判決反饋頻域均衡（IB-DFE）和線性頻域均衡算法在不同迭代次數(shù)下的誤比特性能分析。

仿真設(shè)置相關(guān)參數(shù)如下：塊的長(zhǎng)度為N=512，采用碼率為1/2，記憶長(zhǎng)度為2，生成矩陣為g=[111;101]的卷積碼。此外，采用隨機(jī)交織器和QPSK調(diào)制方式。信道采用Proakis B 信道h(n)=[0.407 0.815 0.407]，噪聲為高斯白噪聲。譯碼器采用對(duì)數(shù)域最大后驗(yàn)概率（Maximum-logarithm-Maximum a Posteriori Probability，MAX-Log-MAP）譯碼算法。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)塊內(nèi)信道保持恒定，信道參數(shù)為接收端所知。仿真參數(shù)設(shè)計(jì)如表1 所示，仿真結(jié)果如圖3 所示。

圖3 線性MMSE 頻域均衡算法和IB-DFE 的誤比特率對(duì)比

表1 IB-DFE 和線性MMSE 頻域均衡算法對(duì)比時(shí)的仿真參數(shù)

由圖3 可知，在Proakis B 信道條件下，隨著信噪比的增加，IB-DFE 相比線性頻域均衡算法有較大的性能改善。在迭代2 次達(dá)到10-3誤碼率時(shí)，IB-DFE 相比線性MMSE 頻域均衡算法的誤碼率提升了約1 dB。究其原因，線性均衡只能削弱碼間串?dāng)_，不能完全消除碼間串?dāng)_。IB-DFE 均衡前饋濾波器和反饋濾波器的結(jié)合使用能抵消前向和后向的ISI。因此，與線性頻域均衡相比，IB-DFE 具有較好的誤比特性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了短波通信的重要意義和短波信道的多徑傳播會(huì)造成發(fā)送信號(hào)的碼間串?dāng)_。為消除碼間串?dāng)_的影響，圍繞塊迭代的判決反饋頻域均衡算法進(jìn)行研究，對(duì)塊迭代的判決反饋頻域均衡算法進(jìn)行理論推導(dǎo)并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比線性頻域均衡和IB-DFE 算法可知，在典型的短波多徑信道條件下，塊迭代的判決反饋均衡（IB-DFE）算法具有較好的誤比特性能。