基于纵向互信息的联合判决方法

1.本发明属于通信技术领域，具体来说涉及一种基于纵向互信息的联合判决方法。


背景技术：

2.分集合并包含两重含义：一是分散接收，使接收端能够得到多个携带同一信息的衰落信号，即相当于收到来自不同阵地的多个信号副本；二是集中处理，即接收端对收到的多个衰落信号副本进行适当的合并，从而降低衰落的影响，改善系统的性能。
3.在联合判决方式中，需要对纵向的各路互信息进行加权系数的合并，即分集合并。当接收端收到n
r
路的分布式接收信号，如何对这些信号进行联合处理以减少信道衰落的影响，需要引入联合判决。一般采用线性联合判决器，将接收到的n
r
个独立衰落信号进行加权合并，得到合并器的输出y(t)
[0004][0005]
式中，a
k
为第k个信号的加权系数，选择不同的加权系数可以构成不同的分集合并方式，常用的联合判决方式有：等增益合并、最大比合并、选择合并。
[0006]
(1)选择合并
[0007]
选择合并是对所有分布式接收信号进行检测，选择出信噪比最高的一路接收信号作为联合判决器的输出。在式(1)中，选择合并对应的只有一项系数为1，其他均为0，该判决方式实现简单，但由于舍弃掉其他未被选择的支路信号，因此抗衰落的性能较差。
[0008]
(2)等增益合并
[0009]
等增益合并是将各支路的加权系数设为一样，然后再进行相加。该方法通过等增益叠加各支路的接收信号，从而利用各支路信号的相互独立性，有效地避免了深衰落对单个支路的影响。经过等增益合并后，系统的信噪比γ与各支路信号信噪比p
k
有关，合并后的信噪比γ可以表示为：
[0010][0011]
当接收信号的信噪比相同时，合并后的信噪比为：
[0012][0013]
从上式可知，当各支路接收信号的信噪比相近时，进行等增益合并后，信号的信噪比γ比单路信号p增加约n
r
‑
1倍。若合并前某一支路的信噪比非常低，则对其进行等增益合并后就会将其低信噪比的影响放大，导致总的合并后的信号信噪比下降，影响其误码性能，因此可以考虑当多路的分布式接收信号有一路或几路信号的信噪非常低时，可以设置不同的加权系数，一方面可以增加高信噪比的信号比重，另一方面减少低信噪比的信号比重，使得分集合并获得的增益最佳。
[0014]
(3)最大比合并
[0015]
最大比合并是一种最佳的合并方式，相比较等增益合并，最大比合并利用不同的加权系数对接收信号进行合并：
[0016][0017]
最大比合并的加权系数由该路的接收信号包络和噪声功率有关。


技术实现要素：

[0018]
本发明根据在接收端接收到的信号质量情况，对纵向互信息灵活采用不同的联合判决方式，提升接收机的灵敏度。本发明涉及单载波频域turbo迭代均衡、空间分集以及纵向互信息联合判决方式等原理。其中均衡器和译码器均为siso(软输入软输出)，根据软信息的定义可知，等增益合并和最大比合并方式对软信息而言效果一样，因此本发明只考虑了等增益合并和选择合并两种联合判决方式。
[0019]
本发明引入空间分集，提出了一种对纵向互信息自适应选择联合判决方式的方案，与传统的分布式接收机不同，本发明在siso均衡和siso译码之间对纵向互信息进行联合判决，并且可以根据多路信号的质量自适应地选择等增益合并或选择合并方式。本发明实现了在均衡器和译码器之间进行互信息纵向联合判决，将siso均衡器与siso译码器进行迭代检测，利用空间分集的思想，保证了外信息和先验信息的相互独立性，在均衡器和单一译码器之间交换软信息，从而获得迭代增益，也获得了迭代与分集合并的联合增益，提升接收机性能。
[0020]
本发明的步骤详细叙述：
[0021]
s1、首先，将接收到nr路信号的每一路信号y[j],j＝1,...,nr和siso均衡器的先验信息一起送入均衡器，其中先验信息是由译码器产生的外部信息通过交织得到。第一次迭代时，译码器并没有产生外部信息，此时可以认为先验信息为零。经过均衡器之后，输出后验信息l
e
(x
n
)，根据公式(6)，用l
e
(x
n
)减去均衡器的先验信息得到均衡器的外信息然后送入解交织器，得到译码器输入的先验信息
[0022][0023]
因此，可以得到nr路译码器的先验信息即纵向互信息。其中x
n
表示交织之后对应的编码比特，c
n
表示交织之前对应的编码比特，j表示第j路接受信号。
[0024]
s2、根据公式(7)，对每一路交织器输出的先验信息的绝对值求均值得到a[j]。然后根据公式(8)对数组a求均值，得到b。
[0025][0026]
[0027]
其中，n表示每一帧数据长度，nr表示接收到的多路信号数。
[0028]
s3、设置一个阀值ξ，当a[1],a[2],...,a[nr]的任意一个值a[j]小于b的ξ倍时，对nr路先验信息进行选择合并方式，选择a[j]最大的一路先验信息作为最佳的联合判决输出。否则，对得到的nr路先验信息根据公式(9)进行等增益合并，得到最佳的联合判决输出
[0029][0030]
s4、将最佳的联合判决输出送入到译码器，得到关于编码前对应的比特软信息l
d
(a
k
)和编码后对应的比特软信息l
d
(c
n
)，a
k
表示编码前对应的比特。根据公式(10)，用编码后对应的比特软信息l
d
(c
n
)减去联合判决输出的译码器先验信息得到译码器的外信息然后将外信息送入交织器进行交织，得到用于更新下一次迭代时反馈给均衡器的先验信息至此完成一次迭代。
[0031][0032]
本发明的有益效果为，本发明更适用于实际环境，能够保证接收端充分并有效的利用多路接收信号，提升系统的误码性能。
附图说明
[0033]
图1展示了纵向互信息联合检测接方案
[0034]
图2比较了当一路接收信号质量非常差，两种联合判决方式的误码性能。
[0035]
图3比较了当两路接收信号质量相当，两种联合判决方式的误码性能。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图和实例，详细描述本发明的技术方案：
[0037]
本例中，设置nr＝2即只有两路接收信号，仿真了在短波信道下，不同情况下选择合并和等增益合并的误码性能。具体仿真参数设置如下：
[0038][0039][0040]
图1展示了两路信号的接收机处理框图，即两路接收信号y1，y2经过均衡、软解调和软解扰后，得到两路信号对应的软信息和再进行解交织得到两路纵向互信息和对两路互信息采用等增益合并或选择合并方式对其进行联合判决，获取最佳的判决软信息将最佳判决软信息送入译码器得到用于判决的后验软信息l
d
(a
k
)和用于更新先验信息的编码后对应的比特软信息l
d
(c
n
)，根据公式可以得到译码器输出的外信息经过交织后反馈给均衡器，作为均衡器下一次迭代的先验信息，完成一次软信息迭代更新。
[0041]
图2比较了当两路信号存在一路信号质量很差的情况下，对比了选择合并和等增益合并的误码率。结果表明，低信噪比时，选择合并优于等增益合并方式，是因为当某一支路接收信号的质量很差，如果采用等增益合并会将信号质量差的一路信号的影响放大，导致总的合并后的信号信噪比下降。相反，采用选择合并可以有效的选出信噪比最高的一路接收信号作为联合判决器的输出，避免被信噪比低的一路影响。
[0042]
图3比较了当两路信号的信号质量相当时，选择合并和等增益合并方式的误码率。结果表明，采用等增益合并优于选择合并方式。其原因在于判决合并器只输出最强的一路的接收信号，舍弃掉其他的支路信号，没有有效地利用其他支路的信息，因此没有合并增益，抗衰落的性能较差。而等增益合并充分利用了多路信号的信息，不仅获得了合并增益，而且获得了迭代和合并的联合增益。