块迭代/自适应频域信道估计Cyclic-Prefixed单载波宽带无线系统

文摘

本文提出了一种新的块迭代/自适应频域信道估计方案,其中一个通道频率响应(CFR)估计提出了加权element-wise块迭代的自适应频域信道估计(WEB-CE)计划使用软信息通过输入soft-output译码器的输出。WEB-CE,一个均衡器系数计算通过最小化加权条件squared-norm后验误差向量的修正项。仿真结果验证的优越性WEB-CE时变典型城市(TU)通道。

1。介绍

Cyclic-prefixed单载波频域均衡(SC-FDE)近年来获得了巨大的关注,因为它有效的实现和低peak-to-average功率比(地表铺面)特征通过宽带无线频道。另一方面,它注意到,大多数作品已经执行了一个假设,即信道频率响应(CFR)是完全已知的接收机1,2]。在实践中,这种假设是无效的,因为一个真正的通道是未知且时变的。,它强调了需要CFR的精确估计。在[3,4),一种自适应信道估计方案使用的硬信息的决定。在[5),一个迭代(非适应)信道估计方案使用软信息从输入获得soft-output给出了译码器的输出。最近,一个迭代/自适应方案执行迭代信道估计采用使用软信息的一种自适应算法(6]。这项工作得出结论:迭代/自适应方法足以支持一个好的通道在时变信道跟踪性能。然而,该计划没有被应用于SC-FDE。在这个信件,迭代/自适应信道估计方案SC-FDE进行了研究。此外,一个新的块状信道估计方案研究,以提供更好的信道跟踪性能。

在本文中,我们提出一个块迭代/自适应CFR估计方案,在加权element-wise块自适应频域信道估计(WEB-CE)使用的软信息的输出解码器。发现WEB-CE有灵活性在element-wise块长度比一个近似的递归最小二乘(RLS) ce (6]运用加权条件最小二乘(LS)标准的制定后验误差向量(7]。此外,均方误差(MSE) WEB-CE关于element-wise块长度进行了分析。仿真结果表明,该WEB-CE收益良好的性能在一个典型的城市(TU)通道迭代数量和element-wise块长度增加。

本文组织如下。下一节描述了系统模型。节3拟议的病死率、推导过程和房地产评估方案进行了讨论。仿真结果讨论了部分4节中,得出结论5。

符号
和分别表示一个期望和转置运算符。表示复杂的共轭的一个象征,向量,矩阵。,,表示单位矩阵的大小零矩阵的大小分别,对角矩阵。

2。SC-FDE系统模型

2.1。SC-FDE发射机

SC-FDE如图的发射机1。数据位的街区由卷积编码器进行编码。位的代码交叉的分界,。正交相移编码映射器一对输入比特映射到一个象征从符号字母。(在本文中,假设等幅相移键控星座)。然后,一块信号结构与块长度的和一个循环前置(CP)之间插入块,防止阻塞时间组间干扰(IBI)。一块训练(TB)的块长度是每个数据帧插入,由数据块以初始化通道系数和跟踪信道的变化。

2.2。SC-FDE接收机

假设整个信道冲激响应(CIR)包含的发送和接收过滤器、多路径衰落和抽样,在那里的总长度是圆形的,在一块的时间吗在一块,它是恒定的。它也认为CP长度等于或大于。在接收机,丢弃CP、时域收到阻碍可以用一个矩阵表示形式 在哪里是一个加性白噪声向量,是一个循环矩阵。假设,,,在那里和分别表示信号功率和噪声方差。然后,离散时间傅里叶变换(DFT)矩阵()收益率频域块如下: 在哪里,,,,在那里代表的信道频率响应本频率。

从(2),传输数据块的频域估计,,是在一块时间由用人FDE。摘要zero-forcing FDE (ZF-FDE)被认为是。(注意,可以使用最小均方误差(MMSE)均衡的ZF均衡。)接收到的数据本被描述为频率 逆DFT (IDFT)操作后,(LLR)外在对数似然比的计算编码比特(8]。外在LLR值位址和美联储输出译码器。然后,输出解码器输出先验LLR、交叉计算软信息,即先验均值向量,在这被定义为(8] 在哪里代表一个符号。相应地,DFT的软信息,如先验均值向量是由 软信息是用来估计在(3)。

3所示。迭代/自适应CFR估计方案

3.1。WEB-CE使用软信息

系数WEB-CE的更新算法th频率本表示为(7] 在哪里的修正项吗。从(2),我们定义输入向量在一块时如下: 在哪里是element-wise WEB-CE的块长度。在(7),注意到实际上可能不知道接收者,从而吗或者被定义为(6] 在哪里和的元素为零均值和方差的吗 此外,它假定是独立于。此外,我们定义先天的错误向量和后验误差向量如下(7]: 从(7)- (10),后验误差基于矢量的加权条件LS准则被定义为(6,7] 的平方准则在哪里减毒几何的对角矩阵遗忘的因素满足。使用(8)和(10),(11)可以写成 在(12),使用(8),第二项计算 使用(9),可以表示为 在哪里表示th的行向量。在(12),使用(8)和(10),第三项是由 此外,假设(6),在(15)可以表示为 然后,(15)可以写成 第四项的计算(12)可以做同样的第三项如下: 最后,用的结果(13),(14),(17)和(18)(12),然后最小化关于,在(6)计算: 在哪里先天的软错误向量被定义为 从(19),是由 因此,用(21)(6),我们可以制定WEB-CE算法如下: 整个迭代接收结构采用WEB-CE描绘在图2。

3.2。WEB-CE的属性

(1)灵活性:在(14),(21)和(22),假设,它是发现WEB-CE类似于近似RLS-CE(或最小均方(LMS) ce) (6)定义为 在哪里,。因此,我们可以看到WEB-CE块长度有灵活性近似RLS-CE相比。

(2)计算复杂度:WEB-CE的计算复杂度和近似RLS-CE比较复杂的运算符。我们只专注于所需的信道估计的计算数量,也就是说,(22)和(23)。它假定DFT运算符需要复杂的乘法(Mul。)复杂的增加(增加)每输入符号,也就是说,和。它是注意到在图2虚线DFT块不会考虑计算的计算复杂度,因为这些对应寄存器(或缓冲)。WEB-CE,以下步骤为每个块的长度是必要的。

(我) 在(22)需要复杂的乘法和复杂的增加,分别的时候和给出了。考虑的块长度,这一步需要复杂的乘法和复杂的增加。(2)(22)需要复杂的乘法和复杂的增加,分别,这个词是一个常数(14)。因此,这一步需要复杂的乘法和复杂的增加。近似的计算复杂度RLS-CE可以计算相同。因此,整体的计算复杂性WEB-CE和近似RLS-CE如表所示1,这表明计算负载参与WEB-CE线性成正比的。

(3)均方误差分析:MSEWEB-CE对分析了在附录中。从(A.7),给出了均方误差 当和MSE (dB)曲线对比和描绘在图3,发现MSE指数降低增加了对于一个给定的。

4所示。仿真结果

我们评估的性能SC-FDE用人WEB-CE慢时变信道(3]。在仿真中,递归系统卷积编码器的发电机和BCJR输出解码算法了。会与施工分界被使用,是一个块大小的衬垫8]。一块由64符号(),符号持续时间在哪里。归一化均方根(rms)延迟传播和广播频道的记忆3(样本延迟)是你的假设通道在杰克的模式7]。CP 3将消除IBI的长度。包括一个数据帧数据块和一个TS块。模拟,误比特率(BER)性能的测量来评估ZF-FDE对WEB-CE。此外,信道估计的均方误差,也就是说,MSE之间完美的病死率和估计WEB-CE CFR,也是衡量。

图4描绘了误码率曲线ZF-FDE用人WEB-CE (),迭代数量是0和3。在这个图中,最大的多普勒频移将赫兹和一个参数是通过模拟为了让WEB-CE好跟踪。为了提供一个参考系统,一个完美的信道条件也被考虑在内。这里,近似RLS-CE可能被认为等同于WEB-CE ()。容易证明的性能提高ZF-FDE随着迭代次数的增加。特别是,它注意到WEB-CE ()收益率显著改善性能而WEB-CE (),这是由于从获得的增益(见图3)。它还注意到,由于不准确的误差传播过去的软信息(7可以减少随着迭代次数的增加。

图5图描述了相应的均方误差曲线4。结果表明,WEB-CE ()收益率MSE性能优于WEB-CE ()。

数据6和7描述时的误码率和均方误差曲线赫兹,仿真参数数据是一样的4和5。从这些数据,我们还可以看到,WEB-CE收益率迭代数量和性能优越增加的比较快衰落。此外,从[注意到9TS块插入),经常使用小,可以帮助改善BER性能随着多普勒频移的增加。

图8描述了与WEB-CE ZF-FDE的性能比较和MMSE-FDE WEB-CE,假定噪声方差接收者。图8显示比ZF-FDE MMSE-FDE提供较低的误码率性能。

5。结论

在本文中,我们提出了新颖的块迭代/自适应频域信道估计命名为利用软信息的WEB-CE时变信道。WEB-CE,修正项的系数是通过最小化加权计算条件后验误差基于矢量的LS准则在每个块迭代。发现的MSE WEB-CE减少增加,使灵活性而近似RLS-CE。从仿真结果,结果表明:WEB-CE ()将是一个不错的选择对于SC-FDE接收器的信道估计方案时变通道。

附录

MSE WEB-CE的分析

在(22),假设信道是静止的,是完全已知的接收机和WEB-CE稳定状态,我们分析MSE吗定义为 在哪里被定义为 与,。自左乘双方(a .)和使用,(a .)可以写成 替换到(a .),表示为 相应地,均方误差是计算 在这里,假设对所有在(1),和是由 最后,用(要求寄出)(本),的MSE WEB-CE计算

确认

这项研究得到了MKE(知识经济部),韩国,期(信息技术研究中心)支持下项目由IITA监督(信息技术进步研究所)(IITA - 2008 (c1090 - 0801 - 0011))。

引用

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