0 引言

在無線通信系統中，為了提高系統的頻譜效率常采用分集技術，一般有時域分集、頻域分集和空間分集。

由于空間分集能夠在不損失任何帶寬效率的情況下執行，因此當通信系統的衰落信道是非選擇性的，或者系統要保證一定的傳輸速率和帶寬效率時，通常都會采用空間分集技術。而MIMO-OFDM系統，就是利用空間分集技術，從而實現空間復用，使得系統的傳輸容量隨著天線數量的增加而線性增加。采用空間復用增益的方法有很多，一般常用的有迫零(ZF)算法，最小均方誤差(MMSE)算法，最大似然(ML)算法以及貝爾實驗室的分層空時處理(BLAST)算法。其中，迫零算法能夠消除信號間的干擾，簡單易實現，但是對信噪比的要求比較高，而且在信號處理中往往噪聲也同樣被放大。分層空時編碼算法是非線性算法，是在迫零算法的基礎上通過增加干擾去除的方法而產生的。它將高速數據業務進行串/并轉換成若干低速數據業務，從而利用并行方式進行多路數據流的無線傳輸。但是在分層空時譯碼過程中，多路的數據流也是單獨進行譯碼，各層之間的數據均不相關，造成了編碼增益的降低。

而Turbo 編碼內部通過兩個或者多個帶反饋的系統卷積碼RSC級聯而成，每個子碼編碼器的輸入都由不同的交織器分開。因此有效地實現了隨機性編譯碼思想，而且能更靠近香農的理論限。但是當傳輸信號是衰落信道，Turbo編碼的性能會受到很大的影響，尤其是當系統的接收機移動，甚至速度比較快時，僅僅將Turbo碼與分層空時編碼系統進行級聯使用，并不能取得良好的效果。因此，要提高系統的抗衰落性能，接收機需要加入匹配濾波器，在考慮時延因素時也需要采用均衡器。本文提出利用Turbo迭代檢測譯碼方法，將系統接收機設計為垂直分層空時迭代檢測解碼系統，使之既提高了系統的容量，同時又增加了系統的抗衰落特性。

1 迭代編碼系統的設計

設計窄帶的MIMO-OFDM系統，發射天線有MT 個，接收天線有MR 個，且MR ≥ MT .假設發射端和接收端信號幀同步，采樣時鐘也同步。并且在一個碼塊之內，即包含了M 個符號周期，信道衰落頻率響應不變。

圖1是該編碼系統結構框圖，其中交織單元采用近似最佳交織檢測和解碼(IDD)。

令一個用戶輸入的串行碼元信號為x(m) ,串/并轉換后得到MT 個碼速率相同的數據流bk =[b1 b2 - bMT]T .數據流經過卷積進行編碼，編碼后的信號為：

該編碼系統中交織器的設計是非常重要的部分，要實現兩個過程。首先，將MT 個碼元序列進行相互獨立的時間交織過程;其次，將不同對角分層的子數據流進行編碼的空間交織過程。該過程其實是根據碼元序列的長度，將對角交織器進行重新排列。

2 基于Turbo 的解碼系統

矩陣中的每一個元素為發射天線到接收天線之間信道的沖激響應;X(k) 是接收信號矢量;Z(k) 是高斯噪聲向量。向量中的各個元素均是獨立同分布均值為零，方差為σ2 的復高斯白噪聲隨機變量?；赥urbo解碼系統框圖如圖2所示。

從圖2中可以看到，該接收機由檢測器和譯碼器兩個模塊組成。檢測器是MT 個并行信道編碼，內部譯碼是MT × MR 個信道矩陣。該解碼系統主要思想是利用Turbo譯碼，將整個解碼系統設計為能夠利用先驗信息同時又能夠給外部提供信息的檢測系統，并且該系統的檢測器采用MMSE 的軟輸入/軟輸出線性均衡器，復雜度比較低，而譯碼器采用軟信息的Log-MAP譯碼算法，利用交織器和解交織器將檢測器與譯碼器進行連接，用類似Turbo 迭代思想完成迭代檢測。首先Log-MAP 譯碼器的輸出為根據MMSE 檢測器提供的先驗信息λ2 (xn ; c) 和附加信息的累加值，附加信息代表xn 從其他碼字得到的先驗信息λ2 (xm ; c) ,其中m ≠ n .該信息再經過交織之后，送到MMSE均衡器作為下一次迭代的先驗信息使用。同時，Log-MAP譯碼器也根據上一次迭代中譯碼比特的判決，計算了每一個信息比特的最大后驗概率比。

第k 次迭代，檢測器輸出為：

Hi 為MR × (MT - 1) 的矩陣，由其他MT - 1 個增益發射天線的信道復組成。為了簡化，有：

若交織器和基于外部信息比的反饋符號估計值已知，就可以計算出MMSE系數[8],則在MIMO系統中采用臨界結果，就可以找到一個很好的估計信道矩陣的方法。當存在信道估計出現偏差時，會產生地板效應，而該效應會嚴重影響軟干擾抵消的性能。所以，只能利用逐步信道估計方法去避免地板效應。就在迭代剛開始時，用一個短訓練值對信道矩陣進行預估計，然后利用每次迭代產生的反饋符號估計值不斷地對信道估計進行修正。檢測器再利用這個修正值得到空間匹配濾波器的權重和干擾估計。另外，如果給MMSE檢測器似然比輸出值設置一個門限，當超過這個門限時，系統就可以利用這些符號的硬判決去實現信道估計。