基于PBCC傳輸方式的WLAN接收機簡化設計

摘 要：對于采用分組二進制卷積編碼(PBCC)傳輸方式的無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)，其接收機通常由預濾波器及均衡器兩部分組成。預濾波器通常采用白化匹配濾波器(WMF)，以使整個系統(tǒng)滿足最小相位條件；均衡器普遍采用減狀態(tài)均衡算法，以取得算法復雜性與MLSE算法性能之間的折衷。為了降低預濾波環(huán)節(jié)的計算復雜度，提出一種簡單的采用迫零準則設計預濾波器的方法。仿真結(jié)果表明，該方法可以大大降低接收機的復雜度，且接收性能與原有設計方法基本相當。
關(guān)鍵詞：分組二進制卷積編碼；預濾波器；減狀態(tài)均衡；迫零準則

0 引 言
對于采用PBCC調(diào)制方式的高速無線局域網(wǎng)系統(tǒng)而言，信號經(jīng)過多徑信道傳輸后，接收信號中包含碼間干擾及噪聲的影響。因此在接收端必須采用均衡算法，以得到發(fā)送信息的可靠估計。眾所周知，最佳的均衡算法為極大似然序列檢測(MLSE)算法。然而，當信道存在較大的時延擴展或采用非二元的信號形式時，MLSE算法的復雜性很高。因此，在實際系統(tǒng)中需要采用次最佳的均衡算法，如：判決反饋均衡、減狀態(tài)序列估計、M算法等。所有這些算法且基本思想均在于降低系統(tǒng)網(wǎng)格的復雜性，并在網(wǎng)格已確定的情況下減少幸存路徑的數(shù)目。對于這類次最佳且基于網(wǎng)格搜索的均衡器而言，通常認為需要整個系統(tǒng)的離散沖激響應滿足最小相位條件，方能獲得理想的性能。因此，一般需要在均衡器之前引入一個離散時間預濾波器，將信道沖激響應轉(zhuǎn)化為相應的最小相位形式。相應地，接收機設計為由預濾波器和均衡器兩部分組成，預濾波器也可視作信道前徑均衡器。對預濾波器的設計通常采用白化匹配濾波器，但白化匹配濾波器系數(shù)的求取較為復雜，并且經(jīng)過白化匹配濾波器后的信號包含多路后徑的影響，從而增加了后續(xù)均衡器的復雜性。為了簡化接收機的設計，提出了一種采用迫零準則設計預濾波器的方法，并結(jié)合M算法完成后續(xù)的減狀態(tài)均衡處理。采用該方法可以有效地降低接收機的復雜度，并保持接收性能與原有設計方法基本相當。

1 接收機框圖
本文采用的接收機框圖如圖1所示。首先，接收到的基帶數(shù)據(jù)經(jīng)A／D變換后得到數(shù)字采樣信號；然后，利用接收到的前導碼信號進行信道沖激響應估計，并利用該信道估計結(jié)果完成預濾波及均衡參數(shù)計算；最后，對采樣信號進行預濾波及減狀態(tài)均衡處理以得到相應的輸出數(shù)據(jù)。圖1中的預濾波器為采用迫零準則設計的FIR濾波器，具體的預濾波器系數(shù)求取方法見第2部分。圖1中的減狀態(tài)均衡采用M算法，具體實現(xiàn)見第3部分。

2 預濾波器系數(shù)求取
采用IEEE 802．11標準中推薦的指數(shù)衰減信道模型作為本文中的信道模型。研究表明，室內(nèi)無線信道中信道后徑數(shù)目較多為主要成分，信道前徑通常很短，數(shù)目較少。本文采用的信道沖激響應{hj}{i=O，1，2，…，10)共包含11條路徑，其中包含2路前徑，1路主徑及8路后徑。在單個數(shù)據(jù)包發(fā)送時間內(nèi)信道不會發(fā)生劇烈變化，因此可以使用每個數(shù)據(jù)幀的前導碼部分包含的巴克碼進行信道沖激響應估計。在得到信道沖激響應估計值{hj}之后，采用迫零準則計算預濾波器即前饋濾波器(Feed Forward Filter)的系數(shù){fffk}{K=0，1，2}。具體算法如式(1)：

將信道沖激響應估計值{hj}與前饋濾波器系數(shù){fffk}進行卷積，可得到等效沖激響應{gi}{i=0，1，2，…，12)。等效沖激響應前四個值均近似為零，因此均衡器只需考慮后9條路徑，包括1條主徑和8條后徑的影響。將等效沖激響應{gi}截斷為{fi}(i=0，1，2，…，8)。

3 均衡算法
3．1 極大似然序列估計
對于經(jīng)預濾波處理后的輸出序列{vk}，極大似然序列估計的目的是選擇一個輸入碼元序列的估計{Ik)，使得似然函數(shù)最大化。因為度量：

的取值與似然函數(shù)成反比，使得度量Mk最小化的序列{Ik}即為極大似然序列估計問題的解。
序列{Ik}的路徑度量可以迭代運算，即：