聲學所通過隨機預編碼實現低複雜度最佳信道均衡

2021-01-21 中國科學院

　　在通信系統中，通信信號通常從發射端經過多個路逕到達接收端，導致接收到的通信符號之間相互幹擾，這種幹擾稱為符號間幹擾。接收端主要通過信道均衡技術來消除符號間幹擾，因此信道均衡一直是通信領域研究的熱點。理論上，最大後驗（maximum a posteriori，MAP）均衡是最優的信道均衡算法，但其計算複雜度隨信道長度增大呈指數倍增長，難以實際應用。考慮到複雜度與實用性，研究人員通常基於最小均方誤差（minimum mean-squared error，MMSE）準則來設計對應的信道均衡算法，如線性MMSE均衡、判決反饋均衡等，但這些算法的均衡性能有限。

　　為了實現低複雜度下的最優均衡，中國科學院聲學研究所海洋聲學技術中心博士生李棟與其導師、研究員朱敏、武巖波，聯合東南大學教授陶俊共同提出了一種Hadamard-Haar隨機預編碼（Hadamard-Haar Random Precoding，HHRP）方案，並在接收端通過向量近似消息傳遞（vector approximate message passing，VAMP）算法使均衡性能接近理論最優值。

　　相關研究成果3月16日在線發表於通信領域國際學術期刊IEEE Communications Letters。

　　在HHRP方案中，發射端由Hadamard-Haar混合變換、隨機符號交織器以及快速傅立葉變換級聯實現。HHRP使得接收端均衡模型中的信道矩陣滿足右旋轉不變性，這是VAMP實現貝葉斯最優估計的必要條件。同時，HHRP使符號序列在時域和頻域獲得了分集，更有利於符號檢測。此外，Hadamard-Haar混合變換隻需要通過加法運算就可以實現，基於HHRP-VAMP的自迭代均衡複雜度也由此降低為線性複雜度。

　　研究結果顯示，在具有嚴重頻率選擇性的Proakis C信道下，HHRP-VAMP的均衡性能以及收斂性均接近於理論最優的MAP均衡，優於目前已有的各類VAMP均衡算法。

　　該研究得到國家自然科學基金（No. 61971472, 61871114, 61471351）與國家重點研發計劃（No. 2016YFC0300300）資助。

　　論文連結

圖1 基於HHRP的收發機系統框圖（圖/中科院聲學所）

圖2 基於HHRP-VAMP自迭代均衡的（上）誤比特率性能曲線與（下）收斂性對比（圖/中科院聲學所）

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