Signals and Communication Technology For further volumes



tải về 7.55 Mb.
Chế độ xem pdf
trang9/29
Chuyển đổi dữ liệu12.10.2022
Kích7.55 Mb.
#53539
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   29
ofdm

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
I
a
/I
e
I
e
/I
a
EbN0 = 1.7 dB, altes Optimierungsverfahren
EbN0 = 
− 2.3 dB, altes Optiemierungsverfahren
EbN0 = 1.7 dB, neues Optimierungsverfahren
EbN0 = 
−2.3 dB, neues Optimierungsverfahren
(a)
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
−7
10
−6
10
−5
10
−4
10
−3
10
−2
10
−1
E
b
/N
0
/ dB
BER

SNR = 4 dB, method No. 2

SNR = 4 dB, method No. 1

SNR = 6 dB, method No. 2

SNR = 6 dB, method No. 1
(b)
Figure 3.17: Performance analysis of Turbo Diversity with optimized LDPC codes
for different code design methods a) EXIT functions, b) BER perfor-
mance of TD with difference between diversity paths ∆SNR = 4 dB
and ∆SNR = 6 dB
Comparing the performance of these methods for the first and the second scenario
(Fig. 3.17 b) ), considering BER=10
−3
it can be seen that for TD method No. 2
outperforms method No. 1. For LDPC codes with blocks of 9000 bits this gap is
nearly 0.9 dB. Superiority of method No. 2 does not depend on the fading scenario
but it should be mentioned that LDPC codes achieved by means of the method No.
2 turn to be worse for the system without TD (only one path) and on Additive
White Gaussian Noise channel.
3.3.5 Summary
In this contribution we investigated Turbo Diversity as an iterative decoding concept
for diversity systems which outperforms MRC in single carrier and OFDM systems.
Additional gains are achieved by using optimized LDPC codes as constituent codes.
Two different criteria were proposed for the LDPC code design adapted to TD with
OFDM. The method using the design goal to position the inverse EXIT function in
the preferred area outperforms the classical criterion aimed at minimal area between
EXIT functions. Despite of the fact that the area between EXIT characteristics does
not have first priority in our new method, this area turns out to be less than in the
case of the classical method, thus fulfilling both criteria in a better way and reducing
the distance to channel capacity. The new method is better suited for different
fading scenarios and block lengths of LDPC codes, what proves its robustness. For
practical applications of TD the new method to design constituent LDPC codes
delivers a robust approach for different fading scenarios and block lengths of LDPC
codes.


60 3 
Link-Level 
Aspects
Bibliography
[1] R. van Nee and R. Prassad, OFDM for Wireless Multimedia Communications,
Artech House Publishers, Norwood, MA., USA, 2000.
[2] M. Matuszak, W. Sauer-Greff and R. Urbansky, “Iterative Diversity Receiver
Concept for Narrow-Band OFDM Systems,” in Proc. 13. International OFDM
Workshop, pp. 251-255, Hamburg, Germany, 2008.
[3] M. Matuszak, W. Sauer-Greff and R. Urbansky, “EXIT Chart Based LDPC
Code Design for Iterative Diversity Receivers in OFDM Systems with Fading
Channels,” in Proc. 14. International OFDM Workshop, pp. 20-24, Hamburg,
Germany, 2009.
[4] A. Dittrich, T. Schorr and R. Urbansky, “Diorama - A MATLAB Based Open
Source Software Radio for Digital Radio Mondiale (DRM),” in Proc. 10. Inter-
national OFDM-Workshop, pp. 391-395, Hamburg, Germany, 2005.
[5] A. Paulraj, “Diversity Techniques,” in J.D. Gibson (Ed.) The Mobile Commu-
nication Handbook, pp. 166-176, CRC Press, Boca Raton, FL., USA, 1996.
[6] J. Hagenauer, “Das Turbo-Prinzip in Detektion und Decodierung,” in ITG-
Fachberichte, Vol. 146, pp. 131-136, 1998.
[7] T. Richardson, M. Shokrollahi and R. Urbanke,
“Design of Capacity-
Approaching Irregular Low-Density Parity-Check Codes,” IEEE Trans. on
Inform. Theory, Vol. 47, No. 2, pp. 619-637, Febr. 2001.
[8] L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek and J. Raviv, “Optimal Decoding of Linear Codes
for Minimizing Symbol Error Rate,” IEEE Trans. on Inform. Theory, Vol. 20,
No. 2, pp. 284-287, March 1974.
[9] S. ten Brink, “Convergence Behavior of Iteratively Decoded Parallel Con-
catenated Codes,” IEEE Transactions on Communications, Vol. 49, No. 10,
pp. 1727-1737, Oct. 2001.
[10] European Telecommunications Standard Institute (ETSI), Digital Radio Mon-
diale (DRM); System Specification, ETSI ES 201 980 V2.1.1, Sophia Antipolis
Cedex, France, 2004.
[11] C. Sgraja and J. Linder, “Estimation of Rapid Time-Variant Channels for
OFDM using Wiener Filtering,” in Proc. IEEE International Conference on
Communications (ICC), Vol. 4, pp. 2390-2395, AK., USA, May 2003.


3.4 MMSE-based Turbo Equalization Principles 
61
3.4 MMSE-based Turbo Equalization Principles
for Frequency Selective Fading Channels
M. Grossmann, R. Thomä, Ilmenau University of Technology, Germany
3.4.1 Introduction
Turbo equalization [1–11] is one of the most promising techniques to implement
powerful equalizers, without requiring high computational complexity, for coded
communication systems with frequency-selective fading channels. The complexity
advantage of turbo equalizers is due to the separation of channel equalization and
decoding into two basic processors, while the high performance is achieved by ex-
changing soft information between these two components in an iterative manner.
The turbo equalization approach was originally proposed in [1], utilizing a maximum
a posteriori probability (MAP) algorithm for iterative equalization in frequency-
selective fading channels. However, because of its exponentially increasing complex-
ity, the MAP-based equalizer is only practical for simple modulation formats, like
binary phase shift keying (BPSK), and for channels with less multi-path components.
In [2], the optimal MAP algorithm has been replaced by a low-cost alternative based
on the soft cancellation (SC) and minimum mean-squared error (MMSE) principle.
The SC-MMSE filtering approach in [2], originally proposed for detection of random
coded code-division multiple-access (CDMA) signals, has been applied to channel
equalization in [3], and to multiple-input multiple-output (MIMO) channel equaliza-
tion in [4]. Recently, the SC-MMSE turbo concept has also been used to equalization
of OFDM systems in time-varying channels [5].
In this contribution, we discuss three extensions of the basic SC-MMSE filter-
ing concept for turbo equalization. In particular, we first propose a novel fre-
quency domain (FD) turbo equalizer for MIMO-OFDM transmissions with insuf-
ficient guard interval. The SC-MMSE-based equalizer exploits the banded structure
of the FD channel matrices, allowing the implementation of the equalizer with a
complexity which is only linear in the number of sub-carriers. We then present a
hybrid turbo equalizer, suitable for multi-user OFDM transmissions with spatially-
correlated channels, that combines SC-MMSE filtering and MAP-detection. Finally,
we propose a nonlinear MMSE-based turbo equalizer for single-carrier spatially-
multiplexed MIMO transmissions with high-rate codes.
3.4.2 System Model
Consider the discrete-time baseband equivalent model of a cyclic-prefix (CP) as-
sisted block transmission single-/multi-user system with M receive antennas, and U
active users, each equipped with K transmit antennas in Fig. 3.18. The transmis-
sion scheme of the u-th user is based on bit interleaved coded modulation, where the
information bit sequence is independently encoded by a binary encoder, and mapped
to complex symbols according to the applied mapping scheme. The encoded sym-
bol sequence is then grouped into several blocks, OFDM modulated, and finally


62 3 
Link-Level 
Aspects
transmitted over the frequency-selective multiple-access MIMO fading channel.
Encoder
Interleaver
Symbol
Mapper
DeInterleaver
Decoder
Interleaver
Equalizer/
λ
1
(n)
ζ
1
(n)
b
1
(n)
ˆb
1
(n)
DeInterleaver
Decoder
Interleaver
λ
U
(n)
ζ
U
(n)
ˆb
U
(n)
Encoder
Interleaver
Symbol
Mapper
b
U
(n)
Demapper
Figure 3.18: Structure for a coded single-/multi-user MIMO system with turbo
equalization.
At the receiver side, iterative processing for joint equalization and decoding is
performed. The receiver consists of an equalizer and several single-user channel
decoders. Within the iterative processing, the extrinsic LLR sequences {λ
u
(n)} and

u
(n)} of the coded bits {b
u
(n)} are exchanged between the equalizer and both
decoders, each separated by the interleaver and deinterleaver in their iteration loop,
following the turbo principle [2].
3.4.3 MMSE Turbo Equalization Principles
MMSE Turbo Equalization for MIMO OFDM Transmission with
Insufficient Cyclic Prefix
In single-user MIMO-OFDM transmissions, the CP, located between neighboring
OFDM symbols, should be longer than the expected length of the channel impulse
response, to maintain orthogonality among sub-carriers. However, in channels with
some far clusters, the maximum excess delay may exceed the length of the CP,
resulting in a loss of sub-carriers’ orthogonality. The related inter-block and inter-
carrier interference severely degrades the performance of the standard MIMO-OFDM
receiver [12]. Several approaches have been proposed to cope with this problem [13],
[14]. Among all these equalization schemes for OFDM and MIMO-OFDM, one of the
the most promising approaches is the iterative (turbo) SC-MMSE equalizer of [6].
The equalizer utilizes the soft feedback from channel decoding for the separation
of the spatially multiplexed streams jointly with the cancellation of inter-block and
inter-carrier interference. However, for transmissions with a large number of sub-
carriers, the receiver has still a high complexity. In [7], an MMSE turbo equalizer
that exploits the banded structure of the FD channel matrices has been proposed.
The equalizer in [7] uses a sliding window to enforce this banded structure, resulting
in a complexity which is only linear in the number of sub-carriers.
The performance of the proposed turbo receiver was evaluated using measurement
data-based off-line simulations. The measurements were performed in a macro cell
environment. The major specifications of the measurement campaign, the measure-
ment device and setup are summarized in [15]. The main MIMO-OFDM simulation
parameters follow the extended specification of the 5 GHz wireless LAN standard
in [16]. A single-user MIMO-OFDM transmission (U = 1) with K = M = 2 an-
tennas and 64 sub-carriers were assumed. Channel coding was performed with a


3.4 MMSE-based Turbo Equalization Principles 
63
(a)

tải về 7.55 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   29




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương