基于Turbo编码的超宽带系统性能分析

摘要：为了降低严重的时间弥散影响，提出了一种Turbo信道编码方案引入超宽带系统中，分析和仿真了在不同无线室内环境下基于Turbo编码的超宽带系统的误比特率性能。无线室内环境是由IEEE802．15．3a提出的修正的SV信道模型。为了降低迭代译码的复杂度，采用了LOG-MAP算法。仿真结果表明，相比于无编码的系统，具有Turbo编码的超宽带系统在不同无线室内环境下提供了可观的编码增益，随着迭代次数的增加，超宽带系统的性能得到了改善。
关键词：Turbo码；跳时脉冲位置调制；超宽带；修正的SV信道

0 引言
近年来，超宽带作为无线环境下的一种新型的短距离、低功耗、高数据率传输方案而备受人们的广泛关注。与传统的通信系统不同，超宽带系统通过短脉冲来传递信息。在无线室内环境下，由于信道的多径效应而引起的时间弥散，超宽带传输的低功率信号经过多径信道被扭曲从而使接收到的信号产生错误。为了提高超宽带系统数据传输的可靠性、抗干扰性和降低误码率，把信道编码方案引入超宽带系统中。目前，许多信道编码技术，比如：RS码、卷积码、LDPC编码，已经被提出来提高信息传输的可靠性。尤其，由Berrou等在ICC’93的国际会议提出的Turbo编码在高斯白噪声信道下具有达到香农极限的错误纠错能力。
文献论证了Turbo信道编码在超宽带系统中的适用性及在高斯白噪声信道下的误比特率性能的改善度。文献提出了双二进制Turbo编码应用于超宽带系统的方案并验证了在无符号干扰(ISI)下误比特率性能改善。
本文将传统的Turbo编码和译码应用于跳时脉冲位置调制(TH-PPM)超宽带系统；通过模特卡罗(Monte Carlo)计算机仿真验证了，随着迭代次数的增加，在有符号干扰下，具有Turbo编码的超宽带系统在不同的超宽带实际信道模型下的误比特率性能。

1 系统模型
1．1 发射机模型
图1表示Turbo编码和TH-PPM调制的发射机模型。本发射机模型中，二进制信息比特首先经过Turbo编码，再经过跳时脉冲位置调制，即1，0分别被映射为+1，-1，最后通过一系列极短脉冲传递。二进制符号s=±1经过脉冲成形后，在Nf个时间帧内重复发射，每帧持续时间为Tf，所以符号持续时间为Ts=NfTf。

跳时脉冲位置调制是较早采用的超宽带无线电信号模型，其发送波形的数学表达式为：

式中：sn∈{-1+1)表示第n个传送符号；k表示多用户系统中的第k个用户；ε表示每个符号的能量；p(t)为具有单位能量的极短脉冲，即，它是二阶高斯脉冲波形，其持续时间TpTf为纳秒量级，从而使得传送信号占据极宽的频带带宽；Tc是帧内的一个时间码片(一般为TpTc)；为分配给第k个用户的伪随机码(PN)，用于调整发送脉冲在第j帧内的位置，以避免不同用户间出现灾难性的碰撞，，NhTc≤Tf；△是当传送符号sn=1时的位置偏移，它的选择决定着系统性能；确定了第n个符号在第j帧内的脉冲的起始位置。
1．2 信道模型
IEEE 802．15．3a采用基于S-V室内信道模型基础上的修正模型。IEEE模型的信道冲激响应可以表示为：

式中：X是对数正态随机变量，代表信道的幅度增益；N是观测到的簇的数目；K(n)是第n簇内收到的多径数目；ank是第n簇中第k条路径的系数；Tn是第n簇到达时间；τnk是第n簇中第k条路径的时延。