第10期子學(xué)報vd.35No.1020年10月ACTA ELECTRONICA SINICA種基于準(zhǔn)正交空時碼的低復(fù)雜度MIMO差分檢測方法孫德福,唐友喜,邵士海,馬萬治電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級敢點實驗室四川成都610054摘要:針對可實現(xiàn)全速率傳輸?shù)臏?zhǔn)正交空時碼提出了一種低復(fù)雜度的準(zhǔn)正交MMO差分檢測方法該方法在發(fā)射端對數(shù)據(jù)比特進(jìn)行聯(lián)合星座映射構(gòu)造準(zhǔn)正交空時碼進(jìn)行差分編碼;接收端采用最大似然準(zhǔn)則對兩組星座符號對( symbol pair.)并行差分檢測本文提出的星座集合及聯(lián)合星座映射方法簡化了接收端檢測算法降低了檢測計算復(fù)雜度關(guān)鍵詞:多入多出;正交空時分組碼;準(zhǔn)正交空時分組碼;差分檢測中圖分類號:T914文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:;0372-2112(200)10-184905A Low Computational Complexity MIMO Differential Detection SchemeBased on quasi-Orthogonal Space-Time Block CodesSUN De-fu, TANG You-xi SHAO Shi-hai, MA WanNational Key Laborutory f Communicaton, UESTC, Chengdu, Sichuan 610054, China)Abstract: A low computational complexity differential detection scheme for Multiple Input Multiple Output system is proposed which is based on the full rate quasi-orthogonal space-time block codes. The transmitted bits are jointly mapped to constructquasi-orthogonal space-time block codes and the codes are used to perform differential encoding. At the receiver, Maximun Likehhood(ML)criterion is used to differentially decode the symbol pairs. The constellation set and joint constellation mapping definedin this paper simplify the detection algorithm and reduce the detection computational complexityKey words: multiple input multiple output; orthogonal space time block codes quasi-orthogonal space-time block codes: dif-ferential detection引言出基于 Alamouti空時碼的線性差分和基于 Amicable orthogonal設(shè)計的差分方法等這些方法都基于正交空時近年來,多入多出(MMO, Multiple Input Multiple Out-碼設(shè)計,已經(jīng)證明,在發(fā)射端天線數(shù)大于2的情況下,正u)技術(shù)受到廣泛關(guān)注-3).在大多數(shù)研究中,我們都交空時碼傳輸速率小于1m2假設(shè)系統(tǒng)接收端已知信道信息(CSJ, Channel State Infor文獻(xiàn)[13]提出了基于 Alamouti空時碼結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)正maton)4-61.但是,在高速移動或者天線數(shù)目較多等情交差分調(diào)制,在多天線系統(tǒng)中劃分多個Aam空時碼況下,系統(tǒng)接收端難以獲得準(zhǔn)確的信道信息.在多天線模塊,接收端可并行檢測.但是,為了使發(fā)射功率恒定,情況下研究不需做信道估計的非相干檢測技術(shù)十分有該方法中引入了幅度參數(shù)1/a-1和1/a1,對幅度參必要數(shù)的計算增加了編碼復(fù)雜度另外,幅度參數(shù)的迭代計Hughes提出基于群結(jié)構(gòu)的差分空時調(diào)制算造成了誤差傳遞文獻(xiàn)4]提出了一種準(zhǔn)正交空時差(DSIM, Differential Space Time Modulation),編碼端利用群分檢測方法,發(fā)射端通過特殊星座符號設(shè)計,將準(zhǔn)正交內(nèi)酉矩陣與前一時刻發(fā)射矩陣相乘得出當(dāng)前發(fā)射矩陣,空時碼矩陣轉(zhuǎn)化為酉矩陣,差分編碼與文獻(xiàn)[]相同,但接收端采用最大似然檢測; Hassib提出了基于 Cayley變解碼時利用分解矩陣進(jìn)行差分檢測檢測復(fù)雜度高換的DM9,編碼端利用 Cayley變換將非酉 Hermitian本文提出一種低復(fù)雜度的準(zhǔn)正交空時差分檢測方矩陣轉(zhuǎn)換成酉矩陣進(jìn)行差分檢測;文獻(xiàn)[10,11]分別提法,發(fā)射端利用聯(lián)合星座映射的調(diào)制方法構(gòu)造準(zhǔn)正交收稱月期:20050331;修回日期:2007071基金項目:國家自然科學(xué)基金(N.60572090,N60603496313);教育部博士點基金(N,2000614009)電子學(xué)報2007年空時碼矩陣該矩陣與前一時刻發(fā)射矩陣相乘進(jìn)行差初始時刻發(fā)送單位矩陣I4,假設(shè)第n-1時刻發(fā)射空時分編碼生成當(dāng)前發(fā)射矩陣,接收端采用最大似然準(zhǔn)則碼矩陣Sn-1第n時刻,p+q個比特組成的數(shù)據(jù)塊到進(jìn)行差分檢測.本文提出的星座集合及聯(lián)合星座映射達(dá)編碼端前P個比特映射到集合D1中的星座符號對方法簡化了接收端檢測算法降低了檢測計算復(fù)雜度.{x4,y},用其代薦式(2)中的|s1,s4;后q個比特映射本文的其余部分是這樣安排的第二章節(jié)給出系到集合2中的某個星座符號對{x1,y},用其代替式統(tǒng)模型;準(zhǔn)正交空時差分編碼及檢測方法在第三章節(jié)(2)中的2,3,利用S進(jìn)行差分編碼中給出;第四章節(jié)部分給出了仿真結(jié)果和檢測復(fù)雜度(4)分析;最后是對全文總結(jié)本文中的部分?jǐn)?shù)學(xué)符號說明第n時刻,編碼矩陣Sn被發(fā)射出去,編碼過程如如下:(·)·代表復(fù)共軛操作;(·)’代表復(fù)共軛轉(zhuǎn)置操圖1所示作;Re()代表取實部操作遲2系統(tǒng)模型比特數(shù)據(jù)交阡一差分編碼大線發(fā)射假設(shè)系統(tǒng)有N根發(fā)射天線和N根接收天線Ng圖I準(zhǔn)正交空時差分編碼原理圖N階矩陣H為第n時刻的信道衰落矩陣,本文中的上述編碼過程中我們假設(shè)集合21與集合Q2中的任時刻是指發(fā)射一個編碼矩陣所需要的時間單位矩陣總星座符號對滿足以下條件:Hn的第i行,第j列元素為第j根發(fā)射天線到第i根接x22+1yk2=1x12+1y12=a(5)收天線間的信道衰落因子,假設(shè)都是服從N(0,1)的獨立同分布復(fù)高斯隨機(jī)變量若第n時刻發(fā)射NxN階其中,a,e為任意實常數(shù)式(5)使得a為常數(shù);式(6)使編碼矩陣S,則接收端接收到的NⅹN1階接收矩陣得b為常數(shù)從后面的檢測算法推導(dǎo)過程得知約束條R可表示為:件(5)、(6)使得接收端可以實現(xiàn)低復(fù)雜度的并行檢測R,=HS, +we(1)另外,實際應(yīng)用中,一般要求系統(tǒng)發(fā)射功率恒定或其中,NRxM階矩陣W是接收端產(chǎn)生的加性高斯白者限于一定范圍之內(nèi)這里給出一種滿足式(5)、式(6)噪聲分量假設(shè)其元素都是服從均值為0,方差為2的并使系統(tǒng)發(fā)射功率恒定的星座符號對設(shè)計方案,集合獨立同分布復(fù)高斯隨機(jī)變量n(m=1,2)定義如下文獻(xiàn)5定義了一種適合4根發(fā)射天線的準(zhǔn)正交x=2120空時分組碼( QO-STBC)矩陣xsM+2)1sk≤(eu(2(k-2)/M+2)52s352512時碼進(jìn)行差分編碼,接收端采用最大似然準(zhǔn)則檢測,兩0,k=1,2,…,n),只有當(dāng)兩個星座符號對集合相同時組星座符號對可并行差分檢測本文將該方法與其他取等號由表1可知本文差分檢測方法及文獻(xiàn),11差分檢測方法的性能和檢測復(fù)雜度進(jìn)行了對比計算13,14]的復(fù)數(shù)加法和復(fù)數(shù)乘法運算量都與頻譜利用率機(jī)仿真結(jié)果和復(fù)雜度分析表明,本文提出的差分檢測呈指數(shù)關(guān)系方法性能優(yōu)于或者與以上幾種差分檢測方法相近,但檢測復(fù)雜度低于以上幾種MIMo差分檢測方法正交差分檢測口14- Amicable Orthogona差分檢測[ll參考文獻(xiàn):-準(zhǔn)正交差分檢測[3-本文方法[IGJ Foschini. 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IEEE Trans on Signal Processing, 2003[14]Chau Yuen, Yong liang Guan Differential transmit diversity51(7):1722-1730作者筒介:孫德福男,1978年生于黑龍江雞西,電子邵士海男,1980年生于遼寧撫順,電子科科技大學(xué)通信抗于擾技術(shù)國家級重點實驗室博以技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室博士士研究生.主要研究方向為空時編碼MMO非研究生,主要研究方向為分布式多天線信號處相干檢測技術(shù)、分布MMO等,理、擴(kuò)頻通信等磨友喜男,19654年生于河南潢川,電子科馬萬治男,1978年生于四川都江堰,電子技大學(xué)通信干擾技術(shù)國家級重點實驗室教授、科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室博博士生導(dǎo)師.主要研究方向為CDMA、OFDM、士研究生.主要研究方向為空時編碼、MMO非BG、UwB分布MMO傳感器網(wǎng)絡(luò)等相干檢測技術(shù)、分布MMO信逍建模等