大慶石油學(xué)學(xué)報(bào)第31卷第4期2007年8月JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTENo, 4 Aug. 2007基于空時(shí)分組碼及分層空時(shí)碼的空時(shí)編碼方案于波12,張興周2,李鴻林2(1.大慶石油學(xué)院電子科學(xué)學(xué)院,黑龍江大慶163318;2.哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱摘要:針對(duì)4個(gè)發(fā)射天線,提出一種結(jié)合空時(shí)分組碼及分層空時(shí)碼的混合編碼方案,該方案首先把發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)分成2塊,對(duì)每塊數(shù)據(jù)進(jìn)行正交分組,每塊數(shù)據(jù)符號(hào)矢量不再對(duì)應(yīng)固定的天線,因此具有一定的交織增益,從而得到更高增益的發(fā)射分集;然后給出結(jié)合最小均方誤差干擾抑制的最大似然解碼方法的具體步驟,仿真結(jié)果表明:無(wú)論是在理想的瑞利衰落信道,還是在信道存在相關(guān)的情況下,該編碼方案的誤碼率均優(yōu)于傳統(tǒng)的正交分組結(jié)合分層的混合空時(shí)編碼方案關(guān)鍵詞:混合空時(shí)碼;空時(shí)分組碼;分層空時(shí)碼;發(fā)射分集中圈分類(lèi)號(hào):TN911.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-1891(2007)04-0070-03分層空時(shí)碼和空時(shí)分組碼是研究較為廣泛的2種空時(shí)編碼方法.分層空時(shí)碼具有較高的頻帶利用率,而抗衰落性能較差;空時(shí)分組碼具有發(fā)射分集,性能明顯優(yōu)于前者,但傳輸效率較低.結(jié)合空時(shí)分組碼和分層空時(shí)碼,可實(shí)現(xiàn)折衷考慮頻帶利用率和誤碼率性能的目的常規(guī)混合空時(shí)編碼-3所采用的分組碼均是經(jīng)典的 Alamouti空時(shí)碼“,其各層數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)固定的發(fā)射天線1混合編碼系統(tǒng)模型多輸入多輸出通信系統(tǒng)中,L個(gè)符號(hào)周期接收天線信號(hào)矩陣r為r= HS+N,(1)式中:N為加性噪聲矩陣,其元素為零均值,方差為G的復(fù)高斯隨機(jī)變量;S為發(fā)射符號(hào)矩陣;H為準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道矩陣,H=RHR/2,H。為瑞利信道矩陣,R,R分別為發(fā)射和接收相關(guān)矩陣混合空時(shí)編碼中,經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后的發(fā)送數(shù)據(jù)被分成g層分組數(shù)據(jù)流和層直發(fā)數(shù)據(jù)流,各層分組數(shù)據(jù)流符號(hào)經(jīng)過(guò)空時(shí)分組編碼,分別與m;(i=1,2,…,g)個(gè)發(fā)射天線相對(duì)應(yīng),而各層直發(fā)數(shù)據(jù)流m1分別對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)射天線,若令M和M分別為發(fā)射天線和接收天線個(gè)數(shù)此時(shí)有∑m+m2=M,表示為(m對(duì)4個(gè)發(fā)射天線的混合空時(shí)編碼系統(tǒng),(2,2)混合空時(shí)編碼方案的誤碼率性能要優(yōu)于(2,1,1)和(3,1)兩種混合編碼方案3.在(2,2)混合空時(shí)編碼方案中,空時(shí)分組碼采用 Alamouti空時(shí)碼,矩陣的各行向量對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射天線,各列分別對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射時(shí)刻,發(fā)射符號(hào)矩陣S為s1112521522新的混合空時(shí)碼結(jié)構(gòu)及解碼算法新的混合空時(shí)編碼發(fā)射端結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.把串并轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)流碼字符號(hào)送給空時(shí)塊編碼器,每2個(gè)碼字收稿日期:2007-04-19;審稿人:王明吉;編輯:任志平作者簡(jiǎn)介:于波(1968-),男,博士生,講師,主要從事通信編碼及信號(hào)處理方面的研究第4期于波等:基于空時(shí)分組碼及分層空時(shí)碼的空時(shí)編碼方案符號(hào)為1塊,對(duì)2塊碼字進(jìn)行塊正交編碼.發(fā)射碼字矩線1,2→B1BB2輸入線34B1}BB2 B1式中:B1=[s1s12J;B2=[sns2].接收信號(hào)矩陣圖1新的混合空時(shí)碼系統(tǒng)發(fā)射端結(jié)構(gòu)為(4)式中:M為接收天線個(gè)數(shù)在新的編碼方案中,把串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)符號(hào)分為2層,每層數(shù)據(jù)及共軛冗余符號(hào)不再是層內(nèi)分組編碼后,由固定的天線對(duì)發(fā)射,而是把數(shù)據(jù)符號(hào)按層分塊后交叉通過(guò)不同的天線對(duì)發(fā)射.這樣,2層數(shù)據(jù)之間有一定的交織效果,可使編碼得到更好的發(fā)射分集.解碼算法步驟:(1)把接收信號(hào)矩陣按列拓展重構(gòu),拓展重構(gòu)后的接收矩陣P為f= HS+N(5)式中:P=[n1…,rM,(r+1),…,(r)·];s=[s1,s2]=[1,s2,m,sa];N=[n,…,n,(n+1),…,(nt)”丁,H為(2)釆用組干擾抑制的MMSE算法,得到干擾抑制后的子接收信號(hào)矩陣.第k層干擾抑制權(quán)矩陣Wmal= argmin E{‖W-hs‖2}=h;(HH"+dI2M.)-1,式中:[·衛(wèi)為·]的共軛轉(zhuǎn)置;I2M為2M,×2M,的標(biāo)準(zhǔn)單位矩陣;為加性復(fù)高斯噪聲的方差.從而有f1=Mmse f= h,si+A,(3)利用式(9進(jìn)行最大似然解碼,得到估計(jì)數(shù)據(jù)符號(hào):s1= argmin‖1-h1s1‖2(9)式中:1為首層分組碼字符號(hào)的估計(jì)值,s1=[s1s1];Z為調(diào)制符號(hào)集(4)消除組干擾,得到第2層碼字符號(hào)的估計(jì)值由Wm=h2h(h2h2+I2M)-1,即有P2=Wmn(r-h11)=h22+n2,從而根據(jù)s2= argmin i2-h2s2‖2,得到s2=[521,s2]為第2層分組碼字符號(hào)的估計(jì)值無(wú)論是文中的混合空時(shí)編碼方案,還是常規(guī)的混合空時(shí)編碼方案,在采用MMSE逐次干擾抑制的最大似然解碼時(shí)均可每個(gè)碼字符號(hào)單獨(dú)解碼°,但成對(duì)解碼時(shí)性能更好,當(dāng)然,這是以復(fù)雜性增加為代價(jià)的常規(guī)混合空時(shí)碼的信道重構(gòu)矩陣H?？杀硎緸?2hil(10)大石油學(xué)院學(xué)報(bào)第31卷2007年3仿真分析仿真分析采用QPSK調(diào)制,每幀數(shù)據(jù)為120個(gè)數(shù)0文中混合空時(shí)碼據(jù)符號(hào),仿真幀數(shù)為104,信道為準(zhǔn)靜態(tài)瑞利衰落信道,發(fā)射天線數(shù)為4,采用文中給出的方法進(jìn)行解碼在天線不相關(guān)的情況下,常規(guī)的混合空時(shí)碼與文中混合空時(shí)碼的誤碼率BER隨信噪比SNR變化關(guān)系曲線見(jiàn)圖2.由圖2可以看出,對(duì)于接收天線個(gè)數(shù)M,=2,在誤碼率為10-3時(shí),文中混合空時(shí)碼比常規(guī)的混10合空時(shí)碼有1.5dB的增益;對(duì)于M=3,在誤碼率為15SNR/dB10ˉ‘時(shí),文中混合空時(shí)碼比常規(guī)的混合空時(shí)碼有1.0圖2接收天線數(shù)為2,3,4時(shí)BER與SNR的關(guān)系曲線dB的增益;對(duì)于M1=4,在誤碼率為10-時(shí),文中的混常規(guī)混合空時(shí)碼合空時(shí)碼比常規(guī)的混合空時(shí)碼有0.6dB的增益文中混合空時(shí)碼SNR=10.0dB時(shí),對(duì)M,=2,3,4接收條件下,發(fā)射天線存在相關(guān)時(shí)的SNR與相關(guān)因數(shù)P的關(guān)系曲線1044-+…見(jiàn)圖3.此處假設(shè)空間相關(guān)矩陣R:為(p-)”(p-2)由圖3看出,當(dāng)p≤0.8時(shí),文中混合空時(shí)編碼誤0.20.40.60.8編碼在3種接收條件下均優(yōu)于常規(guī)混合空時(shí)編碼,而圖3SNR為10.0dB、接收天線數(shù)為2,3,4時(shí)當(dāng)ρ>0.8時(shí),2種混合空時(shí)編碼的性能?chē)?yán)重下降BER與P的關(guān)系曲線結(jié)束語(yǔ)混合空時(shí)編碼同時(shí)具有分層空時(shí)碼和空時(shí)分組碼的一些優(yōu)點(diǎn),與分層空時(shí)碼相比具有更高的可靠性,與空時(shí)分組碼相比具有更高的頻帶利用率.針對(duì)4發(fā)射天線的混合空時(shí)編碼提出的新編碼方案,無(wú)論是在理想瑞利信道下,還是在信道存在相關(guān)條件下,該混合空時(shí)碼均比常規(guī)的4發(fā)射天線混合空時(shí)碼具有更好的誤碼率性能參考文獻(xiàn)1]WAL M, PANGTI T. Block layered space- time code design [J]. IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Work-2006.7;224-228[2] ZHAO L, DUBEY V K. Detection schemes for space-time block code and spatial multiplexing combined system [J]. IEEE Commun.Letters,2005,9(1):49-51.[3]張股,蔣鈴鴿,何晨.一種針對(duì)混合空時(shí)編碼解碼方案的改進(jìn)[].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2006,40(1):72-75[4 ALAMOUTI S M. A simple diversity technique for wireless communications [J]. IEEE J. Select. Areas Commun.1998.16(8),[5]李勇朝,王峰,許曉紅,等.一種新的混合型空時(shí)編碼研究[冂].探測(cè)與控制學(xué)報(bào),2003,25(4):42-46[6 VUCETIC B, YUAN J H. Space-time coding[M]. Chichester: John Wiley &.Sons Ltd, 2003: 185-218