第30卷第3期電子與信息學報Vol. 30No 32008年3月Journal of Electronics Information TechnologyMar 2008一種基于分布式發(fā)射天線的差分空時調制方法孫德福唐友喜邵士海李少謙〔電子科技大學通信抗干擾技術國家級重點實驗室成都610054)摘要:在基于分布式發(fā)射天線的多入多出(、MIMO)系統(tǒng)中,由于各發(fā)射天線的發(fā)射信號不同時到達接收端,用于信道估計的導引設計及發(fā)射方法存在一定困難。針對這一問題,該文提出一種無需信道估計的分布式MIMO差分編碼及檢測方法:發(fā)送端將發(fā)射矩陣進行相位差分調制后發(fā)射,接收端利用前后接收量判斷相位信息恢復出發(fā)送端數據信息。該方法頻譜效率與 V-BLAST相同,適用于任意發(fā)射天線數和接收天線數,且不要求接收天線數大于發(fā)射天線數。仿真結果表明,在不同信道傳播時延情況下,誤碼率性能不同。關鍵詞:分布式發(fā)射天線;分布式多入多出;信道傳播時延;差分檢測中圖分類號:TN914文獻標識碼:A文章編號:1009-5896(2008)03-075904Differential Space Time Modulation withDistributed Transmit AntennasSun De-fu Tang You-xi Shao Shi-hai Li Shao-qian(National key Lab of Communication, University of Electronic Science and Technology ofChina, Chengdu 610054, China)Abstract: It is difficult to estimate channel knowledge in multiple input multiple output system which based ondistributed antenna structure because the transmit signals are received asynchronously. aiming at this matter,adifferential encoding and detection scheme is proposed where channel estimation is not needed. The proposedscheme has the game spectral efficiency as V-BLAST scheme and can be applied to any number of transmitantenna and receive antenna, besides the number of receive antenna can be less than transmit antenna. Thesimulation results show that the ber performance is different corresponding to different channel propagationKey words: Distributed transmit antennas; Distributed Multiple Input Multiple Output(MIMO); Channelpropagation delay; Differential detection1引言速移動或者天線數目較多情況下,系統(tǒng)接收端難以獲得準確近年來,分布式無線通信系統(tǒng)叫 distributed wireless的信道狀態(tài)信息,因此,在分布式MINO系統(tǒng)中,研究無需ommunication system受到越來越多的關注,果用分布式天做信道估計的非相干檢測技術很有必要。線結構的多入多出( Distributed Multiple Input Multiple國內外學者對同步MMO(信號同時發(fā)射,同時到達接收oupt;, Distributed MIMO)系統(tǒng)(本文簡稱為分布式端)差分檢測技術進行了一定研究1,但是,在分布式MIMO,可以使得收發(fā)天線間的鏈路更加獨立,空間相關性MMO系統(tǒng)中,由于發(fā)射天線在地域上的分布性引起各發(fā)射更弱,能達到更高的系統(tǒng)容量;由于天線分布于小區(qū)中不天線的發(fā)射信號不同時到達接收天線,同步MMO差分檢測同地理位置,能有效縮短信號的接入距離,降低發(fā)射信號功算法不再適用。到目前為止,還未發(fā)現基于分布式發(fā)射天線率,提高小區(qū)覆蓋率14。分布式MMO具有高容量、低功的MMO差分檢測技術的相關研究文獻。針對這一問題,本耗、更好的覆蓋、對人體低電磁損害等優(yōu)點,是第四代移動文提出一種適用于分布式發(fā)射天線系統(tǒng)的MMO差分編碼通信系統(tǒng)的顯著特征之一國5。及檢測方法在發(fā)送端和接收端都未知信道狀態(tài)信息的情況在分布式MIMO系統(tǒng)中,為了獲取信道狀態(tài)信息下,系統(tǒng)可進行非相干檢測。Channel State Information,CSI),需要占用額外的帶寬資本文其余部分是這樣安排的:第2節(jié)給出分布式MIMO源;由于各發(fā)射天線的發(fā)射信號不同時到達接收端,用于信系統(tǒng)模型:第3節(jié)給出一種分布式MIMO差分編碼及檢測方道估計的導引設計及發(fā)射方法都存在一定困難;另外,在高法:仿真結果在第4節(jié)給出:最后是對全文總結20060817收到,20070205改回2分布式MIMo系統(tǒng)模型國家自然科學基金(6027200,60572090,60472045,60496313)和教文獻[1]提出了分布式MIMO系統(tǒng)模型,如圖1所示育部博士點基金(20061400資助課題電子與信息學報第30卷該發(fā)射矩陣不代表任何信息,只進行初始化,矩陣各元素都是M使得發(fā)射功率歸一化,發(fā)送端每aMN個數(=x據比特組成一個數據塊,a為正整數。假設第l-1個數據塊分布式MMo信通對應的編碼矩陣為光纖/電纜發(fā)射機一接收機…圖1分布式MIMO系統(tǒng)模型假設系統(tǒng)有M根發(fā)射天線,L根接收天線。發(fā)送端將待發(fā)射符號經過調制后,通過光纖或同軸電纜送到遠端的分布式發(fā)第l個數據塊中的數據比特串\并轉換后調制成MN射天線由于各發(fā)射天線到接收天線的距離不同,導致了各個FS星座符號,x”“;x其中,最大信道傳播時延小于1個符號周期,并且各發(fā)射天線到接n≤N),利用發(fā)天線發(fā)射信號不同時到達接收端。不失一般性,本文假設≤M,1≤n≤N),利用xy生成空時碼矩收天線間的信道傳播時延不同。假設每根發(fā)射天線在N連續(xù)時刻內發(fā)射了N個符號,22則發(fā)射天線k上的低通等效復基帶信號可以表示為E4(0VM>40(-7),k=…,M(1)n1城2…或其中E,是M根發(fā)射天線的總發(fā)射功率,本文同樣假設各天利用該矩陣進行差分編碼X線的發(fā)射功率相等,b(),=0…N-1是第k根發(fā)射天線上第個調制符號,g()是發(fā)射天線的等效復基帶波形,分其中“”代表矩陣的 Hadamard積,在N個連續(xù)時刻,步MMO信號經過分布式MMO信道后到達接收端,第矩陣S被發(fā)射出去根接收天線從時刻0到N-1對接收信號進行匹配濾波,匹32差分接收配濾波器組輸出值可以表示為1首先,考慮接收端有1根接收天線情況。由式(3),第l個發(fā)射矩陣對應的接收信號經過匹配濾波之后,得到下面結果E其中Y=(J(0()…,(N-1)是MN×1階接收列向Y=VM聚B+量,梁是 MN X MN階塊對稱1信道相關矩陣,丑是其中Y=如u12”“x),B1=dag,句,”,k},MN x I階對角信道矩陣b=(6(0.6(0-5(x-1)24=(,…,…),=un是MN×x1階信號列向量,=(70,0)“,…觀),dE(代表對角矩陣,式8中的下標“”代n3(N-1)是MN×1階噪聲列向量,(r代表矩陣轉置操表第個發(fā)射矩陣對應的結果,后面公式中的標識含義相同作。文獻給出了各變量的具體定義及推導過程。如果只陣聚可通過系統(tǒng)同步獲得,接收端已知該矩陣數值將式考慮1根接收天線情況,式(2)可簡化為(8)兩端乘以一1,可得Y界Hb+寓一點環(huán)A十3分布式MIMo差分檢測其中Y=聚Y=(1,2…,列M),而=界m=31差分編碼(1,52…,五My),由式(7)和b表達式,可知b與b:有如在系統(tǒng)接收端未知信道狀態(tài)信息的情況下,發(fā)送端數據下關系在發(fā)送之前需要進行差分編碼,本文假定系統(tǒng)發(fā)射符號采用PSK星座符號。初始時刻,發(fā)射端發(fā)射空時碼矩陣:其中X=dig{,+,…,xM…五,,“;x}假設M√…M信道是準靜態(tài)的( Quasi static):在發(fā)射兩個空時碼矩陣M1/M期間,信道狀態(tài)不變,即=H1由式(9),式(10)可(4)得M√…H+=XY1+蘇MxN第3期孫德福等:一種基于分布式發(fā)射天線的差分空時調制方法其中引=前一1,因此,符號1,x12…,x可按照下面方法檢測argmin右+-