改進(jìn)高速率全分集準正交差分空時(shí)碼方案

通信無(wú)統與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)改進(jìn)高速率全分集準正交差分空時(shí)碼方案鄧冬虎,李宏偉,朱仁飛,于濤(空軍工程大學(xué)電訊工程學(xué)院,陜西西安710077摘要:傳統的方案中,將準正交空時(shí)瑪( quasI- orthogonal space- time code)經(jīng)過(guò)調制之后特換為酉空時(shí)碼( unitaryspace- time code)再進(jìn)行羞分編碼,但信息傳輸速率的提高會(huì )帶來(lái)性能的嚴重下降。為了克服傳統方案這一不是,給出一種引入幅值的修正方案,并且對幡僬的選取也進(jìn)行了說(shuō)明。與傳統的準正交差分空時(shí)碼相比,所提方案提高了其信息傳檜速阜,對誤比特性能和信息傳輸速率進(jìn)行了一個(gè)較好的折中。關(guān)鍵詞:準正交空時(shí)碼;酉空時(shí)碼:差分檢測;編碼增益;誤比特車(chē)中圖分類(lèi)號:TP11.7文獻標識碼:A文章編號:10033114(2009)06-01-3Improved High Rate and Full-diversity Quasi-orthogonalDifferential Space-time Codes SchemeDENG Dong-hu, LI Hong-we(The Telecommunication Engineering Institute, Air Force Engineering University, Xi an Shannxi 710077, China)encoding. But the performance decreases seriously when the data transmission rate becomes higher. In this paper, aheme is proposed, inwhich the amplitude modulation information is added to overcome this disadvantage, and how to choose the amplitude is also introduced. Asmpared with traditional differential space-time codes, the information transmission rate is improved in this scheme, and a good balance betweenbit error rale and information transmission rate is achievedKey words: quasi-orthogonal space-time block codes; unitary space time codes; differential detection; coding gain; bit error rate0引言i quasi-orthogonal space-time block code, QOSTBC)輸入信號經(jīng)過(guò)調制后,把準正交空時(shí)碼強行轉換為空時(shí)碼技術(shù)是對抗衰落、提高頻譜效率的一種酉空時(shí)碼( unitary space-time code,UST),該碼型可重要手段,越來(lái)越受到學(xué)者們的重視。在空時(shí)碼研以達到全速率,但是在高頻帶利用率下由于星座符究中解碼時(shí)接收端往往需要知道精確的信道狀態(tài)號間的最小距離減小所帶來(lái)的性能下降。而文信息( channel state information,CSl),這就要求在接收獻[4]中則介紹了一種適用于 Alamouti分組碼的編端進(jìn)行信道估計。但在某些條件下,為了減小接收碼辦法,以來(lái)提高信息傳輸速率。本文通過(guò)研究,可裝備的復雜度,通常不要求對信道進(jìn)行估計,或者在以用傳輸的部分信息來(lái)進(jìn)行幅度編碼將文獻[4]中高速移動(dòng)環(huán)境中信道的快衰落特性使得信道估計的辦法和文獻[3]進(jìn)行結合,可以克服文獻[3]的缺變得異常困難甚至無(wú)法估計。這種情況下不需點(diǎn),且仍然可以獲得全分集增益。當然,本方案也適要信道估計的差分空時(shí)調制( differential space-time用于其他差分空時(shí)碼。通過(guò)仿真表明,本文所提方modulation, DSTM)技術(shù)就顯得非常有用。 Tarokh和案的誤比特性能和數據傳輸速率有了一個(gè)較好的Jafarkhani提出了一種基于正交設計的差分空時(shí)分折中。組碼( space time block code,sTBC){2),但在發(fā)射天線(xiàn)數大于2時(shí)空時(shí)分組碼不能達到全速率。文獻3]1差分酉空時(shí)碼調制( DUSTM)介紹了一種傳統的全分集的準正交差分空時(shí)1.1系統模型基金項目:國家自然科學(xué)基金(No.60672032);陜酉省自然科學(xué)基礎假設一發(fā)射天線(xiàn)為N1,接收天線(xiàn)數為NR的無(wú)研究項目(No.2007F28)線(xiàn)通信系統,信道是平坦瑞利衰落信道,在T個(gè)符收稿日期:2009-08-25作者簡(jiǎn)介:鄧冬虎(196-)男碳士研究生。研究方向:MMO系統號周期內保持不變。D表示T個(gè)符號周期內由Nr空時(shí)編碼技術(shù)。根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送的符號矩陣。本文只考慮T=N20X年第35卷第6期無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)遁信糸統與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)一的情況。假設每b個(gè)比特映射為一個(gè)酉矩陣作為信號矩陣Cn。在初始時(shí)刻n=0時(shí),天線(xiàn)所發(fā)射的符號矩陣為:D其中,lM為N階單位矩陣,表示不帶任何信息。設00第n個(gè)時(shí)刻(n≥1)天線(xiàn)所發(fā)射的符號矩陣的差分其中,a=∑c;12;B=2×Re(c1xc-2xc)。發(fā)送方法為:為了能夠將該準正交空時(shí)碼用于酉差分調制,D,=D,-I Cat那么需要使得a=1,β=0,以將該準正交空時(shí)碼扭那么經(jīng)過(guò)信道后,第n時(shí)刻接收到的信號矩陣轉為酉空時(shí)碼。Y=HD+N,。與文獻[3]中辦法相同,采用(c1,c4)和(c2,c3)其中,H為信道衰落矩陣,且前后2個(gè)碼元時(shí)刻信分別來(lái)自序列集合A1x,A1y10≤k≤2M-1和道衰落系數相同,N為獨立同分布的信道噪聲,滿(mǎn)λ2xk,λ2yk10≤k≤2M-1,其中,1A1,λ2}的取值足復高斯(0,1)分布。只能為r1,r2}或|r2,r1}。那么為了滿(mǎn)足歸一化和由式(2)和式(3)可知:a=1,B=0要求Y,= HD,+N,=Y- C,-N,-I C.+由于Cn為酉矩陣,可以得知-Nn-1Cn+N滿(mǎn)r12+1n212=2(10)足復高斯分布。Re(A1xy)=Re(2x)=常數利用式(4)進(jìn)行最大似然譯碼,可得:假如每次發(fā)送2logM+3個(gè)比特信息,前‖Yn-yn-C.‖2logM+2個(gè)比特映射為相位序列x4,y4},而最后maxReItr(Y Y,-C)(5)一個(gè)比特bn則映射為幅度。前{x4,yk|映射方式為:其中,表示Cn所有的可能集合,而‖·‖F則表示0≤k≤M-1(11)rm范數1.2分集與編碼增益文獻[]中已經(jīng)提到DsTM的性能標準,即其分=2.M則,0Msks2M-1。(12)集增益叮以由:Min[ramk(D4-D)]k≠l。用于星座旋轉,以使得準正交空時(shí)碼可以得來(lái)決定(其中,D4和D1為2個(gè)不同的信號矩陣)。到全分集增益。當該值等于Nr時(shí),達到全分集而最后一個(gè)比特b的映射辦法為,若bn=0對于一個(gè)全分集的差分空時(shí)碼,編碼增益由A1,A2}={r1,n2l,否則{A1,2l=|r2,r1|。Mn[ M, x det((D4-D1)(D4-D1)“)r]￥k≠l。(7)2.2譯碼決定。其中,(·)H表示共軛轉置。為了大多最好的性能,要求編碼即是全分集的假設同時(shí),也要求編碼增益最大。A=YH,-1o按照式(5)可以進(jìn)行求解計算,由于{c1,c4|和2引人幅值的差分空時(shí)碼c2,c3|之間都是相互獨立的,所以可以將{c1,c42.1編碼和c2,c3分開(kāi)計算,以減小計算量。經(jīng)過(guò)計算以發(fā)射天線(xiàn)數為4,接收天線(xiàn)數為1,采用MPSK式(5)簡(jiǎn)化為:調制的系統為例,采用文獻[5]中所提到的準正交空 arg max Rela1*ompl(c1,c,)+k2*comp22-2,c3)l。時(shí)碼。其編碼矩陣為:(14)其中:(8)compli((c1,c4)=(A(1,1)+A(4,4))×c1+(A(1,4)+A(4,1))×c+(A(2,2)+A(3,3))'xc1-(A(2,3)+A(3,2)xc4(152Radio Communications Technologyvol.35No.6200y9遁信集統與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)comp22(c2,c3)=(A(1,2)-A(43))xc2+(A(1,3)在圖1中,標有‘g的為本文算法,而ys'表示A(4,2)xc3+(A(3,4)-A(2,1)xc2+文獻[3]的算法。通過(guò)仿真對比發(fā)現,文獻[3]中為(A(2,4)-A(3,1)xc3(16)了增加0.5bit/s/Hz的信息傳輸速率,性能損失極令其嚴重。而本文所提算法,增加了0.25bit/s/Hz的4))信息傳輸速率,在BER=10-3的情況下,當M=8coml2elrr, Cr,C4)=Re(r2 x complI (cI,Ca)).(17)時(shí)性能損失約為1.75dB,當M=16時(shí),性能損失A(i,j)表示矩陣A的第行,第j列元素。經(jīng)約為1.5dB,而隨著(zhù)M的增大性能損失越來(lái)越小。過(guò)迭代產(chǎn)生兩組分別適用于r和n2的數據|c1,c4由此可見(jiàn)所提多幅值差分空時(shí)碼方案使得傳輸速使得com1lc和com12c分別可以得到最大。率和誤比特率達到一個(gè)較好的折中。同樣對于{c2,c3,令com2lc(z, c2, 63)= Re(r2 x comp 22(c2, c3))(18)com22c(r,, c2,c,)=Re(r, x comp 22(c2, c,)經(jīng)過(guò)迭代產(chǎn)生兩組分別適用于r1和r2的數據c2,e3使得com21c和com22c分別可以得到最大。e- 8psk-ys RiililiI!!!!!4 comllc(rI, cI, C4)+ com2l c(r2, C2, c3)2 12c(n2,e1,e4)+com2lc(r1,e2,e3),那么b,=0,lcc4|和{c2,c3采用第1組數據;否則,bn=1,lct,c4合32psk-)和{c2,c3采用第2組數據18202224263參數的選擇1所提方案與文獻[3]相比性能圖參數的的選擇就是為了在全分集的基礎上使得5結束語(yǔ)編碼增益最大。假設:2=y·r1e°。文獻中提到式(7)等效于:本文通過(guò)引入幅值,增加比特來(lái)映射幅值,以提高信息傳輸速率,通過(guò)仿真表明,所提方案與原始方mn[(14+△12+1△2-△312)×(1△1-△2+142+△312)]2案相比,對傳輸速率和誤比特率有一個(gè)較好的折中(19)并且本文所提方案也適用于其他類(lèi)型的差分準正交式中,△1表示2個(gè)不同碼陣C1和C2第1列中第讠空時(shí)碼。但本文并沒(méi)有對相位編碼進(jìn)行改進(jìn),這將個(gè)值之差。那么,最佳的參數就是讓式(19)的最小是下步工作的重點(diǎn)內容。值達到最大。經(jīng)計算,使得式(19)最大的數據值就是應設的爭考文獻參數值。表1為部分M值所對應的參數值[1] HUGHES B L. Differential space-time modulation[J].IEEE表1不同的M值所對應的參數值Trans.,2000,rr-46(7):2567-2578[2]TAROKH V, JAFARKHANI H. a differential detectionM862T/Mscheme for transmit diversity [J]. IEEE Journal on SelectedMMMAreas in Communication, 2000, 18(7): 1169-1174[3]YUEN CHAU, GUAN Yong-liang.DifferentialTransmitDiversity Based on Quasi-Onhogonal Space-Time Block Code[CJ/ IEEE Communications Society Globecom 2004: 5454仿真結果為了驗證所提算法的性能,在 MATLAB下對算[4] SONG Ai-jun, WANG Gen-yuan, SU Wei-feng, et al. Unitary法進(jìn)行了仿真。仿真假定為:①系統中發(fā)送天線(xiàn)數Space Time Codes From Alamouti s Scheme With APSKSignals[J]. IEEE Transaction on Wireless Communication為4;②系統中接收天線(xiàn)數為1;③信道為準靜態(tài)平2004,3(6):2374-2384.坦瑞利衰落信道,信道矩陣的元素為獨立同分布的[5] JAFARKHANI H. A quasi-orthogonal space-time block code零均值單位方差的復高斯隨機變量。[J]. IEEE Trans on Comms, 2001, 49(1): 1-42(N年第35卷第6期無(wú)線(xiàn)電通官技木