hf相關(guān)信道下并行多組空時(shí)編碼的ber性能分析

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1、HF相關(guān)信道下并行多組空時(shí)編碼的BER性能分析　　【摘要】針對短波無線信道的特點(diǎn)給出了相關(guān)衰落條件下短波MIMO信道的數(shù)學(xué)模型，matlab仿真分析了短波相關(guān)信道下，不采用預(yù)編碼、SVD預(yù)編碼以及GMD預(yù)編碼時(shí)MGSTC編碼的BER性能。仿真結(jié)果表明，相關(guān)衰落極大降低了系統(tǒng)BER性能，SVD預(yù)編碼以整體BER性能為代價(jià)提升了系統(tǒng)抗衰落特性，GMD預(yù)編碼提升系統(tǒng)抗相關(guān)衰落特性很少。　　【關(guān)鍵詞】短波通信相關(guān)衰落多組空時(shí)編碼BER　　1引言　　短波通信抗毀性強(qiáng)、性價(jià)比高、組織靈活，廣泛應(yīng)用于國防建設(shè)及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域[1]。但是頻帶窄、信道穩(wěn)定性差使其傳輸速率和通信

2、質(zhì)量難以滿足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求。將MIMO（MultipleInputMultipleOutput，多輸入多輸出）技術(shù)引入短波通信，可以有效抵抗衰落并提高頻譜利用率，尤其是MGSTC（Multi-GroupSpace-TimeCoding，多組空時(shí)編碼）的采用，可以同時(shí)提高通信質(zhì)量和傳輸速率，已經(jīng)受到關(guān)注。但是，實(shí)際的短波通信中由于頻段低、波長長，各天線間存在更為嚴(yán)重的相關(guān)衰落特性，這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)BER性能。8　　目前，在MIMO系統(tǒng)中針對相關(guān)衰落的研究較多，但在MGSTC系統(tǒng)中相關(guān)衰落對BER性能影響的研究很少。在國外，文獻(xiàn)[2]針對發(fā)送天線選擇系統(tǒng)，進(jìn)

3、行了相關(guān)衰落條件下誤符號(hào)率以及信道容量隨SNR變化情況進(jìn)行理論分析及描述。文獻(xiàn)[3]比較了相關(guān)衰落信道與獨(dú)立信道下空時(shí)編碼系統(tǒng)的誤符號(hào)率上限。文獻(xiàn)[4]分析了相關(guān)衰落引起的系統(tǒng)分集增益以及復(fù)用增益的損失。在國內(nèi)，王欽玉[5]等人構(gòu)建了基于廣域分集技術(shù)和頻域分集技術(shù)的短波MIMO系統(tǒng)，雖然利用軟件仿真和天波通信試驗(yàn)驗(yàn)證了短波MIMO通信可以有效提高系統(tǒng)性能，但仍未對相關(guān)衰落特性進(jìn)行研究。王運(yùn)建[6]等人針對短波MIMO信道的相關(guān)性進(jìn)行了研究和測量，提出了利用PN序列優(yōu)選對擴(kuò)頻滑動(dòng)相關(guān)和基于MIMO-OFDM頻域信道估計(jì)進(jìn)行短波MIMO信道相關(guān)性測量的方法。王坤

4、[7]等人針對短波通信中信號(hào)傳播延時(shí)大對反饋預(yù)編碼性能的影響，提出一種信道估計(jì)與預(yù)測模型，自適應(yīng)根據(jù)反饋信號(hào)預(yù)測當(dāng)前時(shí)變信道參數(shù)的思想。　　本文建立了短波相關(guān)衰落信道下采用預(yù)編碼技術(shù)的MGSTC系統(tǒng)，定性分析了相關(guān)衰落對系統(tǒng)BER性能和信道容量的影響，matlab仿真了未采用預(yù)編碼以及采用不同預(yù)編碼時(shí)，相關(guān)衰落對系統(tǒng)BER性能的影相。文中（?）T表示轉(zhuǎn)置，（?）*表示共軛，（?）H表示共軛轉(zhuǎn)置，（?）-1表示矩陣的逆，

5、

6、?

7、

8、表示模運(yùn)算?！　?系統(tǒng)模型　　系統(tǒng)模型如圖1所示，針對發(fā)送天線Nt=16、接收天線Nr=16、空時(shí)編碼時(shí)隙T=8的MIMO-OFDM

9、系統(tǒng)。一個(gè)編碼時(shí)間內(nèi)待發(fā)送數(shù)據(jù)X=[x1，x2，x3，...，x16]T通過分組模塊進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換為四組數(shù)據(jù)，其中第g組數(shù)據(jù)表示為[x4g-3，x4g-2，x4g-1，...，x4g]T，g=1、2、3、4，先將各組數(shù)據(jù)采用Vahid編碼方案[8]分別進(jìn)行空時(shí)編碼后獲得四天線八時(shí)隙空時(shí)編碼矩陣Xg，g=1、2、3、4，則四組數(shù)據(jù)合并后獲得Nt×T階空時(shí)編碼矩陣XMGST=[X1，X2，X3，X4]，最后將XMGST通過一個(gè)Nr×8Nt階的預(yù)編碼矩陣F進(jìn)行預(yù)編碼后發(fā)送?！　〖僭O(shè)信道為準(zhǔn)靜態(tài)平坦瑞麗衰落信道，在一個(gè)編碼塊時(shí)間內(nèi)保持不變，且與下一個(gè)編碼塊的信道相互獨(dú)

10、立，對應(yīng)接收端8時(shí)隙內(nèi)的接收信號(hào)。則離散基帶接收信號(hào)為：　　其中，Y為16×8階矩陣，表示一個(gè)編碼塊時(shí)間（8時(shí)隙）內(nèi)接收信號(hào)，H為Nr×Nt階相關(guān)衰落信道矩陣，N為Nr×T階加性高斯白噪聲矩陣，其元素服從標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立復(fù)高斯同分布N（0，1），預(yù)編碼矩陣可以表示為：　　其中，VF為Nt×Nt階酉矩陣，ΛF為Nt×Nt階對角矩陣。　　2.1信道模型　　根據(jù)文獻(xiàn)[9]，相關(guān)衰落信道模型可表示為H=RRx1/2GRTx1/2，其中接收相關(guān)矩陣RRx=E{HHH}，發(fā)送相關(guān)矩陣RTx=E{HHH}，G為i.i.d.信道矩陣，其元素服從標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立復(fù)高斯同分布N（0，1）。由于

11、接收相關(guān)矩陣RRx中元素ρRx，i，j，i≠j表示第i、第j根接收天線間的相關(guān)系數(shù)，令其平均值ρRx表示接收相關(guān)系數(shù)。同理，ρTx表示發(fā)送相關(guān)系數(shù)。　　2.2解碼方案　　接收端對接收信號(hào)的處理主要包括預(yù)編碼均衡處理和MGSTC解碼處理兩部分?！　☆A(yù)編碼均衡處理利用預(yù)編碼技術(shù)將信道矩陣處理為對角矩陣，從而將原MIMO系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為多個(gè)獨(dú)立的SISO系統(tǒng)。均衡處理以及逆分組映射后信號(hào)可表示為：　　3基于信道分解的預(yù)編碼算法8　　基于信道分解的預(yù)編碼算法的核心思想是對信道矩陣進(jìn)行適當(dāng)分解，進(jìn)而得到相應(yīng)的發(fā)射端預(yù)編碼矩陣、接收端均衡矩陣以及將原有MIMO信道轉(zhuǎn)換為多個(gè)相

12、互獨(dú)立子信道的等效信道矩陣。其主要包括奇異值分解（S