移動通信空時分組碼的正交設(shè)計

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1、第6卷第2期2006年1月科學(xué)技術(shù)與工程Vol.6No.2Jan.20061671-1815(2006)02-0198-04S科cienc學(xué)eTec技hnolo術(shù)gyan與dEng工ineer程ingc2006Sci.Tech.Engng6.卷移動通信空時分組碼的正交設(shè)計張煥明趙慧民葉梧2(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院,佛528000;華南理工大學(xué)電子與信息工程學(xué)院1,廣州,510640)摘要介紹了移動通信中的空時碼,針對多天線系統(tǒng)提出了空時分組碼的正交設(shè)計理論,可以采用高效的調(diào)制技術(shù)(QAM,PSK),由多天線同

2、時發(fā)射。接收端采用最大似然譯碼可以獲得最大的分集增益。并因空時碼有很高的頻譜利用率,從而使空時碼在未來移動通信及無線局域崗中得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞空時碼正交設(shè)計調(diào)制現(xiàn)代無線能信系統(tǒng)最主要的問題就是如何在有之后的接收信號。假定理想的定時和頻率信息,那限的頻譜資源和多徑衰落時對基傳輸性能惡化的影么接收信號可寫作響下提供高性能、高速率、高容量的服務(wù)。近幾年的NEsrj(k)="hij(k)ci(k)+ηi(k),j=1,?,M(1)研究表明,空時碼技術(shù)是對抗衰落提高頻譜效率的!Ni=1重要手段[1]?？諘r碼是

3、一種基于多天線發(fā)送技術(shù)的式中ηi(k)是零均值的復(fù)高斯白噪聲過程的采樣,每編碼方案,共將多天線技術(shù)和信道編碼技術(shù)結(jié)合起維具有N0/2的雙邊功率譜密度。hij(k)從發(fā)射天線i來,同時獲得時間分集和空間分集[2]。它需要解決的到接收天線j的復(fù)衰落信道增益。關(guān)鍵問題一方面是確定適合于多天線陣信道的發(fā)送若c=[c(k),?,c(k)]T是時刻k從N個天線發(fā)k1N碼矩陣應(yīng)該具有的特性;另一方面是如何完成信息射的N×1維向量,r=[r(k),?,r(k)]T是M×1維信k1M序列發(fā)送碼矩陣的映射。號接收向量。令η

4、(k)=[η(k),?,η(k)]T,則(1)式可1M以寫成向量形成式:1空時碼基本原理#r(k)=!Es/NH(k)c#k+$η(k)(2)為了實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸,必須采用帶寬效率更高的編碼調(diào)制,采用多發(fā)射天線和多接收天線,從2空時碼的正交設(shè)計而出現(xiàn)了適合于發(fā)射端多天線的空時編碼技術(shù),同2.1實正交設(shè)計時在接收端進(jìn)行相應(yīng)的信號處理技術(shù),就能獲得較對于n維方陣A,如果滿足如下的條件:大的性能增益。n空時編碼的基本結(jié)構(gòu)就是一個具有N個發(fā)射AAT=ATA="2I(3)%xi&ni=1天線和M個接收天線的無線

5、通信系統(tǒng)?？諘r編碼通其中x1,x2,?xn為輸入比特的映射信號,則稱矩陣A過一個串/并變換器,將數(shù)據(jù)分割成N個數(shù)據(jù)流,每為正交矩陣[3]。對于實的正交矩陣,當(dāng)且僅當(dāng)n=2、4個數(shù)據(jù)流作為一個脈沖形成器的輸入,然后經(jīng)映射、或8時才存在,文獻(xiàn)[4]中給出了相應(yīng)的設(shè)計方案。調(diào)制后,由發(fā)射天線同時發(fā)射出去。發(fā)射信號到接可以看出實正交設(shè)計的空碼有以下幾個特點:收機(jī)后,經(jīng)解周和解碼,即能獲得原始信號。(1)n維正交矩陣的第一行為x1,x2,?xn;令Es是每個輸入碼元(從所有天線)發(fā)射的總(2)主對線上元素全為x1

6、;能量,因此,從每個天線發(fā)射的每個輸入碼元的能量(3)它們是反對成矩陣運算O(x1,x2)為Es/N,若rj(k),j=1,?,M為天線j在匹配濾波器x1x2O(x1,x2)=%&(4)-x2x12005年9月27日收到則有2期張煥明,等:移動通信空時分組碼的正交設(shè)計199O,x)O(x,x)mm(x1234^2O(x1,x2,x3,x4)=!"(5)(!-1+))ai,j2"c*(12)1-O(x3,-x4)O(x1,-x2)j=1i=1由于要符合式(3),8階的不能夠有4階直接遞推,m2^^c2=a

7、rgmin(#)!r1ja*+(rj)*a"&-c1+但可以得出,8階的正交矩陣中,每2階的分塊矩陣2,j21,jj=1都是一個正交矩陣。m22.1.1復(fù)正交設(shè)計(!-1+))ai,j2"c^22*(13)j=1j=1對于兩個天線的簡單系統(tǒng),假設(shè)星座圖中符號實際上,完全復(fù)正交設(shè)計的空時碼只是在2維數(shù)為2b,在第一個符號周期,2b比特到,在第一個符的情況下才存在[4]。下面我們考慮廣義的復(fù)正交設(shè)號周期,2b比特到這編碼器,選擇了符號S和S,并12計的空時碼的情況。同時由天線1和天線2發(fā)射出去。在下一個符號

8、周對于p×n復(fù)矩陣G,如果元素為0,±x*,±x,±x*,期,信號-S*和S*同時由天線1和天線2發(fā)射出去,12221?±x,±x*,或者它們與i的乘積,滿足CHC=D,其中從而可以設(shè)計出螽的編碼知陣為[3]:kkCDC是一個對角陣,且第(i,i)個元素為c1c2G=#$!Iix2+Iix2+?+Iix2",其中系數(shù)Ii,Ii,?,Ii**(6)1122kk12k-c2-c1為全正的數(shù),那么我們稱C為復(fù)正交設(shè)計的矩陣。而顯然,若采用QPSK