差分空时分组编码的研究

(现代电子技术)2010年第21期总第33期通信与信息技术4差分空时分组编码的研究刘小群(宝鸡文理学院物理与信息技术系,陕西宝鸡721016)摘要:一般在空时編玛解码时接收蝙需要信道状态信息(CSI),因而必须获得精确的信道估计,而差分空时编爲(DSTC)耧收端在解玛时不雩要CSI,因而不霄要信道怙计。在信道衰落快或信息传輸速率高的情况下,实时而精确的信道估计非常困难或代价太高,此时接收端不能获得CSI,因而需要差分空时编码。对非相干系统中空时編码的编译码原理、特点和性能进行了分析和比较,并对其中的部分空时编码给出了具体的实例和仿真结果。关键词:非相干系統;信道状态信息;差分空时编码;信道估计中图分类号:TN929.534文献标识码:A文章编号:1004373X(2010)21-0013-02Study on Differential Space-Time Coding(Department of Physics and Information Technology, Baoji University of Science and Arts, Baoji 721016, China)bstract: An accurate channel estimation at receiving end is needed for decoding of common space-time coding, while thechannel state information (CSI)and channel estimation are not needed for DSTC. Under the circumstances where wirelesschannels fade very rapidly or the data rate is very high, the channel estimation is too hard or too costly to detect, the dstc isrequired. In this paper, the encoding and decoding theories, features, and performances of space-time coding for incoherentsystem areintroduced, and the comparison between them is presented. The examples and simulation results are proposed.Keywords: incoherent system; channel state information: differential space-time coding: channel estimation0引言提出基于正交设计的差分空时分组编码,它用在发射端和接收端都不需要知道信道状态信息,编码也很简从相干空时编码的解码方式可以看出,接收端需要单,在接收端,解码也有很低的解码复杂度确切知道信道状态信息( Channel State Information根据文献[45],2根发射天线基于正交设计的差CS的情况3,当然当信道相对于数据传输速率缓慢分STBC原理框图如图1所示变化时,发射机可以通过发送训练序列进行信道检测使接收机能够进行正确的信道估计,接收机要获得理想的信道状态信息(CSI),可以用相干检测的方法解码。编码器但是,在高速移动的环境下或者信道衰落条件快速变化而使信道变化很快的时候,就很难准确地进行信道估计图12根发射天线时的差分STBC原理框图或者准确进行信道估计的代价很高,此时接收机不能获首先发射2个参考信号x1和x2,发送的码字矩阵得理想的信道状态信息因此如何设计不需要信道估采用 Alamo方案:计也能取得良好误码性能的空时编码显得十分重要。酉空时码和差分空时码就是根据这个要求提出的。本文首先重点介绍了正交设计的差分空时编码的编译码发射机在第一个符号周期从两根发射天线发射的符原理,然后对差分空时编码的性能进行了仿真。号向量是x2=[x,x],在第二个符号周期从两根发射差分编码方法天线发射的符号向量是x=[-x2,x丁,这两次发射信号不携带信息,只是作为参考信号,以后发射机采用差分Tarokh等人根据单天线条件下的差分编码思想,方式对数据编码进行发射,假设在第2-1(t≥2)个符号周期从第一根和第二根发射天线发射的符号分别是x21收稿日期:201005-31基金项目:宝鸡文理学院项目(zK09134)和x2,在第2t个符号周期从第一根和第二根发射天线13无线通信刘小群:差分空时分组编码的研究发射的符号分别是一x2和x1在第2t+1个符号周N=(x21,x2+2)Hh1+n2+H(x2x1,x)H+期,一组2m个比特到达编码器,并产生对应的系数向量(R1,R),编码器根据前两个符号周期发射的符号向N2=(xm1,x2+2)h是+m:F(-x,x)H⊥(10)量和当前系数向量(R1,R2)计算出后续两次发射的符号:从式(9)可以看出,对于给定的信道衰落系数h1和(x2+1,1x22)=R1(x2x1,x2)+R2(一x,x1)(2)h2,判决统计信号向量(R,R2)是差分系数向量(R1,根据x2n+1和x2+2进行 Alamouti编码在第2t+1R2)的函数。系数向量集合v中所有的系数向量长度和2t+2个符号周期发射信号,以后一直按照这种方式相等接收机选择到判决统计信号向量(R1,R2)欧氏距发射信号离最近的系数向量作为解码输出,然后再反射到比特分调制符号的星座图A一般选用PSK方式。对于组,从而恢复出发射比特信息2mPSK,由于2根发射天线,为了归一化发射符号功率,使每个符号周期发射符号向量的功率是1。星座图3.仿真结果可以表示为Matlab仿真参数: frame length=180; Number of根据式会,k=0,1,,2-1.、()pks图是2根发射天线、1根接收天线时相A干和差分QPSK调制的空时分组码的性能曲线图,它的系数可写为:21+xt+2x2(4)R22r+12对于给定的星座图和参考信号,有2m个不同的系数向量对应于不同的信号向量。系数向量构成的集合V中,任意一组2m个信息比特和其中的一个系数向量是一一对应的关系。2差分解码方法假设有1根接收天线,y,m1分别表示第t个符号围2N=2,Ng=1时相干和非相干周期的接收信号和噪声,h1,h2是在第t个符号周期分QPSK调制的STBC的性能别从第一根发射天线和第二根发射天线到接收天线的从图2可以看出,两根曲线平行,这是因为两种方信道衰落系数,那么有下面的接收方程口:案都采用的是(2,1)系统,提供相同的分集增益,而分集yzr-1= hiIzr-1+h2I2 +nzrl增益决定了曲线下降的曲率但是差分编码方案比相应yu =-hrrithiIihtn2r的相干检测性能差大约3dB。另外,8-PSK调制下的(5)性能比4-PSK调制的差,这是因为调制阶数越高,信号y2+1=h1x2+1+h2x2+t+n2+1之间的差别越小,要达到相同的性能,需要的信噪比越y+2=-h1x2+2+h2x2i+1+m2+2大,所以性能越差。(6)n2-1=(n2x1,n2)非相关检测比相关检测性能如预料的一样差3dB,(尤其在高信噪比时。但是差分检测带来的好处是发射式(9)写成向量的形式为:端和接收端都无需知道信道的状态信息,所以不需要发(y21,yi)=(xt-,x2)H+m2-1射训练序列进行信道估计,这不仅能简化接收端,而且(y2+1,yi+2)=(xH1,xh)H+m+(8)节省了资源。(yax-y21)=(-x2,x21)H+m2考文解码的判决统计信号经过整理为:[1]张国珍MIMO系统中的空时编码技术的研究[D]乌鲁木(R:1,R2)=(h12+|h2|2)(R1,R2)+(N,N2)(9)齐:新疆大学,2006式中(下转第17页)现代电子技术》2010年第21期总第332期>通信与信息技术后的仿真波形如图3所示。线电实现结构及其参数设计,包括扩频伪码类型、扩频增益、中频选取、伪码同步电路等,并用 Matlab仿真了该方案。仿真结果表明方案的可行性同时表明该设计方案具有体积小,灵活性好,低功耗,扩展性强等优点参考文献解扩后的信号功率(b)解扩后的Q路信号功率道[1]杨小牛,楼才义,徐建良,等,软件无线电原理与应3伪玛解扩后信号波用[M].北京:电子工业出版社,2001[2] TUTTLEBEE Walter.软件无线电技术与实现由图3可以看出,信号经过相关解扩处理后,有用[M.杨小牛,楼才义,邹少丞,等译.北京:电子工信号被解扩,其功率谱集中于信息带宽内。而无用信号业出版社,2004.通过相关器后,频谱虽然大大的展宽了,但信号在整个[3]张晓辉,中频直扩通信系统的设计与实现[门]科学技术与频带内的能量不变。工程,2009(11):3086-3089解扩后的信号经过低通滤波,信息解调后得到如[4]唐睿陈霞谈振辉,软件无线电的数字中频技术在 WCDMA图4所示。接收到的扩频信号经过正交下变频、抽取滤基站中的应用[]北京交通大学学报,2005(5):27-30波伪码同步低通滤波和信息解调后得到的信息数据5]刘波粒,刘彩霞直扩通信系统中软件无线电的建模与实现与所发送的信息数据完全一样。[J.电讯技术,2004(6):163-1[6]牛海,郑剑云,朱义胜,基于 Simulink的直扩通信仿真研究[].舰船电子对抗,2008(5):10-16.[冂]王亚飞,袁玉东,许淑芳.基于 Simulink的直扩系统中判决模块设计[C].2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集.合肥:中国科学技术大学出版社,2009:249-251[8]许文斌中频数字化直扩通信终端的研究与实现[D]杭州:杭州电子科技大学,2004.[9]程伟,左继章许悦雷,等扩频通信系统的中频数字化处理图4解调出来的信息技术[.电讯技术,2003(2):33-37L10] TANTARTANS S, LAN A W, VINCENT P J. 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