正交空时分组编码的仿真与分析法

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一种新的准正交空时分组码的编码研究

一种新的准正交空时分组码的编码研究
辛亮;柏鹏;李明阳;李奎
【期刊名称】《电视技术》
【年(卷),期】2014(38)13
【摘要】准正交空时分组码可以牺牲一定的分集增益和解码的简单性,来避免当天线数目大于2时正交空时分组码码率下降的缺点.基于准正交空时编码的优点,为了进一步提升性能,提出一种新的4天线准正交空时分组码,并与RS码进行级联编码.仿真表明这种新的编码方法可以保证在复杂度不是很高的前提下,相比Jafarkhani 码、TBH码和该广义复正交码具有更低的误码率.
【总页数】4页(P91-94)
【作者】辛亮;柏鹏;李明阳;李奎
【作者单位】空军工程大学装备管理与安全工程学院,陕西西安710051;综合电子信息系统与电子对抗技术研究中心,陕西西安710051;综合电子信息系统与电子对抗技术研究中心,陕西西安710051;空军工程大学装备管理与安全工程学院,陕西西安710051;综合电子信息系统与电子对抗技术研究中心,陕西西安710051;空军工程大学装备管理与安全工程学院,陕西西安710051;综合电子信息系统与电子对抗技术研究中心,陕西西安710051
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.22
【相关文献】
1.一种改进的准正交空时分组码编码设计 [J], 王伟;葛勇;李楠
2.一种新的准正交空时分组码设计方案 [J], 马天鸣;李凤荣;施玉松;王营冠
3.一种基于混合星座编码的全速率全分集准正交空时分组码 [J], 尹训锋;刘敬芝;曾凡鑫
4.一种优化的准正交空时分组码预编码方法 [J], 张江林;孙景芳;杨平
5.一种新的4天线准正交空时分组码设计方案 [J], 王立莹;李媛;晋荣
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基于独立分量分析的正交空时分组编码盲检测方案

同时，一些基于信道估计的检测算法也被用来进行性能比较。瑞利衰落信道下的仿真结果表明，２种新方案均具
有较好的系统适应性和误码率性能。关键词：通信与图分类号：Ｔ９１Ｎ１．７文献标识码：Ａ文章编号：１０．３Ｘ２０）２０２．５００４６（０６１．１７０
Ｂｌｄｄｔｃｉｎｏｒｈｇｎｌｐｃ・ｉｅｉｅｅｔｏｆｔｏｏａａｅｔｍｎｏｓｂｌｃｏｉｇｂｓｄｏＣＡｃｅｅｏｋｃｄｎａｅｎＩｓｈｍｓ
ＧＵＢ，ＩＸＨｎ－ｏ．ＬＵＪ，Ｕｏｇｉ－ｕｊ
增益，而且可以在不牺牲带宽的情况下获得更高的编码增益。是其译码却需要精确的信道状态信息（ｓ）因此，但ｃｉ，信道信息估计的准确性严重影响系统的性能。基于独立分量分析（ＣＡ）的盲源分离（Ｓ）ＩＢＳ技术可以在不进行信道估计的情况下对发射信号实现有效检测。通过利用ＯＴＣ的正交特性，提出了２种基于ＩＡ的盲检测方案，ＳＢＣ
维普资讯
第２第ｌ期７卷２
２００６年ｌ２月
通
信
学
报
、．７ｂ１ＮＯ１２．２
ＪｕｎｌｎＣｏｏｒａｍｍｕｉａｉｎｏｈｅｔｓｏ
基于独立分量分析的正交空时分组编码盲检测方案
ＡｂｔａｔＢｙｉｔｄｃｎｎｏｍａｏｎｂｔｐｃｎｉｏｉ，ｒｓｔｄｖｒｉａｎｃｕｄｂｃｉｖｄｂｒｓｒｃ：ｎｒｕｉｇｉｆｒｔｎｉｏｈｓａｅａｄｔｏｉｍｅｄｍａｎｔｎａｍｉｉｅｓｙｇｉｏｌｅａｈｅｅｙｏ－ｔ

基于预处理的单符号可译全分集准正交空时分组码设计

ｄｔｎｈｒｐｓｄｃｄａｅｓｍｅｂｔｒｏ－ａｅ（ＥＲ）ｐｒｏａｃｓｃｏｄｎｔｎｅｌａｅｒｈｇｎｅｉｎｉｏ，ｔｅｐｏｏｅｏｅｈｓｔａｉｅｒｒｔＢｉｈ — ｒｅｆｒｎｅａｏｒｉａｅｉｔｒｅｖｄｏｔｏｏａｄｓｍｉｇ
（ｃｏｌｆｅｔｏｉｃｅｃｎｇｎｅｒｇＮａｉｎｌｉｅｓｔｆＤｅｅｓｅｈｏｏｙＣｈｎｓａ４０７，ｉａＳｈｏｃｒｎｃＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｉ，ｔａｖｒｉｏｆｎｅＴｃｎｌｇ，ａｇｈ１０３Ｃｈｎ）ｏＥｌｎｏＵｎｙ
ｍｕｌｉｅｉｐｕｕｔｐｅＯＨｐｕｔｔｐｌｎｔｍｌｌｔｉ
１引言
空时编码技术能够充分利用ＭＩｍｕｔｌＭＯ（ｌｐｅｉ
ｉｐｔｕｔｌｏｔｕ）ｎｕｌｐｅｕｐｔｍｉ系统中多个独立的传输通路获
时，复星座下的ＯＳＢＴＣ码速率均小于１ＪＬ。为提高２传输速率，文献ｆ】出了准正交空时分组码３提
ｗｈｃｓｓｎｌ— ｙｏ — ｅｏａｌ．ｕｔｅｍｏｅａｉｈｗａｉｇｅｓｍｂｌｄｃｄｂｅＦｒｈｒｒ，ｎｉｒｖｄｔｓｔｔｔｇｓｐｏｏｅｏａｈｅｅｆｌｄｖｒｉｍｐｏｅａｍｉｓｒｅｙｗａｒｐｓｄｔｃｖｕｌｉｅｓｔｒｎａｉｙａｌａｘｍｕｃｄｎａｎｂｏｓｅｌｔｎｒｔｔｇａｄｓｍｂｌｎｅｌａｉｇＳｍｕａｉｎｒｓｌｈｗａｒ — ｓｗｅｌｓｍａｉｍｏｉｇｇｉｙｃｎｔｌｉｏａｎｙｏｔｒｖｎ．ｉｌｔｅｕｔｓｏｔｔｈｅｐｏａｏｉｎｉｅｏｓｈｔ

一种改进的广义正交空时分组码

一种改进的广义正交空时分组码田心记;倪水平;宋成;赵伟【摘要】广义正交空时分组码由多个相同的正交空时分组码组成,然而该编码的设计未能考虑到每个正交空时分组码的各支路对应的信道衰落系数,因而其性能还有提升的空间,针对此问题,提出了一种改进的广义正交空时分组码,将部分正交空时分组码的各支路信号分别旋转适当的角度.这些角度由接收端以最大化等效信道增益为目标而设计,因此,增大了系统的等效信道增益,提高了系统的性能.理论分析及仿真表明,该方法只需增加很少的反馈量就能显著提高系统的性能,且极大地降低了接收端计算反馈信息的复杂度.%The extending orthogonal space-time block code is constituted by the identical orthogonal space-time block code (OSTBC). However, the channel fading coefficient of each branch of each OSTBC is not taken into consideration, and the performance of the extending orthogonal space-time block code can be improved further. For this problem, an improved extending orthogonal space-time block code is proposed, in which a proper rotation is set at each signal of branches of some OSTBCs. Since the rotation angles are designed to maximize the effective channel gain, the effective channel gain is increased and the performance is improved. Analysis and simulation show that the system performance is improved, and that the computational complexity is also greatly reduced with only a few bits increase in feedback information.【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(039)004【总页数】6页(P161-166)【关键词】空时分组码;信道增益;反馈;计算复杂度【作者】田心记;倪水平;宋成;赵伟【作者单位】河南理工大学计算机科学与技术学院,河南焦作454000;河南理工大学计算机科学与技术学院,河南焦作454000;河南理工大学计算机科学与技术学院,河南焦作454000;北京邮电大学信息与通信工程学院,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TN929.5空时编码技术能够显著提高无线通信的可靠性和有效性［1－2］.正交空时分组码（Orthogonal Space Time Block Code，OSTBC）由于其译码简单且能实现全分集，是目前研究的热点［3－6］.大多数正交空时分组码都基于开环系统而设计，即系统不需要任何反馈信息［7］.研究发现，在发送端利用反馈信息对正交空时分组码进行预处理可以有效改善系统的性能［8－11］.为了降低反馈信道的开销，应尽量减少反馈量，否则，正交空时分组码将失去自身的优点，从而基于有限反馈的正交空时分组码的设计受到较多的关注［12－15］.文献［14］提出了一种包含p个相同的正交空时分组码的广义正交空时分组码，然而，接收端计算反馈信息时需要搜索2p－1个向量，其复杂度较高.在文献［14］的基础上，文献［15］将待搜索的向量减小到p个，降低了计算反馈信息的复杂度，然而，该编码的设计未能考虑到每个正交空时分组码的各支路对应的信道衰落系数，因而其性能还有提升的空间.针对此问题，笔者提出了一种改进的广义正交空时分组码.该编码将部分正交空时分组码的各支路信号分别旋转适当的角度，改变了它对应的信道衰落系数.这些角度由接收端以最大化等效信道增益为目标而设计，因此，所提方案增大了系统的等效信道增益，提高了系统的性能.此外，因为所提方案中反馈信息的计算不需要搜索向量，从而极大地降低了接收端计算反馈信息的复杂度.图1 改进的广义正交空时分组码的系统模型1 系统模型改进的广义正交空时分组码的系统模型如图1所示.所提编码包含p个相同的Alamouti编码，因此，发送天线的个数为2p.为易于计算，假定接收天线的个数为1.信息序列x＝［x1，x2］经映射得到长度为2p的向量X，X ＝［x，…，x］，其中x1和x2是调制信号.对X中的每个x进行Alamouti编码，得到编码矩阵G＝［G0，…，G0］，G由p个G0组成，G0 ＝表示复数共轭.引入的矩阵Fk（θ2k－3，θ2k－2）将G的第2k－1列和第2k列的符号分别旋转角度θ2k－3 和θ2k－2，k＝2，3，…，p，得到2×2p的编码矩阵G′，其表达形式为其中，G′就是所提方案的编码矩阵.Fk（θ2k－3，θ2k－2）的表达式为假定在每个G′的传输时隙内信道保持不变，与文献［15］中的式（1）类似，接收信号可以表示为其中，y＝［y1，y2］T，是接收信号，T表示转置是2p×1的信道向量，hk ＝［h2k－1，h2k］T，k＝1，2，…，p，hk （k＝2，3，…，p）是G0Fk（θ2k－3，θ2k－2）对应的信道向量；n＝［n1，n2］T，是噪声向量.为便于分析，假定h的各个元素的实部分量和虚部分量都服从独立同分布的标准正态分布，且E （nnH）＝（2p／ρ）I2，E（·）表示数学期望，ρ和 H表示信噪比和共轭转置，I2是2×2的单位矩阵.将式（1）中的G′代入式（3），得其中，h′是G0的等效信道向量.h′可以表示为由式（5）可看出，θi（i＝1，2，…，2p－2）的引入改变了h′.而在相同条件下，将文献［15］的等效信道向量标记为h″，此时其中，bk＝±1，k＝1，2，…，p－1，其具体说明见文献［15］.前面提到，改进的方案中G0Fk（θ2k－3，θ2k－2）对应的信道向量是hk，k＝2，3，…，p.由式（4）可知，若将Fk（θ2k－3，θ2k－2）当作信道的一部分，则第k 个G0 对应的信道向量 Fk（θ2k－3，θ2k－2）hk ＝［h2k－1exp（jθ2k－3），h2kexp（jθ2k－2）］T.类似地，文献［15］的方案中第k个G0 位对应的信道向量为bk－1 ［h2k－1，h2k］T，k＝2，3，…，p.因此，所提方案的设计考虑到了每个正交空时分组码的各支路对应的信道衰落系数，而文献［15］的方案仅考虑到每个正交空时分组码对应的信道衰落系数.θi（i＝1，2，…，2p－2）的设计是所提编码的关键.下面结合所提模型，以提高系统的性能为目标，给出最优θi的设计方法.2 θi的设计当其他条件相同时，等效信道增益越大，系统的互信息越大，可靠性越高［15］.因此，θi（i＝1，2，…，2p－2）的取值应使等效信道增益最大.下面给出等效信道增益的表达式.2.1 等效信道增益式（4）的等效表达形式为其中，H ＝是系统的等效信道矩阵.θi（i＝1，2，…，2p－2）的引入改变了h′，也改变了H.由于H是系统的等效信道矩阵，由文献［15］知，等效信道增益等于HHH对角线上元素的值.由于HHH＝因此所提方案的等效信道增益γ为将式（5）中的代入式（8），得其中，θ－1＝θ0＝0，Re［·］表示实部分量.2.2 θi 的设计由前面的分析知，θi（i＝1，2，…，2p－2）应使γ达到最大值，即对于给定的信道向量是一常数，因此，式（12）可以表示为由式（10）和式（11）知，β1 与｛θ2，θ4，…，θ2p－2｝无关，β2 与｛θ1，θ3，…，θ2p－3｝无关，因此，式（13）的求解可分为两步进行，即引理1 式（14）的最优解为θi ＝φ1－φi＋2，i＝1，3，…，2p－3，φi 是hi 的辐角.证明根据式（10），β1可以表示为式（16）中的第1项为当θ1＝φ1－φ3时，2Re［h1exp（－jθ1）］达到最大值.式（16）中的第2项为当θ1＝φ1－φ3且θ3＝φ1－φ5时，2Re［（h1＋h3exp（jθ1）exp（－jθ3）］达到最大值.因此，θ1＝φ1－φ3且θ3＝φ1－φ5时，式（16）中的前两项分别达到最大值.类似地，当θi＝φ1－φi＋2 时，i＝1，3，…，2p－3，式（16）中的所有项都达到最大值.引理2 式（15）的最优解为θi ＝φ2－φi＋2，i＝2，4，…，2p－2，φi 是hi 的辐角.引理2的证明与引理1的证明类似.3 性能分析先推导所提方案的等效信道增益.若发送端能收到精确的反馈信息，即θi＝φ1－φi ＋2且θk＝φ2－φk＋2，i＝1，3，…，2p－3，k＝2，4，…，2p－2，系统的等效信道增益的表达式为γmax的数学期望为其中，E（·）表示数学期望.由于h的各个元素的实部分量和虚部分量都服从独立的标准正态分布，则（i＝1，2，…，2p）相互独立且都服从参数为1的瑞利分布［16］.由于（i＝1，2，…，2p）相互独立，E（γmax）可化为（i＝1，2，…，2p）服从相同的分布，因此，根据式（22），E（γmax）可进一步表示为由于（i＝1，2，…，2p）服从参数为1的瑞利分布，由文献［16］知，其数学期望和方差分别为（π／2）1／2 和2－（π／2），即其中，D（·）表示方差.由式（24）和式（25）知，将式（24）和式（26）代入式（23），可得）在此用z表示文献［15］中方案的等效信道增益，z＝max（γ1，γ2，…，γp），γi是反馈信息为bi时系统的等效信道增益，bi表示p×p的哈达马矩阵的第i行，i＝1，2，…，p.当发送天线为2p根且接收天线的个数为1时，z的数学期望为由式（27）和式（28）知，若发送端能收到精确的反馈信息，即θi＝φ1－φi＋2且θk ＝φ2－φk＋2，i＝1，3，…，2p－3，k＝2，4，…，2p－2，所提方案显著增大了系统的等效信道增益.这是因为h1，h3exp（jθ1），…，h2p－1exp（jθ2p－3）的辐角均为φ1±2nπ且h2，h4exp（jθ2），…，h2pexp（jθ2p－2）的辐角均为φ2±2nπ，即且由于信道的随机特性，exp（jθi）＝±1＝bk的概率很小，可以认为4 复杂度分析与比较设系统包含2p根发送天线和1根接收天线，文献［15］的系统包含nTp根发送天线和nR根接收天线.为了具有可对比性，不妨令文献［15］中的nT＝2，nR＝1.表1比较了两种编码方案计算反馈信息的复杂度.从表1可以看出，文献［15］的编码方案中，其复杂度与p3成正比；而所提方案中，其复杂度与p成正比.因此，所提方案极大地降低了计算反馈信息的复杂度.比如，p＝2和p＝4时，所提方案的复杂度仅为文献［15］编码方案的13.46%和3.72%.表1 计算反馈信息的复杂度的比较文献［15］的方案p2（17p＋9）p（16p2＋4p－2）所提方案16p 6p－25 仿真结果表2 两种方案的等效信道增益的比较10.000 0 26.833 6所提方案（no）14.283 2 53.699 1所提方案（n＝1）文献［15］方案12.307 8 38.223 3在实际系统中，每个角度的量化比特数n是有限的，从而发送端收到的反馈信息可能存在量化误差，因此，所提方案的性能还与n有关.下面比较了不存在量化误差及存在量化误差且n＝1时两种方案的等效信道增益和误码率.表2比较了两种方案的等效信道增益.表2中的“no”表示不存在量化误差.从表2中可看出，若不存在量化误差，p＝2和p＝4时，所提方案的等效信道增益分别约增加了42.83%、100.12%；若存在量化误差且n＝1，p＝2和p＝4时，所提方案的等效信道增益分别约增加了23.08%和42.45%.因此，即使存在量化误差，所提方案的等效信道增益也明显高于文献［15］的编码方案.图2比较了两种编码的误码率.若不存在量化误差且误码率为10－5，p＝2和p＝4时，所提方案的增益分别为2dB和2.5dB；若n＝1且误码率为10－5，p＝2和p＝4时，所提方案的增益分别为1.5dB和0.8dB.因此，即使存在量化误差，所提方案也显著提高了系统的可靠性.图2 调制方式为QPSK时两种方案的误码率所提方案需要反馈θi（i＝1，2，…，2p－2），若用1比特量化θi，则所提方案需要2（p－1）比特的反馈量.虽然其反馈量是文献［15］方案的2倍，但是前者的性能显著优于后者.6 总结笔者提出的改进广义正交空时分组码不但降低了接收端计算反馈信息的复杂度，还提高了系统的性能.虽然性能的提高以反馈量的增加为代价，但是仿真结果显示，即使反馈量只增加很少的几个比特，系统的性能依然显著优于文献［15］的编码方案.因此，所提方案只需要增加少量的反馈量就能降低计算反馈信息的复杂度且提高系统的性能.此外，该方案并非局限于G0为Alamouti编码的系统，若G0为其他形式的正交空时分组码，也可采用类似的方案设计相应的旋转角度.参考文献：［1］Alamouti S M.A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，1998，16（8）：1451－1458.［2］张天魁，程婕，冯春燕.一种全速率的多天线中继STBC协作机制［J］.西安电子科技大学学报，2010，37（2）：334－339.Zhang Tiankui，Cheng Jie，Feng Chunyan.Full Rate STBC Cooperation Scheme for the Multi－Antenna Relay［J］.Journal of Xidian University，2010，37（2）：334－339.［3］Lee I，Kim D.Achieving Maximum Spatial Diversity with Decouple－and－forward Relaying in Dual－hop OSTBC Transmissions［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2010，9（3）：921－925.［4］Bhatangar M，Hjrungnes A，Song L.Double－differential Orthogonal Space－time Block Codes for Arbitrarily Correlated Rayleigh Channels with Carrier Offsets［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2010，9（1）：145－155.［5］任品毅，裴彬，王熠晨，等.频率选择性衰落信道中一种低复杂度的正交空时分组码译码算法［J］.电子与信息学报，2009，31（6）：1376－1380.Ren Pinyi，Pei Bin，Wang Yichen，et al.A Low Complexity Decoding Algorithm for Orthogonal Space Time Block Codes in Frequency Selective Fading Channels［J］.Journal of Electronics ＆Information Technology，2009，31（6）：1376－1380.［6］Azzam L，Ayanoglu E.A Novel Maximum Likelihood Decoding Algorithm for Orthogonal Space－Time Block Codes［J］.IEEE Trans Commun，2009，57（3）：606－609.［7］Tarokh V，Jafarkhani H，Calderbank A R.Space－time Block Codes from Orthogonal Designs［J］.IEEE Trans InformTheory，1999，45（5）：1456－1467.［8］Huang H，Li S.Optimized Non－unitary Linear Precoding for Orthogonal Space－time Block Codes［J］.IEEE Commun Lett，2009，13（6）：414－416.［9］Bhatangar M，Hjrungnes A，Song L.Linear Precoding of STBC over Correlated Ricean MIMO Channels［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2010，9（6）：1832－1836.［10］Bjornson E，Jorswieck E，Ottersten B.Impact of Spatial Correlation and Precoding Design in OSTBC MIMO Systems［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2010，9（11）：3578－3589.［11］Yang H，Luo T，Li J.Optimal Linear Precoding for OSTBC Using Noisy Quantized Feedback［C］／／Proc IEEE ICCTA.Beijing：IEEE，2009：643－647.［12］Punchihewa A，Bharqava V，Despins C.Linear Precoding for Orthogonal Space－time Block Coded MIMO－OFDM Cognitive Radio［J］.IEEE Trans on Commun，2011，59（3）：767－779.［13］Fu Y，Krzymien W，Tellambura C.Precoding for Orthogonal Space－time block－coded OFDM Downlink：Mean or Covariance Feedback ［J］.IEEE Trans Veh Technol，2009，58（7）：3263－3270.［14］Akhtar J，Gesbert D.Extending Orthogonal Block Codes with Partial Feedback［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2004，3（6）：1959－1962. ［15］Sezgin A，Altay G，Paulraj A.Generalized Partial Feedback Based Orthogonal Space－time Block Coding［J］.IEEE Trans Wireless Commun，2009，8（6）：2771－2775.［16］胡细宝，孙洪祥，王丽霞.概率论、数理统计、随机过程［M］.北京：北京邮电大学出版社，2004：117－118.。

空时分组码的原理-概述说明以及解释

空时分组码的原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述空时分组码是一种用于通信系统中数据传输的编码技术，通过在时间和空间上进行分组编码，可以有效提高数据传输的可靠性和效率。

本文将深入探讨空时分组码的原理，包括其概念、生成原理、应用等方面，并分析其在通信领域中的重要性和优势。

空时分组码的概念简单来说就是将数据按照一定的规则分组编码，并在传输过程中根据这些编码规则进行解码和恢复。

通过这种方式，可以有效减少数据传输过程中的误码率和丢包率，提高数据传输的可靠性。

本文将详细介绍空时分组码的生成原理，包括其在时间和空间上的分组编码方式，以及如何通过这种编码方式来保证数据传输的准确性和完整性。

同时，还将探讨空时分组码在通信系统中的应用，包括其在无线通信、卫星通信、以及物联网等领域中的具体应用场景和优势。

通过本文的阐述，读者将能够深入了解空时分组码的原理和优势，为其在实际应用中能够更好地理解和运用空时分组码提供一定的参考和指导。

1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来讨论空时分组码的原理。

在引言部分，将对空时分组码的概念、文章结构和研究目的进行简要介绍，为读者提供一个整体的了解。

在正文部分，将详细探讨空时分组码的概念、生成原理和应用，帮助读者深入了解该技术的核心内容。

最后，在结论部分将总结空时分组码的优势，展望其未来发展，并对本文的研究内容做出总结和评价。

通过这样的结构安排，读者可以系统地了解空时分组码的原理，同时也可以对其在通信领域的重要性有一个清晰的认识。

1.3 目的空时分组码作为一种重要的通信技术，其应用范围正在不断扩大，已经在无线通信、物联网、航空航天等领域得到广泛应用。

本文的目的旨在深入探讨空时分组码的原理，揭示其生成原理以及应用场景，帮助读者更好地理解和应用这一技术。

同时，通过对空时分组码的优势进行总结，展望其未来的发展趋势，为相关领域的研究和应用提供参考。

通过本文的阐述，希望能够促进空时分组码技术的进一步发展，推动通信技术的创新和应用，为社会的数字化转型和智能化发展做出贡献。

Alamouti空时分组码的MATLAB仿真与FPGA实现

源利用上都达到了很好的状态，满足设计要求。
【键词】空时分组码；ＰＡ；关ＦＧ仿真【中图分类号】Ｔ９９５Ｎ２．
【文献标识码】Ａ
ＡｌａｍｏｔｄｔＡＴＬＡＢｉｕｉＣｏｅｗｉｈＭＳｍｕｌｔｏｎｄＦＰＧＡｍｐｌｍｅｔｔｏａｉｎａＩｅｎａｉｎ
ｓｇｅｕｒｍｅｔ．ｉｎｒｑｉｅｎｓ
【ｅｏｄ】ｓａｅｔｅｌｋｃｄ；ＰＡ；ｍｌｉＫｙｗｒｓｐｃ—ｉｏｏｅＦＧｓｕｔｎｍｂｃｉａｏ
ＭＭＯ系统可以提高衰落系统中的信道容量和信息Ｉ
速率，而空时编码设计是ＭＭＩＯ系统的一种实用的实现方
ＷＵＪｎ，ｕＷＵａｂ，ＩａＳｏＸｉｏｏＬＵＴｉｎ，ＵＮＴａ
（ｉｇｉｎｅｉＳｉｃａｄＴｃｎｌｙＪｎｘＧｎｏ１０，ｈａＪｎｘＵｉｒｔｏｃｎｅｎｅｏｇ，ａｇｉａｚｕ４００Ｃｉ）ａｖｓｙｆｅｈｏｉｈ３ｎ
为Ａａｏｔ码的框图。ｌｍｕｉ
道衰落系数相同，接收端从天线１和天线２收到的信号分
如图１所示，在每个符号周期内天线１和天线２上分别用ｒ和ｒ表示，。则
投网ｔ：ｗ．ｅＥａ电技》６第１期总９期７稿址ｈｐ／ｗｉｏ．视术第３卷７（第３）３ｔ／Ｖｗｄｃｌ《３
ａｄｓｍｕａｅｔｈｒ —ｐｒｙｔｏｓＭＯＤＥＬＩｎｉｌｔｄｗｉｈｔｉｄａｔｏｌＳＭ．Ｔｅｐａｔａａｕｅｎｓｓｏｔａｔｐｅｎｄｒｓｕｓｔｉａｉｎｏｅｅｃｄｒｍｅｔｈｅｈｒｃｉｌｍｅｓｒｍｅｔｈｗｈｔｂｏｈｓｅｄａｅｏｒｅｕｉｚｔｆｔｎｏｅｅｓｔｅｄ — ｃｌｏｈ

空时分组码及其FPGA设计

制模块￣３１ＳＴＢＣ编码模块。
和进行译码
＝ｍｉｎ
Ｉ［喜（＋（），）］一ｌ＋（一＋２２ＩＩ］Ｉ＿ｌ（４）信号输入串并变换
ＱＰＳＫ州制
人线输；
是＝ｍｉｎ
Ｉ［喜（，＋（），．）］一Ｉ＋［一＋２２ＩＩ］ｌＩ
（５）
图３空时编码结构图本论文的ＳＴＢＣ编码的硬件设计是在基带上进行的，
￣ＪＱＰＳＫ调制实际上是一个映射的过程，ＱＰＳＫ星座图上每个星座点都对应一个复信号。ＱＰＳＫ调制模块比特数据流由信源给出后，进入串并变换模块进行２比特的串并变
，
２基于空时分组码编码的ＦＰＧＡ设计
近几年针对空时编码技术应用的具体实现开始热门
［６１１７］［８］
，
但是在国内对于空时编码技术应用的具体实现的相
关研究资料的介绍却不多。本文基于ＱＰＳＫ调制下的空时分组码编码的设计方案图如图３所示，主要包括ＱＰＳＫ调
圈困圜园
＝
其中，
和，２分别表示第根接收天线在ｔ和ｌ＋Ｔ
条件下，空时分组码的信噪比随着发射接收天数的增加而下降。可以得出结论：随着天线数的增加，Ａｌａｍｏｕｔｉ码的分集增益会随着增加，其性能也随之提高。
时刻的接收到的高斯白噪声，其均值为０、功率谱密度为
技术交流

MIMO正交空时分组码技术

MIMO正交空时分组码技术胡峰;周德扬【期刊名称】《中国传媒大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(018)004【摘要】对编码分集在MIMO系统中应用做详细的介绍,编码分集选取了正交空时分组码的编码结构和基于线性接收的最大似然译码准则。

主要探讨了包括Alamouti空时码,3发射天线和4发射天线在内的正交空时分组码。

还介绍了一种基于并行Alamouti编码的新的分集传输方案,该方案的编码性能和Alamouti码相似,它的优势在于大大简化了MIMO系统的改造复杂度。

最后,通过仿真这几种空时编码并详细分析了在不同调制模式下的误比特性能。

%This paper is detailed in the study for diversity coding in MIMO systems.Here,the orthogonal structure of the space-time block code and a maximum-likelihood decoding algorithm which is based only on linear processing at the receiver are introduced.Different space-time block coding（STBC）schemes including Alamouti STBC as well as orthogonal STBC for 3 and 4 transmit antennas are explored.We present a new transmit strategy based on parallel Alamouti codes for the simple two branch transmit diversity scheme.The proposed encoding scheme can significantly simplify the processes of transforming SISO into MIMO in wireless communication systems,its coding gain is similar to Alamouti code.Finally,comparisons with these STBC implementations are also provided and analyzed forperformance according to their bit-error rates using diversified modulation schemes.【总页数】7页(P24-30)【作者】胡峰;周德扬【作者单位】中国传媒大学,北京100024;中国传媒大学,北京100024【正文语种】中文【中图分类】TN921【相关文献】1.基于MIMO系统的准正交空时分组码的容量分析 [J], 范岩岩2.MIMO系统中的空时分组分组码技术研究 [J], 李星;苏佳3.多用户准正交空时分组码MIMO系统的下行链路预编码 [J], 曹颖鸿;殷福亮;陈喆4.MIMO系统下的空时正交分组码的研究 [J], 王东昱;马子儒5.MIMO系统下的空时正交分组码的研究 [J], 王东昱;马子儒因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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***************** 实践教学

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2013年春季学期创新课程设计题目：正交空时分组编码的仿真与分析专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：摘要本设计主要是对空时分组码在各种衰落信道下的性能的分析，利用接收天线处信噪比的分布求出系统的误码率性能。主要是当前比较热门的几种空时编码方案在瑞利信道下，在MPSK调制方式下的误码率性能。另外，设计对仿真过程中随机变量的产生也做了深入的研究和总结。本设计用Matlab软件对整个通信过程进行了仿真，利用仿真来验证理论推导的正确性。本文的最后以曲线的形势给出了各种条件下空时分组码的误码率性能，既可以加深对空时编码的认识，又可以对实际中在不同情况下对空时编码方案的选择起到理论指导作用。结果验证了空时分组码能够大幅度提高无线传输的误码率性能，同时系统的频带利用率也远高于传统的单天线系统。关键词：空时编码；多输入多输出系统；最大似然目录前言......................................................................... 1 一、空时编码概述 ............................................................. 2 2.1、空时编码定义 ........................................................ 2 2.2、空时编码的应用前景 .................................................. 2 2.3、空时编码的研究现状及发展方向 ........................................ 2 2.4、空时编码的分类 ...................................................... 3 二、基本原理 ................................................................. 5 2.1、空时分组编码的原理 .................................................. 5 2.1.1、空时分组编码的概念 ............................................ 5 2.1.2、空时分组编码的系统模型 ........................................ 5 2.1.3空时分组编码的原理 ............................................. 6 2.2、最大似然译码的原理 .................................................. 7 2.3、MIMO系统 .......................................................... 10 2.3.1、MIMO信道模型 ................................................ 10 2.3.2、MIMO系统模型 ................................................ 11 2.4、瑞利衰落信道 ....................................................... 11 三、仿真结果 ................................................................ 13 3.1 MPSK调制的仿真函数 ................................................. 13 3.2 最大似然检测的仿真函数 .............................................. 13 3.3 瑞利衰落信道的仿真函数 .............................................. 13 3.4两根接收天线数目的仿真结果 .......................................... 14 总结........................................................................ 15 参考文献 .................................................................... 16 致谢........................................................................ 17 附录........................................................................ 18 1

前言移动通信是现代通信中不可缺少的组成部分。现代移动通信的发展始于20世纪20年代，但一直到70年代才迎来了移动通信蓬勃的发展。它是目前最具发展前途的一种通信方式。它的发展与普及改变了社会，也改变了人类的生活方式。随着因特网和多媒体应用在下一代无线通信中的集成，宽带高速数据通信服务的需要正不断增长。由于可用无线频谱资源的有限性，高速数据传输只能通过高效的信号处理实现。信息领域的研究表明在无线通信中使用MIMO（多输入多输出）系统可以显著提高通信容量和误码率性能。非常适合下一代移动通信中高速率业务的要求。它利用空间增加的传输信道，在发射端和接收端采用多天线同时发射和接收信号。它能够克服传统通信系统中存在的多径衰落因素的影响，有效利用随机衰落和可能存在的多径传播来提高传输性能，另外，由于各发射天线同时发送信号占用同一个信道，所以在不增加带宽的情况下系统频谱利用率也会由大幅的提高。 2

一、空时编码概述 2.1、空时编码定义空时编码的基本理论是由Foschini、Seshadri和Calderbank于1998年提出。在基于瑞利衰落信道、信道有大量的散射体、信道系数无关、最优编解码、发射端信息在接收端准确可知的假设下，从理论上证明了在接收和发射端均使用多天线可使传输性能大幅提高和信道容量成倍增加，即在Nt个发射天线，和Nr个接收天线的MIMO系统中，信道容量随着Min(Nt, Nr)线性增加，这一结论引发了MIMO技术研究的浪潮，从此，空时编码和相关的MIMO信号处理技术便在无线通信领域取得了飞速发展和广泛应用。具体表现在：空时编码技术已经在移动通信和宽带固定无线接入中被采用,CDMA2000系统中采用了多种传输分集技术，多载波发送分集、正交发送分集和空间扩频传输分集；WCDMA提案中下行发射分集采用时间切换发送分集和空时发送分集。 2.2、空时编码的应用前景众所周知,第三代3G及一代无线通讯系统的主要目的之一就是为移动和静止用户提供宽带接入,实时的多媒体业务如视频会议所要求的数据速率将会是现在无线技术所能提供速率的两到三倍以上,速率可能要求高达2Mb/s以上. 而很明显,使用多个发射或接收天线可以取得更高的频谱效率. 这样在多径衰落无线信道中使用多个发射天线结合空时编码技术就很有可能提供功耗和频谱效率的最佳折中. 而事实上也的确如此,空时编码技术和多个发射天线的信号处理技术最近已经被第三代蜂窝移动通讯标准如CDMA2000和W2CDMA所采纳,另外,也被建议应用到无线地环路及广域分级接入中去. 具体地说,空时编码技术可以结合当前的窄带TDMA蜂窝移动通讯系统,使系统的传输速率得到大大提高;它也可以通过抑制干扰大大提高无线通讯系统的容量或吞吐量;另外,它还可以结合OFDM等通讯技术用于宽带无线通讯系统. 所以,空时编码技术在未来的无线通讯系统中包括宽带固定无线接入FWA、无线局域网LAN甚至蜂窝移动通信系统中也有着广阔的应用前景。 2.3、空时编码的研究现状及发展方向作为一种新的通信信号处理技术和方法,自从空时编码提出以来,全球无线通信领域内掀起了研究空时编码的热潮,除了对如何构造空时编码和空时编码与其他信道编码方式如Turbo码相结合方面的研究外,许多和工程应用紧密联系的研究方向正在形式.当前虽然关于空时编码的构造和应用有了一些成果,但是这 3

些理论大多假设信道是准静态、平衰落的,各衰落路径也是假设是相互独立的,而实际信道为频率选择性衰落、快变化以至各衰落路径有可能相关,所以为了推动空时编码技术的实用性,有必要对空时编码在信道为频率选择性衰落、快变化以至各衰落路径相关的情况下的性能以及相应的改进措施进行理论和实践研究. 同时,如何将空时编码和第三代移动通讯的标准相结合,研究在CDMA ,WCDMA 环境下空时编码技术的性能以及和其他技术如多用户检测技术的结合目前也吸引了不少的研究人员进行研究,如空时编码和OFDM等通讯技术的结合,使其适用于宽带无线通讯系统。另外,如何将空时编码和阵列信号处理技术如波束形成技术(Beamforming) 和干扰抵消技术(InterferenceCancellation) 有机地结合起来 ,充分发挥二者的优点,进一步提高其性能,提高它的实用性,是当前研究的另一个热点和方向;由于二者均是多个阵元天线系统的重要而有效的信号处理技术,所以它们的结合应用就具有的应用基础,最先提出和研究空时编码技术的研究人员也正在进行这方面的研究和探索工作 ,但是此项工作刚刚开始,具有很大的理论和实际研究价值. 当然,有关在接收端和发射端均得不到信道信息的差分空时编码方面的研究对于空时编码在未来移动蜂窝系统中的应用也是很有意义的。 2.4、空时编码的分类目前空时编码有分层空时编码，空时网格码和空时分组码三种最基本的类型，三种空时编码的研究现状如下： 1．分层空时编码：贝尔实验室的Gerard J.Foschini于1996年提出分层空时编码(LST)结构。分层空时编码技术将高速的数据流分为若干低速数据流，利用空间和时间的结合，它将信源数据分为几个子数据流并独立的进行编码和调制。它的译码一般采用类似于迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）准则的检验算法，但该检验算法的复杂度较高。常见的分层空时编码有三种方案：水平分层空时编码（HLSTC）、垂直分层空时编码（VLSTC）和对角分层空时编码（DLSTC）。 2.空时网格码：空时网格码由Tarokh、Seshadri和Calderbank首次引入，它是基于空时延迟分集基础上提出的，延迟分集可以看作是重复码和延迟因子的结合，最近提出了一种简单有效的空时网格码设计方案：广义延迟分集码,将普通的延迟分集