差分空時(shí)分組編碼的研究

(現代電子技術(shù))2010年第21期總第33期通信與信息技術(shù)4差分空時(shí)分組編碼的研究劉小群(寶雞文理學(xué)院物理與信息技術(shù)系,陜西寶雞721016)摘要:一般在空時(shí)編瑪解碼時(shí)接收蝙需要信道狀態(tài)信息(CSI),因而必須獲得精確的信道估計,而差分空時(shí)編爲(DSTC)耬收端在解瑪時(shí)不雩要CSI,因而不霄要信道怙計。在信道衰落快或信息傳輸速率高的情況下,實(shí)時(shí)而精確的信道估計非常困難或代價(jià)太高,此時(shí)接收端不能獲得CSI,因而需要差分空時(shí)編碼。對非相干系統中空時(shí)編碼的編譯碼原理、特點(diǎn)和性能進(jìn)行了分析和比較,并對其中的部分空時(shí)編碼給出了具體的實(shí)例和仿真結果。關(guān)鍵詞:非相干系統;信道狀態(tài)信息;差分空時(shí)編碼;信道估計中圖分類(lèi)號:TN929.534文獻標識碼:A文章編號: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引言提出基于正交設計的差分空時(shí)分組編碼,它用在發(fā)射端和接收端都不需要知道信道狀態(tài)信息,編碼也很簡(jiǎn)從相干空時(shí)編碼的解碼方式可以看出,接收端需要單,在接收端,解碼也有很低的解碼復雜度確切知道信道狀態(tài)信息( Channel State Information根據文獻[45],2根發(fā)射天線(xiàn)基于正交設計的差CS的情況3,當然當信道相對于數據傳輸速率緩慢分STBC原理框圖如圖1所示變化時(shí),發(fā)射機可以通過(guò)發(fā)送訓練序列進(jìn)行信道檢測使接收機能夠進(jìn)行正確的信道估計,接收機要獲得理想的信道狀態(tài)信息(CSI),可以用相干檢測的方法解碼。編碼器但是,在高速移動(dòng)的環(huán)境下或者信道衰落條件快速變化而使信道變化很快的時(shí)候,就很難準確地進(jìn)行信道估計圖12根發(fā)射天線(xiàn)時(shí)的差分STBC原理框圖或者準確進(jìn)行信道估計的代價(jià)很高,此時(shí)接收機不能獲首先發(fā)射2個(gè)參考信號x1和x2,發(fā)送的碼字矩陣得理想的信道狀態(tài)信息因此如何設計不需要信道估采用 Alamo方案:計也能取得良好誤碼性能的空時(shí)編碼顯得十分重要。酉空時(shí)碼和差分空時(shí)碼就是根據這個(gè)要求提出的。本文首先重點(diǎn)介紹了正交設計的差分空時(shí)編碼的編譯碼發(fā)射機在第一個(gè)符號周期從兩根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射的符原理,然后對差分空時(shí)編碼的性能進(jìn)行了仿真。號向量是x2=[x,x],在第二個(gè)符號周期從兩根發(fā)射差分編碼方法天線(xiàn)發(fā)射的符號向量是x=[-x2,x丁,這兩次發(fā)射信號不攜帶信息,只是作為參考信號,以后發(fā)射機采用差分Tarokh等人根據單天線(xiàn)條件下的差分編碼思想,方式對數據編碼進(jìn)行發(fā)射,假設在第2-1(t≥2)個(gè)符號周期從第一根和第二根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射的符號分別是x21收稿日期:201005-31基金項目:寶雞文理學(xué)院項目(zK09134)和x2,在第2t個(gè)符號周期從第一根和第二根發(fā)射天線(xiàn)13無(wú)線(xiàn)通信劉小群:差分空時(shí)分組編碼的研究發(fā)射的符號分別是一x2和x1在第2t+1個(gè)符號周N=(x21,x2+2)Hh1+n2+H(x2x1,x)H+期,一組2m個(gè)比特到達編碼器,并產(chǎn)生對應的系數向量(R1,R),編碼器根據前兩個(gè)符號周期發(fā)射的符號向N2=(xm1,x2+2)h是+m:F(-x,x)H⊥(10)量和當前系數向量(R1,R2)計算出后續兩次發(fā)射的符號:從式(9)可以看出,對于給定的信道衰落系數h1和(x2+1,1x22)=R1(x2x1,x2)+R2(一x,x1)(2)h2,判決統計信號向量(R,R2)是差分系數向量(R1,根據x2n+1和x2+2進(jìn)行 Alamouti編碼在第2t+1R2)的函數。系數向量集合v中所有的系數向量長(cháng)度和2t+2個(gè)符號周期發(fā)射信號,以后一直按照這種方式相等接收機選擇到判決統計信號向量(R1,R2)歐氏距發(fā)射信號離最近的系數向量作為解碼輸出,然后再反射到比特分調制符號的星座圖A一般選用PSK方式。對于組,從而恢復出發(fā)射比特信息2mPSK,由于2根發(fā)射天線(xiàn),為了歸一化發(fā)射符號功率,使每個(gè)符號周期發(fā)射符號向量的功率是1。星座圖3.仿真結果可以表示為Matlab仿真參數: frame length=180; Number of根據式會(huì ),k=0,1,,2-1.、()pks圖是2根發(fā)射天線(xiàn)、1根接收天線(xiàn)時(shí)相A干和差分QPSK調制的空時(shí)分組碼的性能曲線(xiàn)圖,它的系數可寫(xiě)為:21+xt+2x2(4)R22r+12對于給定的星座圖和參考信號,有2m個(gè)不同的系數向量對應于不同的信號向量。系數向量構成的集合V中,任意一組2m個(gè)信息比特和其中的一個(gè)系數向量是一一對應的關(guān)系。2差分解碼方法假設有1根接收天線(xiàn),y,m1分別表示第t個(gè)符號圍2N=2,Ng=1時(shí)相干和非相干周期的接收信號和噪聲,h1,h2是在第t個(gè)符號周期分QPSK調制的STBC的性能別從第一根發(fā)射天線(xiàn)和第二根發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的從圖2可以看出,兩根曲線(xiàn)平行,這是因為兩種方信道衰落系數,那么有下面的接收方程口:案都采用的是(2,1)系統,提供相同的分集增益,而分集yzr-1= hiIzr-1+h2I2 +nzrl增益決定了曲線(xiàn)下降的曲率但是差分編碼方案比相應yu =-hrrithiIihtn2r的相干檢測性能差大約3dB。另外,8-PSK調制下的(5)性能比4-PSK調制的差,這是因為調制階數越高,信號y2+1=h1x2+1+h2x2+t+n2+1之間的差別越小,要達到相同的性能,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)非相關(guān)檢測比相關(guān)檢測性能如預料的一樣差3dB,(尤其在高信噪比時(shí)。但是差分檢測帶來(lái)的好處是發(fā)射式(9)寫(xiě)成向量的形式為:端和接收端都無(wú)需知道信道的狀態(tài)信息,所以不需要發(fā)(y21,yi)=(xt-,x2)H+m2-1射訓練序列進(jìn)行信道估計,這不僅能簡(jiǎn)化接收端,而且(y2+1,yi+2)=(xH1,xh)H+m+(8)節省了資源。(yax-y21)=(-x2,x21)H+m2考文解碼的判決統計信號經(jīng)過(guò)整理為:[1]張國珍MIMO系統中的空時(shí)編碼技術(shù)的研究[D]烏魯木(R:1,R2)=(h12+|h2|2)(R1,R2)+(N,N2)(9)齊:新疆大學(xué),2006式中(下轉第17頁(yè))現代電子技術(shù)》2010年第21期總第332期>通信與信息技術(shù)后的仿真波形如圖3所示。線(xiàn)電實(shí)現結構及其參數設計,包括擴頻偽碼類(lèi)型、擴頻增益、中頻選取、偽碼同步電路等,并用 Matlab仿真了該方案。仿真結果表明方案的可行性同時(shí)表明該設計方案具有體積小,靈活性好,低功耗,擴展性強等優(yōu)點(diǎn)參考文獻解擴后的信號功率(b)解擴后的Q路信號功率道[1]楊小牛,樓才義,徐建良,等,軟件無(wú)線(xiàn)電原理與應3偽瑪解擴后信號波用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001[2] TUTTLEBEE Walter.軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)與實(shí)現由圖3可以看出,信號經(jīng)過(guò)相關(guān)解擴處理后,有用[M.楊小牛,樓才義,鄒少丞,等譯.北京:電子工信號被解擴,其功率譜集中于信息帶寬內。而無(wú)用信號業(yè)出版社,2004.通過(guò)相關(guān)器后,頻譜雖然大大的展寬了,但信號在整個(gè)[3]張曉輝,中頻直擴通信系統的設計與實(shí)現[門(mén)]科學(xué)技術(shù)與頻帶內的能量不變。工程,2009(11):3086-3089解擴后的信號經(jīng)過(guò)低通濾波,信息解調后得到如[4]唐睿陳霞談?wù)褫x,軟件無(wú)線(xiàn)電的數字中頻技術(shù)在 WCDMA圖4所示。接收到的擴頻信號經(jīng)過(guò)正交下變頻、抽取濾基站中的應用[]北京交通大學(xué)學(xué)報,2005(5):27-30波偽碼同步低通濾波和信息解調后得到的信息數據5]劉波粒,劉彩霞直擴通信系統中軟件無(wú)線(xiàn)電的建模與實(shí)現與所發(fā)送的信息數據完全一樣。[J.電訊技術(shù),2004(6):163-1[6]牛海,鄭劍云,朱義勝,基于 Simulink的直擴通信仿真研究[].艦船電子對抗,2008(5):10-16.[冂]王亞飛,袁玉東,許淑芳.基于 Simulink的直擴系統中判決模塊設計[C].2009系統仿真技術(shù)及其應用學(xué)術(shù)會(huì )議論文集.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009:249-251[8]許文斌中頻數字化直擴通信終端的研究與實(shí)現[D]杭州:杭州電子科技大學(xué),2004.[9]程偉,左繼章許悅雷,等擴頻通信系統的中頻數字化處理圖4解調出來(lái)的信息技術(shù)[.電訊技術(shù),2003(2):33-37L10] TANTARTANS S, LAN A W, VINCENT P J. 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