基于MATLAB的差分空時(shí)酉群碼的仿真實(shí)現

山西電子技術(shù)應用實(shí)踐2006年第4期基于 MATLAB的差分空時(shí)酉群碼的仿真實(shí)現孔昭煜王玉龍張軍解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院南京2100070摘要 MATLAB是一個(gè)功能強大的仿真軟件被廣泛應用于很多工程領(lǐng)域。首先介紹了差分空時(shí)酉群碼的編譯碼原理在此基礎上在 MATLAB中對瑞利慢袞落信道下的差分空時(shí)酉群碼的性能進(jìn)行了仿真并與相同信道條件下具有理想信道估計的空時(shí)分組碼的性能進(jìn)行了比較仿真和分析結論表明了差分空時(shí)碼的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞差分空時(shí)西群碼真中圖分類(lèi)號:IP391.9文獻標識碼0引言例如,當nr=L=2時(shí),令D,C=近年來(lái)差分空時(shí)碼 Differential Space-Time Code)受到廣泛關(guān)注。這是由于當接收端沒(méi)有信道狀態(tài)信息時(shí)它可10101則DC是BPSK調制星座A={1確保系統獲得滿(mǎn)天線(xiàn)分集因而可以減小接收設備的實(shí)現復1}的群碼信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系為雜度增加有效的傳輸帶寬。本文在分析了差分空時(shí)西群碼信息比特BPSK符號酉矩陣( Differential Space- Time Unitary Group(ode)編譯碼算法的基礎上,利用 MATLAB對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPSK差分空時(shí)酉群碼的性能進(jìn)行了仿真仿真結果顯示了差分空時(shí)酉群碼的良好性能圖1BPSK時(shí)信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系差分空時(shí)酉群碼的編碼當nr=L=2時(shí)令D2000年 hughes提出了具有群結構的空時(shí)碼。對于發(fā)11射天線(xiàn)數為n且調制星座為A的系統令C為一群L×LC=0酉矩陣其中L≥n。對于任何G∈C0110L0QPSK調制星座A={1,,-1,-j}的群碼,信息比特與GHG=GG=I(1)酉矩陣的映射關(guān)系為假設存在一個(gè)nr×L矩陣D使得對群中的任何一個(gè)信息比特K符號西矩陣酉矩陣G來(lái)說(shuō)JG產(chǎn)生了一個(gè)n×L矩陣且這個(gè)矩陣的非零項是信號星座集A的元素。即01DG∈A"xL(對于所有G∈C)則矩陣集DC=DG|G∈C}就構成了空時(shí)群碼。集合中的每個(gè)矩陣都在信號星座A上為nr根發(fā)射天線(xiàn)指定了長(cháng)為L(cháng)的空時(shí)傳輸碼字。圖2QPSK時(shí)信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系如果矩陣D滿(mǎn)足對上述空時(shí)酉群碼應用差分調制方案進(jìn)行編砜(如圖3D DH=LIT(3)所示)那么可以得到信息空時(shí)調制(DG)(DG)=LI差分調制X=DX1=XG4X2=XG2X3=X2G…這種情況下式2)的群碼是空時(shí)酉群碼。圖3差分空時(shí)酉群碼42山西電子技術(shù)2006年在第t個(gè)編碼分組中將log2|C|個(gè)信息比特映射到群%瑞利慢衰落信道H參數碼C中并選擇酉矩陣Gn其中Z∈,12灬…,,C|-1}CH=rand( 2 1 sgr( 2 )+j* rand( 2 , 1 ysqr( 2)表示群C中矩陣數目。為了初始化差分傳輸在L個(gè)符號H=[HHJ周期上從m根發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送X=D2差分編碼準則為%生成加性高斯白噪聲sig= sqrd 1/( 10( snr/10 )))群結構確保了當X-1∈A"時(shí)X∈A"rn=sig *(randr( 1 2)+j* rand( 1 2))2差分空時(shí)酉群碼的譯碼%接收參考信號基于當前和先前接收信號矩陣的差分空時(shí)譯碼為Z,=arg maxReTrIR - RH]Ri)=tem( 1 i ) tem(2 i)arg maxReTriG y(6)其中R為m×L矩陣表示第t個(gè)發(fā)射分組的接收信號。R=R+NReIr代表跡的實(shí)部Q=,12灬,C|-1}空時(shí)酉群碼O=[10的最大似然差分譯碼的接收機框圖如圖4所示。接收機通過(guò)最大似然差分譯碼選擇群中最佳的酉矩陣再通過(guò)逆映G1=[01射確定出相應的信息序列。10]Rrc()上for i= 1 'symbol per- frameRoTr[G .)1選擇最大值if bit- sed(i)==0G=GOReTr(Gd)G=GI圖4空時(shí)酉群碼的最大似然差分譯碼的接收機框圖3 MATLAB仿真實(shí)現%發(fā)送矩陣Ⅹ= X ref *(以上分析了差分空時(shí)酉群碼編譯碼箅法,下面利用%接收信號MATLAB對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPsK差分空時(shí)酉群碼的性能進(jìn)行仿真。for il=1習3.1差分空時(shí)酉群碼編碼的仿真實(shí)現n=sig *(randn+j*randn)假設幀長(cháng)度為130個(gè)符號一幀內衰落參數不變,并且R new il)=tem( 1 il ) tem( 2 il )+ N在幀與幀之間相互獨立。對一幀信息序列進(jìn)行編碼的代碼如下:R=[ R, new];%所有接收信號%初始化變量%更新參考信號ol- per frame= 130err sum frame=03.2差分空時(shí)酉群碼譯碼的仿真實(shí)現err sum bit=0利用式6所示的差分譯碼算法進(jìn)行最大似然譯碼的代R氣[]碼如下%生成信息序列for n= 1 symbol_ per- framebit- seq=mod( round(( rand( 1 symbol- per- frame )for i=1 210))2)RIi)=K2興(n-1)+i)初始化差分傳輸RXi)R2*n+iD=[1-1第4期孔昭煜等基于 MATLAB的差分空時(shí)酉群碼的仿真實(shí)現43y=max yl y2)if ylmRx空時(shí)分組碼(其有理想信道鉆計)decode )=0非維菲decode)=1}→err-sumbit=err.sum-bit+ sun( mo((decode-bit_ seq)2));%計算誤比特數%計算誤比特率 ot frame_x為總共發(fā)射的幀數unitary ber( snr )=err_ sum bit/( tot_ frame_tx圖5瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收symbol. per- frameBPSK差分空時(shí)酉群碼性能對比曲線(xiàn)3.3性能分析息因而可以大大減小接收設備的實(shí)現復雜度。而在一些很仿真結果表瞅圖5)在瑞利慢衰落信道下兩發(fā)一收難準確估計信道或準確估計信道代價(jià)很高的場(chǎng)合差分方案的BPSK差分空時(shí)酉群碼與沒(méi)有分集但具有理想信道估計的優(yōu)勢就更加顯現出來(lái)。由此可以看出差分空時(shí)碼具有廣的單發(fā)單收的情況相比當信噪比較低時(shí)該方案性能略差,闊的應用前景。當信噪比較高時(shí)該方案具有明顯的優(yōu)勢。由于差分空時(shí)分參考文獻組碼是在沒(méi)有信道狀態(tài)信息的情況下利用相鄰兩個(gè)接收信[1] Hughes B L. Differential space-time modulation[ J號的相關(guān)性進(jìn)行譯碼的引入的噪聲功率是具有理想信道估IEEE Trans Inform Theory 2000 2567-2578計的相干檢測的噪聲功率的2倍因此與具有理想信道估計[2] Hochwald B m, Marzetta T L." Unitary space-time的相干檢測兩發(fā)一收空時(shí)分組碼相比,該方案的性能要差adulation for multenna communications IndbORayleigh flat fading"[J ] IEEE Trans Inform Theory結束語(yǔ)000543-564[3 Hochwald B M, Sweldens W. Differential unitary本文在分析了差分空時(shí)酉群碼編譯碼原理基礎上在MATLAB中對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPSK差分空space-time modulation"[J ]. IEEE Trans Communi時(shí)西群碼的性能進(jìn)行了仿真和分析。仿真結果表明接收端不需要信道狀態(tài)信息的差分空時(shí)西群碼方案仍然可以獲得[4] Branka Vucetic, Jinhong Yuan著(zhù)王曉海等譯空時(shí)編碼技朮M]機械工業(yè)出版社2004良好的誤比特性能。由于差分方案不需要知道信道狀態(tài)信Simulation Implementation of Differential Space-TimeUnitary Group Code Based on MATLABKong Zhao-yu Wang Yu-long Zhang JunInstitute of Communications Engineering Science and Technology University of PLA, Nanjing Jiangsu 210007, ChinaAbstract: MATLAB is a powerful simulating software that has been used extensively in many engineering fields. In this paperthe performances of differential space- time unitary group code is simulated on slow Rayleigh fading channel in MATLAB on the basisof introducing the principle of differential space- time unitary group code and compared with StBC of perfect channel estimates undersame channel conditions. The simulation and analysis result shows the advantage of differential STBCKey words differential space-time unitary group code simulation