一種基于分布式發(fā)射天線(xiàn)的差分空時(shí)調制方法

第30卷第3期電子與信息學(xué)報Vol. 30No 32008年3月Journal of Electronics Information TechnologyMar 2008一種基于分布式發(fā)射天線(xiàn)的差分空時(shí)調制方法孫德福唐友喜邵士海李少謙〔電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗室成都610054)摘要:在基于分布式發(fā)射天線(xiàn)的多入多出(、MIMO)系統中,由于各發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號不同時(shí)到達接收端,用于信道估計的導引設計及發(fā)射方法存在一定困難。針對這一問(wèn)題,該文提出一種無(wú)需信道估計的分布式MIMO差分編碼及檢測方法:發(fā)送端將發(fā)射矩陣進(jìn)行相位差分調制后發(fā)射,接收端利用前后接收量判斷相位信息恢復出發(fā)送端數據信息。該方法頻譜效率與 V-BLAST相同,適用于任意發(fā)射天線(xiàn)數和接收天線(xiàn)數,且不要求接收天線(xiàn)數大于發(fā)射天線(xiàn)數。仿真結果表明,在不同信道傳播時(shí)延情況下,誤碼率性能不同。關(guān)鍵詞:分布式發(fā)射天線(xiàn);分布式多入多出;信道傳播時(shí)延;差分檢測中圖分類(lèi)號:TN914文獻標識碼:A文章編號:1009-5896(2008)03-075904Differential Space Time Modulation withDistributed Transmit AntennasSun De-fu Tang You-xi Shao Shi-hai Li Shao-qian(National key Lab of Communication, University of Electronic Science and Technology ofChina, Chengdu 610054, China)Abstract: It is difficult to estimate channel knowledge in multiple input multiple output system which based ondistributed antenna structure because the transmit signals are received asynchronously. aiming at this matter,adifferential encoding and detection scheme is proposed where channel estimation is not needed. The proposedscheme has the game spectral efficiency as V-BLAST scheme and can be applied to any number of transmitantenna and receive antenna, besides the number of receive antenna can be less than transmit antenna. Thesimulation results show that the ber performance is different corresponding to different channel propagationKey words: Distributed transmit antennas; Distributed Multiple Input Multiple Output(MIMO); Channelpropagation delay; Differential detection1引言速移動(dòng)或者天線(xiàn)數目較多情況下,系統接收端難以獲得準確近年來(lái),分布式無(wú)線(xiàn)通信系統叫 distributed wireless的信道狀態(tài)信息,因此,在分布式MINO系統中,研究無(wú)需ommunication system受到越來(lái)越多的關(guān)注,果用分布式天做信道估計的非相干檢測技術(shù)很有必要。線(xiàn)結構的多入多出( Distributed Multiple Input Multiple國內外學(xué)者對同步MMO(信號同時(shí)發(fā)射,同時(shí)到達接收oupt;, Distributed MIMO)系統(本文簡(jiǎn)稱(chēng)為分布式端)差分檢測技術(shù)進(jìn)行了一定研究1,但是,在分布式MIMO,可以使得收發(fā)天線(xiàn)間的鏈路更加獨立,空間相關(guān)性MMO系統中,由于發(fā)射天線(xiàn)在地域上的分布性引起各發(fā)射更弱,能達到更高的系統容量;由于天線(xiàn)分布于小區中不天線(xiàn)的發(fā)射信號不同時(shí)到達接收天線(xiàn),同步MMO差分檢測同地理位置,能有效縮短信號的接入距離,降低發(fā)射信號功算法不再適用。到目前為止,還未發(fā)現基于分布式發(fā)射天線(xiàn)率,提高小區覆蓋率14。分布式MMO具有高容量、低功的MMO差分檢測技術(shù)的相關(guān)研究文獻。針對這一問(wèn)題,本耗、更好的覆蓋、對人體低電磁損害等優(yōu)點(diǎn),是第四代移動(dòng)文提出一種適用于分布式發(fā)射天線(xiàn)系統的MMO差分編碼通信系統的顯著(zhù)特征之一國5。及檢測方法在發(fā)送端和接收端都未知信道狀態(tài)信息的情況在分布式MIMO系統中,為了獲取信道狀態(tài)信息下,系統可進(jìn)行非相干檢測。Channel State Information,CSI),需要占用額外的帶寬資本文其余部分是這樣安排的:第2節給出分布式MIMO源;由于各發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號不同時(shí)到達接收端,用于信系統模型:第3節給出一種分布式MIMO差分編碼及檢測方道估計的導引設計及發(fā)射方法都存在一定困難;另外,在高法:仿真結果在第4節給出:最后是對全文總結20060817收到,20070205改回2分布式MIMo系統模型國家自然科學(xué)基金(6027200,60572090,60472045,60496313)和教文獻[1]提出了分布式MIMO系統模型,如圖1所示育部博士點(diǎn)基金(20061400資助課題電子與信息學(xué)報第30卷該發(fā)射矩陣不代表任何信息,只進(jìn)行初始化,矩陣各元素都是M使得發(fā)射功率歸一化,發(fā)送端每aMN個(gè)數(=x據比特組成一個(gè)數據塊,a為正整數。假設第l-1個(gè)數據塊分布式MMo信通對應的編碼矩陣為光纖/電纜發(fā)射機一接收機…圖1分布式MIMO系統模型假設系統有M根發(fā)射天線(xiàn),L根接收天線(xiàn)。發(fā)送端將待發(fā)射符號經(jīng)過(guò)調制后,通過(guò)光纖或同軸電纜送到遠端的分布式發(fā)第l個(gè)數據塊中的數據比特串\并轉換后調制成MN射天線(xiàn)由于各發(fā)射天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的距離不同,導致了各個(gè)FS星座符號,x”“;x其中,最大信道傳播時(shí)延小于1個(gè)符號周期,并且各發(fā)射天線(xiàn)到接n≤N),利用發(fā)天線(xiàn)發(fā)射信號不同時(shí)到達接收端。不失一般性,本文假設≤M,1≤n≤N),利用xy生成空時(shí)碼矩收天線(xiàn)間的信道傳播時(shí)延不同。假設每根發(fā)射天線(xiàn)在N連續時(shí)刻內發(fā)射了N個(gè)符號,22則發(fā)射天線(xiàn)k上的低通等效復基帶信號可以表示為E4(0VM>40(-7),k=…,M(1)n1城2…或其中E,是M根發(fā)射天線(xiàn)的總發(fā)射功率,本文同樣假設各天利用該矩陣進(jìn)行差分編碼X線(xiàn)的發(fā)射功率相等,b(),=0…N-1是第k根發(fā)射天線(xiàn)上第個(gè)調制符號,g()是發(fā)射天線(xiàn)的等效復基帶波形,分其中“”代表矩陣的 Hadamard積,在N個(gè)連續時(shí)刻,步MMO信號經(jīng)過(guò)分布式MMO信道后到達接收端,第矩陣S被發(fā)射出去根接收天線(xiàn)從時(shí)刻0到N-1對接收信號進(jìn)行匹配濾波,匹32差分接收配濾波器組輸出值可以表示為1首先,考慮接收端有1根接收天線(xiàn)情況。由式(3),第l個(gè)發(fā)射矩陣對應的接收信號經(jīng)過(guò)匹配濾波之后,得到下面結果E其中Y=(J(0()…,(N-1)是MN×1階接收列向Y=VM聚B+量,梁是 MN X MN階塊對稱(chēng)1信道相關(guān)矩陣,丑是其中Y=如u12”“x),B1=dag,句,”,k},MN x I階對角信道矩陣b=(6(0.6(0-5(x-1)24=(,…,…),=un是MN×x1階信號列向量,=(70,0)“,…觀(guān)),dE(代表對角矩陣,式8中的下標“”代n3(N-1)是MN×1階噪聲列向量,(r代表矩陣轉置操表第個(gè)發(fā)射矩陣對應的結果,后面公式中的標識含義相同作。文獻給出了各變量的具體定義及推導過(guò)程。如果只陣聚可通過(guò)系統同步獲得,接收端已知該矩陣數值將式考慮1根接收天線(xiàn)情況,式(2)可簡(jiǎn)化為(8)兩端乘以一1,可得Y界Hb+寓一點(diǎn)環(huán)A十3分布式MIMo差分檢測其中Y=聚Y=(1,2…,列M),而=界m=31差分編碼(1,52…,五My),由式(7)和b表達式,可知b與b:有如在系統接收端未知信道狀態(tài)信息的情況下,發(fā)送端數據下關(guān)系在發(fā)送之前需要進(jìn)行差分編碼,本文假定系統發(fā)射符號采用PSK星座符號。初始時(shí)刻,發(fā)射端發(fā)射空時(shí)碼矩陣:其中X=dig{,+,…,xM…五,,“;x}假設M√…M信道是準靜態(tài)的( Quasi static):在發(fā)射兩個(gè)空時(shí)碼矩陣M1/M期間,信道狀態(tài)不變,即=H1由式(9),式(10)可(4)得M√…H+=XY1+蘇MxN第3期孫德福等:一種基于分布式發(fā)射天線(xiàn)的差分空時(shí)調制方法其中引=前一1,因此,符號1,x12…,x可按照下面方法檢測argmin右+-