大慶石油學學報第31卷第4期2007年8月JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTENo, 4 Aug. 2007基于空時分組碼及分層空時碼的空時編碼方案于波12,張興周2,李鴻林2(1.大慶石油學院電子科學學院,黑龍江大慶163318;2.哈爾濱工程大學信息與通信工程學院,黑龍江哈爾濱摘要:針對4個發(fā)射天線,提出一種結合空時分組碼及分層空時碼的混合編碼方案,該方案首先把發(fā)送數(shù)據(jù)符號分成2塊,對每塊數(shù)據(jù)進行正交分組,每塊數(shù)據(jù)符號矢量不再對應固定的天線,因此具有一定的交織增益,從而得到更高增益的發(fā)射分集;然后給出結合最小均方誤差干擾抑制的最大似然解碼方法的具體步驟,仿真結果表明:無論是在理想的瑞利衰落信道,還是在信道存在相關的情況下,該編碼方案的誤碼率均優(yōu)于傳統(tǒng)的正交分組結合分層的混合空時編碼方案關鍵詞:混合空時碼;空時分組碼;分層空時碼;發(fā)射分集中圈分類號:TN911.21文獻標識碼:A文章編號:1000-1891(2007)04-0070-03分層空時碼和空時分組碼是研究較為廣泛的2種空時編碼方法.分層空時碼具有較高的頻帶利用率,而抗衰落性能較差;空時分組碼具有發(fā)射分集,性能明顯優(yōu)于前者,但傳輸效率較低.結合空時分組碼和分層空時碼,可實現(xiàn)折衷考慮頻帶利用率和誤碼率性能的目的常規(guī)混合空時編碼-3所采用的分組碼均是經(jīng)典的 Alamouti空時碼“,其各層數(shù)據(jù)流對應固定的發(fā)射天線1混合編碼系統(tǒng)模型多輸入多輸出通信系統(tǒng)中,L個符號周期接收天線信號矩陣r為r= HS+N,(1)式中:N為加性噪聲矩陣,其元素為零均值,方差為G的復高斯隨機變量;S為發(fā)射符號矩陣;H為準靜態(tài)衰落信道矩陣,H=RHR/2,H。為瑞利信道矩陣,R,R分別為發(fā)射和接收相關矩陣混合空時編碼中,經(jīng)過串并轉換后的發(fā)送數(shù)據(jù)被分成g層分組數(shù)據(jù)流和層直發(fā)數(shù)據(jù)流,各層分組數(shù)據(jù)流符號經(jīng)過空時分組編碼,分別與m;(i=1,2,…,g)個發(fā)射天線相對應,而各層直發(fā)數(shù)據(jù)流m1分別對應一個發(fā)射天線,若令M和M分別為發(fā)射天線和接收天線個數(shù)此時有∑m+m2=M,表示為(m對4個發(fā)射天線的混合空時編碼系統(tǒng),(2,2)混合空時編碼方案的誤碼率性能要優(yōu)于(2,1,1)和(3,1)兩種混合編碼方案3.在(2,2)混合空時編碼方案中,空時分組碼采用 Alamouti空時碼,矩陣的各行向量對應不同的發(fā)射天線,各列分別對應不同的發(fā)射時刻,發(fā)射符號矩陣S為s1112521522新的混合空時碼結構及解碼算法新的混合空時編碼發(fā)射端結構見圖1.把串并轉換后數(shù)據(jù)流碼字符號送給空時塊編碼器,每2個碼字收稿日期:2007-04-19;審稿人:王明吉;編輯:任志平作者簡介:于波(1968-),男,博士生,講師,主要從事通信編碼及信號處理方面的研究第4期于波等:基于空時分組碼及分層空時碼的空時編碼方案符號為1塊,對2塊碼字進行塊正交編碼.發(fā)射碼字矩線1,2→B1BB2輸入線34B1}BB2 B1式中:B1=[s1s12J;B2=[sns2].接收信號矩陣圖1新的混合空時碼系統(tǒng)發(fā)射端結構為(4)式中:M為接收天線個數(shù)在新的編碼方案中,把串并轉換后的數(shù)據(jù)符號分為2層,每層數(shù)據(jù)及共軛冗余符號不再是層內分組編碼后,由固定的天線對發(fā)射,而是把數(shù)據(jù)符號按層分塊后交叉通過不同的天線對發(fā)射.這樣,2層數(shù)據(jù)之間有一定的交織效果,可使編碼得到更好的發(fā)射分集.解碼算法步驟:(1)把接收信號矩陣按列拓展重構,拓展重構后的接收矩陣P為f= HS+N(5)式中:P=[n1…,rM,(r+1),…,(r)·];s=[s1,s2]=[1,s2,m,sa];N=[n,…,n,(n+1),…,(nt)”丁,H為(2)釆用組干擾抑制的MMSE算法,得到干擾抑制后的子接收信號矩陣.第k層干擾抑制權矩陣Wmal= argmin E{‖W-hs‖2}=h;(HH"+dI2M.)-1,式中:[·衛(wèi)為·]的共軛轉置;I2M為2M,×2M,的標準單位矩陣;為加性復高斯噪聲的方差.從而有f1=Mmse f= h,si+A,(3)利用式(9進行最大似然解碼,得到估計數(shù)據(jù)符號:s1= argmin‖1-h1s1‖2(9)式中:1為首層分組碼字符號的估計值,s1=[s1s1];Z為調制符號集(4)消除組干擾,得到第2層碼字符號的估計值由Wm=h2h(h2h2+I2M)-1,即有P2=Wmn(r-h11)=h22+n2,從而根據(jù)s2= argmin i2-h2s2‖2,得到s2=[521,s2]為第2層分組碼字符號的估計值無論是文中的混合空時編碼方案,還是常規(guī)的混合空時編碼方案,在采用MMSE逐次干擾抑制的最大似然解碼時均可每個碼字符號單獨解碼°,但成對解碼時性能更好,當然,這是以復雜性增加為代價的常規(guī)混合空時碼的信道重構矩陣H。可表示為12hil(10)大石油學院學報第31卷2007年3仿真分析仿真分析采用QPSK調制,每幀數(shù)據(jù)為120個數(shù)0文中混合空時碼據(jù)符號,仿真幀數(shù)為104,信道為準靜態(tài)瑞利衰落信道,發(fā)射天線數(shù)為4,采用文中給出的方法進行解碼在天線不相關的情況下,常規(guī)的混合空時碼與文中混合空時碼的誤碼率BER隨信噪比SNR變化關系曲線見圖2.由圖2可以看出,對于接收天線個數(shù)M,=2,在誤碼率為10-3時,文中混合空時碼比常規(guī)的混10合空時碼有1.5dB的增益;對于M=3,在誤碼率為15SNR/dB10ˉ‘時,文中混合空時碼比常規(guī)的混合空時碼有1.0圖2接收天線數(shù)為2,3,4時BER與SNR的關系曲線dB的增益;對于M1=4,在誤碼率為10-時,文中的混常規(guī)混合空時碼合空時碼比常規(guī)的混合空時碼有0.6dB的增益文中混合空時碼SNR=10.0dB時,對M,=2,3,4接收條件下,發(fā)射天線存在相關時的SNR與相關因數(shù)P的關系曲線1044-+…見圖3.此處假設空間相關矩陣R:為(p-)”(p-2)由圖3看出,當p≤0.8時,文中混合空時編碼誤0.20.40.60.8編碼在3種接收條件下均優(yōu)于常規(guī)混合空時編碼,而圖3SNR為10.0dB、接收天線數(shù)為2,3,4時當ρ>0.8時,2種混合空時編碼的性能嚴重下降BER與P的關系曲線結束語混合空時編碼同時具有分層空時碼和空時分組碼的一些優(yōu)點,與分層空時碼相比具有更高的可靠性,與空時分組碼相比具有更高的頻帶利用率.針對4發(fā)射天線的混合空時編碼提出的新編碼方案,無論是在理想瑞利信道下,還是在信道存在相關條件下,該混合空時碼均比常規(guī)的4發(fā)射天線混合空時碼具有更好的誤碼率性能參考文獻1]WAL M, PANGTI T. Block layered space- time code design [J]. IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Work-2006.7;224-228[2] ZHAO L, DUBEY V K. Detection schemes for space-time block code and spatial multiplexing combined system [J]. IEEE Commun.Letters,2005,9(1):49-51.[3]張股,蔣鈴鴿,何晨.一種針對混合空時編碼解碼方案的改進[].上海交通大學學報,2006,40(1):72-75[4 ALAMOUTI S M. A simple diversity technique for wireless communications [J]. IEEE J. Select. Areas Commun.1998.16(8),[5]李勇朝,王峰,許曉紅,等.一種新的混合型空時編碼研究[冂].探測與控制學報,2003,25(4):42-46[6 VUCETIC B, YUAN J H. Space-time coding[M]. Chichester: John Wiley &.Sons Ltd, 2003: 185-218