專利名稱：碼分多址系統(tǒng)中的聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是MIMO CDMA(多輸入多輸出、碼分多址)系統(tǒng)中空時(shí)發(fā)射分集的一種解決方案。主要用于解決MIMO CDMA系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)空時(shí)分組碼發(fā)射分集方法時(shí)編碼效率不高及對(duì)抗快衰落多徑信道的問題，屬于MIMO CDMA系統(tǒng)空時(shí)發(fā)射分集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無(wú)線信道環(huán)境存在多徑衰落、多普勒頻移和信道快速時(shí)變等許多不利因素，如何克服這個(gè)不利因素，是移動(dòng)通信始終需要研究的問題。目前，為保證無(wú)線信道的可靠傳輸，已經(jīng)提出了很多技術(shù)，從信息論的角度已經(jīng)證明，MIMO技術(shù)可以大大增加無(wú)線通信系統(tǒng)的容量，改善無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。MIMO技術(shù)是無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大突破，它利用空間中增加的傳輸信道，在發(fā)送端和接收端采用多根天線，由于各發(fā)射天線同時(shí)發(fā)送的信號(hào)占用同一個(gè)頻帶，所以并未增加帶寬，因而能夠大大的提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。
廣義的MIMO技術(shù)涉及廣泛，主要包括發(fā)射分集技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)。其中空間復(fù)用技術(shù)是在不同的天線上發(fā)射不同的信息，貝爾實(shí)驗(yàn)室的V-BLAST碼是空間復(fù)用技術(shù)的典型應(yīng)用；而發(fā)射分集技術(shù)是在不同的天線上發(fā)射包含同樣信息的信號(hào)，從而達(dá)到空間分集的效果。基于發(fā)射分集的空時(shí)編碼技術(shù)由于將空間域上的發(fā)射分集和時(shí)間域上的編碼相結(jié)合，能夠很大程度地克服信道衰落、提高系統(tǒng)性能，因而備受關(guān)注。
空時(shí)編碼(Space-Time-Coding)技術(shù)是在1998年由Tarokh等人提出的一項(xiàng)基于發(fā)射分集的技術(shù)。Tarokh等人認(rèn)為，如果在發(fā)射端采用適合多的天線傳輸?shù)木幋a技術(shù)，同時(shí)在接收端進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)，能夠獲得很大的性能增益。信息論研究表明，假設(shè)多天線系統(tǒng)有M根發(fā)射天線和N根接收天線，并假設(shè)在窄帶慢衰落的信道下，就可以建立M×N階反映信道特征的矩陣，其元素為獨(dú)立同分布的高斯隨機(jī)變量，這樣，系統(tǒng)可獲得的信道容量將比單天線高出min(M，N)倍，且總的發(fā)射功率保持不變。然而，由于衰落信道的瞬時(shí)信息難以捕捉，因此，發(fā)射端必須采用信道編碼技術(shù)，以保證在多數(shù)信道情況下獲得比較好的性能，這種信道編碼本質(zhì)上是在時(shí)間上和空間上的兩維編碼，也就是空時(shí)編碼。
基于發(fā)射分集的空時(shí)編碼主要有兩種空時(shí)分組碼(STBC，Space Time BlockCode)和空時(shí)格碼(STTC，Space Time Trellis Code)。空時(shí)格碼是Tarokh等人在1998年提出的，空時(shí)格碼將編碼、調(diào)制、發(fā)射分集結(jié)合在一起，可以同時(shí)獲得分集增益和編碼增益，并且使得系統(tǒng)的性能有很大提高，但是，由于其采用基于歐氏距離的Viterbi譯碼，因此譯碼復(fù)雜度較高，而且譯碼復(fù)雜度將隨著傳輸速率的增加呈指數(shù)增加。而空時(shí)分組碼是Alamouti在1998年提出的，空時(shí)分組碼是將同一信息經(jīng)過正交編碼后從兩根天線上發(fā)射出去，兩路信號(hào)由于具有正交性，在接收端只需做簡(jiǎn)單的線性合并就可以獲得增益?？諘r(shí)分組碼由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和良好的性能得到了廣泛的研究，并很快進(jìn)入了3GPP。但是，空時(shí)分組碼的構(gòu)建還存在一定的問題，對(duì)于復(fù)數(shù)信號(hào)，當(dāng)發(fā)射天數(shù)大于2時(shí)是否存在編碼速率為1的碼組還有待更深入的研究，而且空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案只適用于準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是在多輸入多輸出、碼分多址系統(tǒng)中提供一種聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案，用于解決傳統(tǒng)空時(shí)分組碼發(fā)射分集中當(dāng)發(fā)射天數(shù)大于2時(shí)編碼效率不高的缺點(diǎn)，并且能夠有效地對(duì)抗快衰落多徑信道。
技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)特征是聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集的方法。
碼分多址系統(tǒng)中的聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案是采用空時(shí)發(fā)射分集方法，即對(duì)分組內(nèi)的信息符號(hào)分別采用不同的正交擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻后疊加在一起，然后通過不同的天線分別延遲不同的符號(hào)周期發(fā)射出去。具體方法為發(fā)射端設(shè)有M根發(fā)射天線1)、首先對(duì)輸入信息進(jìn)行分組，每組含有M個(gè)符號(hào)bM＝[b1，b2..bm..bM]，
2)、將分組后的每一個(gè)信息符號(hào)乘以一個(gè)擴(kuò)頻碼后疊加起來(lái)，形成組合信息，3)、每根發(fā)射天線延遲相應(yīng)的符號(hào)周期后將組合信息發(fā)射出去，第m根發(fā)射天線延遲m-1個(gè)符號(hào)周期；接收端設(shè)有N根接收天線21)、首先收集M個(gè)符號(hào)周期的接收信息，22)、將這M個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收的信息組成一個(gè)碼陣，23)、利用信道信息和發(fā)射時(shí)所采用的M個(gè)擴(kuò)頻碼構(gòu)造等效的信道矩陣，24)、利用等效的信道矩陣對(duì)接收信息進(jìn)行線性合并，25)、將所有接收天線上的信息做同樣的處理后進(jìn)行求和，26)、最后對(duì)求和的信息進(jìn)行判決，恢復(fù)發(fā)射信息。
空時(shí)分組碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一是正交設(shè)計(jì)，即空時(shí)分組碼矩陣滿足正交性，但是，對(duì)于復(fù)信號(hào)且發(fā)射天線數(shù)大于2時(shí)，目前還沒有這樣的碼陣滿足正交條件使得編碼效率為1；另外，空時(shí)分組碼的譯碼有個(gè)限制條件，那就是在準(zhǔn)靜態(tài)信道下，即在一個(gè)碼組內(nèi)信道不變，這在實(shí)際應(yīng)用中很難滿足。
本方案是一種MIMO CDMA系統(tǒng)中的聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集，它將輸入信息符號(hào)進(jìn)行分組，每組內(nèi)的符號(hào)分別采用不同的正交擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻后疊加在一起，然后通過不同的天線分別延遲不同的符號(hào)周期發(fā)射出去。這種聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案適用于任意信號(hào)及任意的發(fā)射天線數(shù)，并且能夠有效地對(duì)抗快衰落多徑信道。
有益效果使用本方案有如下優(yōu)點(diǎn)1、克服了空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案中對(duì)于復(fù)信號(hào)當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于2時(shí)編碼效率不高的缺點(diǎn)，而本方案適用于任何信號(hào)及任意的發(fā)射天線數(shù)。
2、本方案能夠有效地對(duì)抗快衰落多徑信道，而空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案只適用于準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道。


圖1是在單徑衰落信道環(huán)境下空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案和聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案的誤碼性能比較。
圖2是在四徑衰落信道環(huán)境下空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案和聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案的誤碼性能比較。圖中，STBC表示空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案；UD-STTD表示聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案。
圖3是發(fā)射端設(shè)有M根發(fā)射天線的步驟框圖。
圖4是接收端設(shè)有N根接收天線的步驟框圖。
具體實(shí)施例方式
聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集(UD-STTD)方法對(duì)于具有M根發(fā)射天線、N根接收天線的MIMO CDMA系統(tǒng)，輸入信息符號(hào)首先被分組，每組含有M個(gè)符號(hào)(bM＝b1，b2..bm..bM])，其中bM表示信息符號(hào)向量，bm表示信息符號(hào)。將這M個(gè)符號(hào)分別采用不同的正交擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻后疊加在一起，然后通過不同的天線分別延遲不同的符號(hào)周期發(fā)射出去。發(fā)射的碼陣如下(以兩發(fā)射天線為例，行代表發(fā)射天線數(shù)，列代表符號(hào)周期數(shù))B2=b1c1T+b2c2Tb1c1T+b2c2T---(1)]]>其中cm=1/Q[cm,1,cm,2...cm,q...cm,Q]]]>表示第m個(gè)符號(hào)的擴(kuò)頻碼，cm，q＝±1，Q是擴(kuò)頻增益，B2表示組合信息矩陣，T表示轉(zhuǎn)置。
第n根接收天線上的M個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)可表示為Rn=h2,nTB2+ξn=h1,nb1c1T+h1,nb2c2Th2,nb1c1T+h2,nb2c2TT+ξn---(2)]]>＝[rn，1，rn，2]+ζn其中h2，n＝[h1，n，h2，n]T表示信道向量，hm，n表示第m根發(fā)射天線到第n根接收天線間的信道參數(shù)。ζn是方差為σ2I的高斯白噪聲向量，rn，m代表rn，1，rn，2中之一，表示第n根接收天線第m個(gè)符號(hào)周期的接收信號(hào)。假設(shè)信道參數(shù)向量h2，n＝[h1，n，h2，n]T已估計(jì)出，構(gòu)造等效信道向量G2,n=h1,nc1h2,nc1h1,nc2h2,nc2,]]>則原發(fā)射信息解得為
其中 表示b2＝[b1，b2]的估計(jì)，H表示共軛轉(zhuǎn)置。對(duì)于N根接收天線，則 其中Dec(.)表示判決。
聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集和空時(shí)分組碼在MIMO CDMA系統(tǒng)中發(fā)送碼字的比較表1給出了聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案(UD-STTD)和空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案(STBC)在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)發(fā)送信號(hào)的比較(發(fā)射天線數(shù)M＝2)。
表1 仿真比較將空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案和聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案在MIMO CDMA系統(tǒng)下同一環(huán)境中進(jìn)行仿真比較。假設(shè)用戶數(shù)K＝4，信源為2PSK信號(hào)，擴(kuò)頻碼采用32位Walsh碼，多址干擾MAI＝10dB，信道分別采用單徑瑞利衰落信道和四徑瑞利衰落信道，四徑瑞利衰落信道時(shí)，各徑延遲相差一個(gè)碼片周期且各徑衰落幅度相差4dB。
仿真結(jié)果如圖1和圖2所示(圖中誤碼率是在接收5000個(gè)符號(hào)取平均后得到的)。
圖1是在單徑衰落信道環(huán)境下的誤碼性能比較，從圖中可以看出，無(wú)論是兩發(fā)一收還是兩發(fā)兩收情況下，兩種方案的誤碼性能比較接近。圖2是在四徑衰落信道環(huán)境下的誤碼性能比較，從圖中可以看出，無(wú)論是兩發(fā)一收還是兩發(fā)兩收情況下，聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案都比空時(shí)分組碼發(fā)射分集方案的誤碼性能好，這說(shuō)明聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案抗多徑衰落能力強(qiáng)。
具體步驟一、發(fā)射端(假設(shè)有M根發(fā)射天線)
1、首先對(duì)輸入信息進(jìn)行分組，每組含有M個(gè)符號(hào)(bM＝[b1，b2..bm..bM])。
2、將分組后的每一個(gè)信息符號(hào)乘以一個(gè)擴(kuò)頻碼后疊加起來(lái)，形成組合信息。(以兩根發(fā)射天線為例)b1c1T+b2c2T]]>3、每根發(fā)射天線延遲相應(yīng)的符號(hào)周期后將組合信息發(fā)射出去(第m根發(fā)射天線延遲m-1個(gè)符號(hào)周期)發(fā)射的碼陣如下(行代表發(fā)射天線數(shù)，列代表符號(hào)周期數(shù))B2=b1c1T+b2c2Tb1c1T+b2c2T]]>其中cm=1/Q[cm,1,cm,2...cm,q...cm,Q]]]>表示第m個(gè)符號(hào)的擴(kuò)頻碼，cm，q＝±1，Q是擴(kuò)頻增益。
二、接收端(N為接收天線數(shù)，仍以2根發(fā)射天線為例)1、首先收集M個(gè)符號(hào)周期的接收信息。
2、將這M個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收的信息組成一個(gè)碼陣，假設(shè)h2，n＝[h1，n，h2，n]T為這2根發(fā)射天線到第n根接收天線的信道參數(shù)向量，其中hm，n表示第m根發(fā)射天線到第n根接收天線間的信道參數(shù)，則第n根接收天線上的2個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的接收信號(hào)可表示為(假設(shè)同步機(jī)制完善且無(wú)ISI和ICI)Rn=h2,nTB2+ξn=h1,nb1c1T+h1,nb2c2Th2,nb1c1T+h2,nb2c2TT+ξn]]>＝[rn，1，rn，2]+ζn其中ζn是方差為σ2I的高斯白噪聲向量3、利用信道信息和發(fā)射時(shí)所采用的M個(gè)擴(kuò)頻碼構(gòu)造等效的信道矩陣。
G2,n=h1,nc1h2,nc1h1,nc2h2,nc2]]>4、利用等效的信道矩陣對(duì)接收信息進(jìn)行線性合并RnG2,nH=Σm=12|hm,n|2[b1,b2]+ξnG2,nH]]>
5、將所有接收天線上的信息做同樣的處理后進(jìn)行求和Σn=1NRnG2,nH=Σn=1NΣm=12|hm,n|2[b1,b2]+Σn=1NξnG2,nH]]>6、最后對(duì)求和的信息進(jìn)行判決，恢復(fù)發(fā)射信息 其中Dec(.)表示判決。
權(quán)利要求
1.一種碼分多址系統(tǒng)中的聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案，其特征是采用空時(shí)發(fā)射分集方法，即對(duì)分組內(nèi)的信息符號(hào)分別采用不同的正交擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻后疊加在一起，然后通過不同的天線分別延遲不同的符號(hào)周期發(fā)射出去；具體方法為發(fā)射端設(shè)有M根發(fā)射天線1)、首先對(duì)輸入信息進(jìn)行分組，每組含有M個(gè)符號(hào)bM＝[b1，b2..bm..bM]，2)、將分組后的每一個(gè)信息符號(hào)乘以一個(gè)擴(kuò)頻碼后疊加起來(lái)，形成組合信息，3)、每根發(fā)射天線延遲相應(yīng)的符號(hào)周期后將組合信息發(fā)射出去，第m根發(fā)射天線延遲m-1個(gè)符號(hào)周期；接收端設(shè)有N根接收天線21)、首先收集M個(gè)符號(hào)周期的接收信息，22)、將這M個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收的信息組成一個(gè)碼陣，23)、利用信道信息和發(fā)射時(shí)所采用的M個(gè)擴(kuò)頻碼構(gòu)造等效的信道矩陣，24)、利用等效的信道矩陣對(duì)接收信息進(jìn)行線性合并，25)、將所有接收天線上的信息做同樣的處理后進(jìn)行求和，26)、最后對(duì)求和的信息進(jìn)行判決，恢復(fù)發(fā)射信息。
全文摘要
碼分多址系統(tǒng)中的聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案是多輸入多輸出、碼分多址系統(tǒng)中空時(shí)發(fā)射分集的一種解決方案，主要用于解決MIMO CDMA系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)空時(shí)分組碼發(fā)射分集方法時(shí)編碼效率不高及對(duì)抗快衰落多徑信道的問題，該方案采用空時(shí)發(fā)射分集方法，即對(duì)分組內(nèi)的信息符號(hào)分別采用不同的正交擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻后疊加在一起，然后通過不同的天線分別延遲不同的符號(hào)周期發(fā)射出去。這種聯(lián)合延遲空時(shí)發(fā)射分集方案適用于任意信號(hào)及任意的發(fā)射天線數(shù)。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1787401SQ200510095388
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者傅洪亮, 酆廣增 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)