專(zhuān)利名稱(chēng)：基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，涉及Alamouti編碼方法，特別涉及一種基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，可用于兩發(fā)一收的多天線(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
下一代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是采用了多輸入多輸出MMO系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)相比，MMO系統(tǒng)的信道容量可以成倍的提高。MMO傳輸方案一般分為兩類(lèi)空間復(fù)用和發(fā)射分集。復(fù)用可以提高系統(tǒng)容量，而分集可以提高可靠性。為了能獲得MMO系統(tǒng)的全部分集增益，Alamouti提出了空時(shí)塊碼STBC方案，其實(shí)質(zhì)是將同一信息經(jīng)過(guò)正交編碼后從兩根天線(xiàn)上發(fā)送出去，由于兩路信號(hào)的正交性，接收端只需做簡(jiǎn)單的線(xiàn)性合并就可以獲得全部分集增益。Alamouti編碼因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良 好而備受關(guān)注，并且已經(jīng)進(jìn)入了 3GPP標(biāo)準(zhǔn)。然而在傳統(tǒng)的基于線(xiàn)性合并的Alamouti空時(shí)碼傳輸方案中，兩個(gè)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送的信號(hào)是由兩個(gè)無(wú)協(xié)作關(guān)系的星座符號(hào)通過(guò)線(xiàn)性合并得到，這種方案下系統(tǒng)的抗衰落能力差，誤塊性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足，提出一種基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，提高系統(tǒng)的抗衰落能力，降低誤塊率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是將輸入信息比特流經(jīng)串并變換分為三路，分別進(jìn)行星座映射，根據(jù)映射后的三個(gè)符號(hào)構(gòu)造兩個(gè)協(xié)作星座符號(hào)，再對(duì)兩個(gè)協(xié)作星座符號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性組合得到兩個(gè)發(fā)送符號(hào)并采用Alamouti空時(shí)碼的形式將這兩個(gè)符號(hào)從兩根天線(xiàn)發(fā)送出去。其具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下I)發(fā)送端根據(jù)選擇的調(diào)制星座將輸入信息比特流中每L個(gè)比特分為3組，第一組的比特?cái)?shù)為1，第二組的比特?cái)?shù)L1，為第三組的比特?cái)?shù)為L(zhǎng)2，其中L1X), L2>0, L = Li+L2+1 ；2)根據(jù)第二組比特的比特?cái)?shù)L1,生成第一調(diào)制星座Y1，根據(jù)第三組比特的比特?cái)?shù)L2，生成第二調(diào)制星座Y2 ；3)選取協(xié)作星座X = {1，j}，其中j為虛數(shù)單位，根據(jù)協(xié)作星座X將第一組比特映射為X中的協(xié)作符號(hào)X，根據(jù)第一調(diào)制星座Y1將第二組比特映射為Y1中的第一調(diào)制符號(hào)yi，根據(jù)第二調(diào)制星座Y2將第三組比特映射為Y2中的第二調(diào)制符號(hào)y2 ；4)根據(jù)上述協(xié)作符號(hào)X、第一調(diào)制符號(hào)Y1和第二調(diào)制符號(hào)y2，按如下公式得到兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z9
V1V，= — ,r2 = ^ ；
XX5)將上述兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z2進(jìn)行線(xiàn)性組合，得到兩個(gè)待發(fā)送的符號(hào)S1和
S2 6)將上述兩個(gè)待發(fā)送的符號(hào)S1和S2按Alamouti空時(shí)碼的形式發(fā)送即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，兩根天線(xiàn)分別發(fā)送符號(hào)S1和S2，在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，兩根天線(xiàn)分別發(fā)送符號(hào) 和4,其中，*表示取共軛運(yùn)算；7)接收端在兩個(gè)連續(xù)符號(hào)周期內(nèi)接收上述發(fā)送的符號(hào)，即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收端接收到的信號(hào)為A，在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收端接收到的信號(hào)為r2，并根據(jù)兩個(gè)接收信號(hào)A和r2得到復(fù)合接收信號(hào)向量f ;8)根據(jù)上述復(fù)合接收信號(hào)向量f計(jì)算迫零檢測(cè)解向量zZ1 = II r其中，H ‘為加權(quán)信道矩陣H的逆矩陣；9)對(duì)迫零檢測(cè)解向量& =[U12f采用最大似然估計(jì)算法進(jìn)行第一層判決，得到之的最大似然估計(jì)符號(hào)向量A1 =[Hf;對(duì)迫零檢測(cè)解向量毛乘以虛數(shù)單位j得到逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)90°的迫零檢測(cè)解向量I=兔=[爲(wèi)，再對(duì)該迫零檢測(cè)解向量I采用最大似然估計(jì)算法進(jìn)行第一層判決，得到的最大似然估計(jì)符號(hào)向量fi2 =Iu2iA2T，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算；10)根據(jù)上述士和A1，計(jì)算迫零檢測(cè)解向量4與士的最大似然估計(jì)符號(hào)向量A1的歐式距離平方4 =K -il||，根據(jù)上述SjPA2，計(jì)算迫零檢測(cè)解向量^與^的最大似然估計(jì)符號(hào)向
量A2的歐式距離平方色=IH-til2，根據(jù)\和S 2進(jìn)行第二層判決，如果S1 < S2，則判決結(jié)果為$ = I，% — W11，=式2;否貝U，判決結(jié)果為S = _/，A = W21 ^y2 — W22 ；11)根據(jù)協(xié)作星座X對(duì)判決結(jié)果^進(jìn)行逆映射得到第一組判決比特，根據(jù)第一調(diào)制星座Y1對(duì)判決結(jié)果免進(jìn)行逆映射得到第二組判決比特，根據(jù)第二調(diào)制星座Y2對(duì)判決結(jié)果兔進(jìn)行逆映射得到第三組判決比特，將三組比特按比特分組規(guī)則組合為L(zhǎng)個(gè)比特。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明在發(fā)送端利用協(xié)作信號(hào)分解原理進(jìn)行協(xié)作星座調(diào)制設(shè)計(jì)，與線(xiàn)性合并方式相比，在相同的頻譜效率下獲得了更好的誤塊性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗衰落能力；2)本發(fā)明可以靈活配置星座，適用于自適應(yīng)調(diào)制；3)本發(fā)明采用的調(diào)制信號(hào)特性和傳統(tǒng)的M-QAM信號(hào)特性不同，其調(diào)制方式難以識(shí)另IJ，增強(qiáng)了通信保密性。


圖I是本發(fā)明的流程圖；圖2是本發(fā)明生成的星座圖；圖3是本發(fā)明的誤塊率性能仿真圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方法作進(jìn)一步的描述。參照?qǐng)DI，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟包括步驟I :發(fā)送端根據(jù)選擇的調(diào)制星座將輸入信息比特流每L個(gè)比特分為3組，第一組的比特?cái)?shù)為1，第二組的比特?cái)?shù)為L(zhǎng)1，第三組的比特?cái)?shù)為L(zhǎng)2。LpL2的計(jì)算規(guī)則為當(dāng)L為奇數(shù)時(shí)/, =/。當(dāng)L為偶數(shù)時(shí)山= T--l ,h =每。這里比特分組有多種方式，例如第
一種方式第一比特為第一組，第2 U+1個(gè)比特為第二組，第U+2 L個(gè)比特流為第三組；第二種方式第L比特為第一組，第Il1比特為第二組，第U+1 L-I比特為第三組；第三種方式第U+1比特為第一組，第I L1比特為第二組，第U+2 L個(gè)比特流為第三組。這里以第一種方式為例。步驟2 :根據(jù)第二組比特的比特?cái)?shù)L1，生成第一調(diào)制星座Y1，根據(jù)第三組比特的比特?cái)?shù)L2,生成第二調(diào)制星座\。2a)根據(jù)第二組比特的比特?cái)?shù)L1，生成第一調(diào)制星座Y1，按如下規(guī)則進(jìn)行當(dāng)L:=2時(shí),第一調(diào)制星座Y1為{1+j, 3-j, -1-j, -3+j}，j表不虛數(shù)單位；當(dāng)L1X)且L1古2時(shí),從傳統(tǒng)的2AliQAM星座中選取2Zl個(gè)星座點(diǎn)得到第一調(diào)制星 座1，是遍歷2Zl+iQAM星座的星座點(diǎn)，從中選擇與復(fù)數(shù)1+j歐式距離平方為8的倍數(shù)的星座點(diǎn)作為第一調(diào)制星座Y1的星座點(diǎn)，如圖2所示。其中圖2 (a)是當(dāng)L1=I時(shí)，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成了 4QAM星座；圖2 (b)是當(dāng)L1=2時(shí)，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成了星座{l+3j，1+j，3_j，
1-j,-l-3j,-1-j,-3+j,-1+j};圖2 (0)是1^=3時(shí)，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成了 16QAM星座；圖
2(d)是當(dāng)L1=4時(shí)，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成了 32QAM星座；圖2 (e)是當(dāng)L1=5時(shí)，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成了 64QAM星座。圖2中實(shí)心點(diǎn)構(gòu)成了第一調(diào)制星座Y1,空心點(diǎn)為Y1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后得到，實(shí)心點(diǎn)與空心點(diǎn)構(gòu)成的星座圖具有旋轉(zhuǎn)90°，180° ,270°不變性。2b)根據(jù)第三組的比特?cái)?shù)L2,生成第二調(diào)制星座Y2,按如下規(guī)則進(jìn)行當(dāng)L2=2 時(shí),第二調(diào)制星座 Y1 為{1+j, 3-j, -1-j, -3+j}；當(dāng)L2>0且L2關(guān)2時(shí),從2〃:! QAIVl星座中選取2 個(gè)星座點(diǎn)得到第二調(diào)制星座Y2,是遍歷fdQAM星座的星座點(diǎn)，從中選擇與復(fù)數(shù)1+j歐式距離平方為8的倍數(shù)的星座點(diǎn)作為第二調(diào)制星座Y2的星座點(diǎn)。步驟3 :選取協(xié)作星座X = {1，j}，其中j為虛數(shù)單位，根據(jù)協(xié)作星座X將第一組比特映射為X中的協(xié)作符號(hào)X，根據(jù)第一調(diào)制星座Y1將第二組比特映射為Y1中的第一調(diào)制符號(hào)Y1，根據(jù)第二調(diào)制星座Y2將第三組比特映射為Y2中的第二調(diào)制符號(hào)y2。步驟4 :對(duì)上述協(xié)作符號(hào)X、第一調(diào)制符號(hào)Y1、第二調(diào)制符號(hào)y2按如下公式得到兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z2 Z1 = — ,Z2 =—,
XX當(dāng)X = I時(shí),第一調(diào)制星座Y1和第二調(diào)制星座Y2保持不變,當(dāng)X = j時(shí),第一調(diào)制星座Y1和第二調(diào)制星座Y2同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。步驟5 :對(duì)上述兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z2進(jìn)行線(xiàn)性組合得到兩個(gè)待發(fā)送的符號(hào)S1和S2
S,I 「/= r =Pz ,
^2J [I -Kj [z2其中P= j ^為功率歸一化矩陣，I = & = ^+F，El為第一星座Yi中星座點(diǎn)的平均能量，E2為第二調(diào)制星座Y2中星座點(diǎn)的平均能量；z = [Z1, z2]t為協(xié)作調(diào)制符號(hào)向量，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算。步驟6 :對(duì)上述81和S2按Alamouti空時(shí)碼的形式發(fā)送出去第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，兩根天線(xiàn)分別發(fā)送符號(hào)S1和S2，第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，兩根天線(xiàn)分別發(fā)送符號(hào)-<和<，其中，*表示取共軛運(yùn)算。步驟7 :接收端在兩個(gè)連續(xù)符號(hào)周期內(nèi)接收發(fā)送端發(fā)送的符號(hào)，即在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收端接收到的信號(hào)為^，在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收端接收到的信號(hào)為r2，并根據(jù)兩個(gè)接收信號(hào)A和r2構(gòu)造復(fù)合接收信號(hào)向量？=[小<廣。7a)第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，接收端接收到的信號(hào)為ri T1 = Ii1SAh2S2+]!"其中，r:表示接收端在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收的信號(hào)；Sl和S2分別表示發(fā)送端兩根天線(xiàn)在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的發(fā)送信號(hào)表示第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)發(fā)送端第一根發(fā)送天線(xiàn)和接收端天線(xiàn)之間的信道傳輸系數(shù)，h2表示第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)發(fā)送端第二根發(fā)送天線(xiàn)和接收端天線(xiàn)之間的信道傳輸系數(shù)表示接收端在第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的噪聲，噪聲服從均值為零、方差為O2的高斯分布；7b)第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，接收端接收到的信號(hào)為r2 r2 = -HlSt2 + H2S1 + W2，其中，r2表示接收端在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收的信號(hào)W和-^分別表示發(fā)送端在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)兩根天線(xiàn)的發(fā)送信號(hào)表示第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)發(fā)送端第一根發(fā)送天線(xiàn)和接收端天線(xiàn)之間的信道傳輸系數(shù)，h2表示第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)發(fā)送端第二根發(fā)送天線(xiàn)和接收端天線(xiàn)之間的信道傳輸系數(shù)；n2表示接收端在第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的噪聲，噪聲服從均值為零、方差為O2的高斯分布；7c)根據(jù)第一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收到的信號(hào)T1和第二個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收到的信號(hào)r2得到復(fù)合接收信號(hào)向量i=:
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權(quán)利要求
1.一種基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法,包括如下步驟 .1)發(fā)送端根據(jù)選擇的調(diào)制星座將輸入信息比特流中每L個(gè)比特分為3組，第一組的比特?cái)?shù)為I，第二組的比特?cái)?shù)L1，為第三組的比特?cái)?shù)為L(zhǎng)2，其中L1X), L2>0, L = Li+L2+1 ； .2)根據(jù)第二組比特的比特?cái)?shù)L1，生成第一調(diào)制星座Y1，根據(jù)第三組比特的比特?cái)?shù)L2,生成第二調(diào)制星座Y2 ； .3)選取協(xié)作星座X= {1，j}，其中j為虛數(shù)單位，根據(jù)協(xié)作星座X將第一組比特映射為X中的協(xié)作符號(hào)X，根據(jù)第一調(diào)制星座Y1將第二組比特映射為Y1中的第一調(diào)制符號(hào)yi，根據(jù)第二調(diào)制星座Y2將第三組比特映射為Y2中的第二調(diào)制符號(hào)y2 ； .4)根據(jù)上述協(xié)作符號(hào)x、第一調(diào)制符號(hào)yi和第二調(diào)制符號(hào)y2，按如下公式得到兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z2 :
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中所述步驟I)中的第二組比特的比特?cái)?shù)L1和第三組比特的比特?cái)?shù)L2的計(jì)算規(guī)則為當(dāng)總比特?cái)?shù)L為奇數(shù) 時(shí)
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中所述步驟2)中生成第一調(diào)制星座Y1，按如下規(guī)則進(jìn)行 當(dāng)Li=2時(shí),第一調(diào)制星座Y1為{l+j，3_j, -1-j, -3+j}, j表不虛數(shù)單位； 當(dāng)L1X)且L1古2時(shí)，從2il+1 QAM星座中選取2々個(gè)星座點(diǎn)得到第一調(diào)制星座Y1，是遍歷2^QAM星座的星座點(diǎn)，從中選擇與復(fù)數(shù)1+j歐式距離平方為8的倍數(shù)的星座點(diǎn)作為第一調(diào)制星座Y1的星座點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中所述步驟2)中生成第二調(diào)制星座Y2，按如下規(guī)則進(jìn)行 當(dāng)L2=2時(shí)，第二調(diào)制星座Y2為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中所述步驟5)中將兩個(gè)協(xié)作調(diào)制符號(hào)Z1和Z2進(jìn)行線(xiàn)性組合，得到兩個(gè)待發(fā)送的符號(hào)S1和S2,按如下公式進(jìn)行
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中所述步驟7)中的復(fù)合接收信號(hào)向量f為
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，其中步驟9)所述的采用最大似然估計(jì)算法對(duì)迫零檢測(cè)解向量A和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°的迫零檢測(cè)解向量i2進(jìn)行最大似然估計(jì)，按如下公式進(jìn)行
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于協(xié)作星座映射的Alamouti編碼方法，主要解決線(xiàn)性合并方式下Alamouti空時(shí)碼誤塊率高、抗衰落能力差的問(wèn)題。該方法包括將發(fā)送端的比特流分為3組，生成調(diào)制星座對(duì)3組比特進(jìn)行映射；構(gòu)造協(xié)作調(diào)制符號(hào)并對(duì)其進(jìn)行組合得到發(fā)送符號(hào)，采用Alamouti空時(shí)碼發(fā)送該符號(hào)；接收端在兩個(gè)符號(hào)周期內(nèi)接收信號(hào)并構(gòu)造復(fù)合接收信號(hào)向量，根據(jù)該向量計(jì)算迫零檢測(cè)解向量；采用最大似然估計(jì)算法對(duì)迫零檢測(cè)解向量進(jìn)行第一層判決；計(jì)算歐式距離并進(jìn)行第二層判決，對(duì)判決結(jié)果進(jìn)行星座逆映射并組合得到比特流。本發(fā)明通過(guò)協(xié)作星座映射方式，獲得了更好的誤塊性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗衰落能力，同時(shí)增強(qiáng)了通信的保密性，可用于兩發(fā)一收的多天線(xiàn)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L1/06GK102724028SQ20121020791
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者宮豐奎, 李靖, 王勇, 王輝, 葛建華 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)