基于空时分组码及分层空时码的空时编码方案

大庆石油学学报第31卷第4期2007年8月JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTENo, 4 Aug. 2007基于空时分组码及分层空时码的空时编码方案于波12,张兴周2,李鸿林2(1.大庆石油学院电子科学学院,黑龙江大庆163318;2.哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨摘要:针对4个发射天线,提出一种结合空时分组码及分层空时码的混合编码方案,该方案首先把发送数据符号分成2块,对每块数据进行正交分组,每块数据符号矢量不再对应固定的天线,因此具有一定的交织增益,从而得到更高增益的发射分集;然后给出结合最小均方误差干扰抑制的最大似然解码方法的具体步骤,仿真结果表明:无论是在理想的瑞利衰落信道,还是在信道存在相关的情况下,该编码方案的误码率均优于传统的正交分组结合分层的混合空时编码方案关键词:混合空时码;空时分组码;分层空时码;发射分集中圈分类号:TN911.21文献标识码:A文章编号:1000-1891(2007)04-0070-03分层空时码和空时分组码是研究较为广泛的2种空时编码方法.分层空时码具有较高的频带利用率,而抗衰落性能较差;空时分组码具有发射分集,性能明显优于前者,但传输效率较低.结合空时分组码和分层空时码,可实现折衷考虑频带利用率和误码率性能的目的常规混合空时编码-3所采用的分组码均是经典的 Alamouti空时码“,其各层数据流对应固定的发射天线1混合编码系统模型多输入多输出通信系统中,L个符号周期接收天线信号矩阵r为r= HS+N,(1)式中:N为加性噪声矩阵,其元素为零均值,方差为G的复高斯随机变量;S为发射符号矩阵;H为准静态衰落信道矩阵,H=RHR/2,H。为瑞利信道矩阵,R,R分别为发射和接收相关矩阵混合空时编码中,经过串并转换后的发送数据被分成g层分组数据流和层直发数据流,各层分组数据流符号经过空时分组编码,分别与m;(i=1,2,…,g)个发射天线相对应,而各层直发数据流m1分别对应一个发射天线,若令M和M分别为发射天线和接收天线个数此时有∑m+m2=M,表示为(m对4个发射天线的混合空时编码系统,(2,2)混合空时编码方案的误码率性能要优于(2,1,1)和(3,1)两种混合编码方案3.在(2,2)混合空时编码方案中,空时分组码采用 Alamouti空时码,矩阵的各行向量对应不同的发射天线,各列分别对应不同的发射时刻,发射符号矩阵S为s1112521522新的混合空时码结构及解码算法新的混合空时编码发射端结构见图1.把串并转换后数据流码字符号送给空时块编码器,每2个码字收稿日期:2007-04-19;审稿人:王明吉;编辑:任志平作者简介:于波(1968-),男,博士生,讲师,主要从事通信编码及信号处理方面的研究第4期于波等:基于空时分组码及分层空时码的空时编码方案符号为1块,对2块码字进行块正交编码.发射码字矩线1,2→B1BB2输入线34B1}BB2 B1式中:B1=[s1s12J;B2=[sns2].接收信号矩阵图1新的混合空时码系统发射端结构为(4)式中:M为接收天线个数在新的编码方案中,把串并转换后的数据符号分为2层,每层数据及共轭冗余符号不再是层内分组编码后,由固定的天线对发射,而是把数据符号按层分块后交叉通过不同的天线对发射.这样,2层数据之间有一定的交织效果,可使编码得到更好的发射分集.解码算法步骤:(1)把接收信号矩阵按列拓展重构,拓展重构后的接收矩阵P为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为(2)釆用组干扰抑制的MMSE算法,得到干扰抑制后的子接收信号矩阵.第k层干扰抑制权矩阵Wmal= argmin E{‖W-hs‖2}=h;(HH"+dI2M.)-1,式中:[·卫为·]的共轭转置;I2M为2M,×2M,的标准单位矩阵;为加性复高斯噪声的方差.从而有f1=Mmse f= h,si+A,(3)利用式(9进行最大似然解码,得到估计数据符号:s1= argmin‖1-h1s1‖2(9)式中:1为首层分组码字符号的估计值,s1=[s1s1];Z为调制符号集(4)消除组干扰,得到第2层码字符号的估计值由Wm=h2h(h2h2+I2M)-1,即有P2=Wmn(r-h11)=h22+n2,从而根据s2= argmin i2-h2s2‖2,得到s2=[521,s2]为第2层分组码字符号的估计值无论是文中的混合空时编码方案,还是常规的混合空时编码方案,在采用MMSE逐次干扰抑制的最大似然解码时均可每个码字符号单独解码°,但成对解码时性能更好,当然,这是以复杂性增加为代价的常规混合空时码的信道重构矩阵H。可表示为12hil(10)大石油学院学报第31卷2007年3仿真分析仿真分析采用QPSK调制,每帧数据为120个数0文中混合空时码据符号,仿真帧数为104,信道为准静态瑞利衰落信道,发射天线数为4,采用文中给出的方法进行解码在天线不相关的情况下,常规的混合空时码与文中混合空时码的误码率BER随信噪比SNR变化关系曲线见图2.由图2可以看出,对于接收天线个数M,=2,在误码率为10-3时,文中混合空时码比常规的混10合空时码有1.5dB的增益;对于M=3,在误码率为15SNR/dB10ˉ‘时,文中混合空时码比常规的混合空时码有1.0图2接收天线数为2,3,4时BER与SNR的关系曲线dB的增益;对于M1=4,在误码率为10-时,文中的混常规混合空时码合空时码比常规的混合空时码有0.6dB的增益文中混合空时码SNR=10.0dB时,对M,=2,3,4接收条件下,发射天线存在相关时的SNR与相关因数P的关系曲线1044-+…见图3.此处假设空间相关矩阵R:为(p-)”(p-2)由图3看出,当p≤0.8时,文中混合空时编码误0.20.40.60.8编码在3种接收条件下均优于常规混合空时编码,而图3SNR为10.0dB、接收天线数为2,3,4时当ρ>0.8时,2种混合空时编码的性能严重下降BER与P的关系曲线结束语混合空时编码同时具有分层空时码和空时分组码的一些优点,与分层空时码相比具有更高的可靠性,与空时分组码相比具有更高的频带利用率.针对4发射天线的混合空时编码提出的新编码方案,无论是在理想瑞利信道下,还是在信道存在相关条件下,该混合空时码均比常规的4发射天线混合空时码具有更好的误码率性能参考文献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]张股,蒋铃鸽,何晨.一种针对混合空时编码解码方案的改进[].上海交通大学学报,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,许晓红,等.一种新的混合型空时编码研究[冂].探测与控制学报,2003,25(4):42-46[6 VUCETIC B, YUAN J H. Space-time coding[M]. Chichester: John Wiley &.Sons Ltd, 2003: 185-218