基于MATLAB的差分空时酉群码的仿真实现

山西电子技术应用实践2006年第4期基于 MATLAB的差分空时酉群码的仿真实现孔昭煜王玉龙张军解放军理工大学通信工程学院南京2100070摘要 MATLAB是一个功能强大的仿真软件被广泛应用于很多工程领域。首先介绍了差分空时酉群码的编译码原理在此基础上在 MATLAB中对瑞利慢袞落信道下的差分空时酉群码的性能进行了仿真并与相同信道条件下具有理想信道估计的空时分组码的性能进行了比较仿真和分析结论表明了差分空时码的优越性。关键词差分空时西群码真中图分类号:IP391.9文献标识码0引言例如,当nr=L=2时,令D,C=近年来差分空时码 Differential Space-Time Code)受到广泛关注。这是由于当接收端没有信道状态信息时它可10101则DC是BPSK调制星座A={1确保系统获得满天线分集因而可以減小接收设备的实现复1}的群码信息比特与酉矩阵的映射关系为杂度增加有效的传输带宽。本文在分析了差分空时西群码信息比特BPSK符号酉矩阵( Differential Space- Time Unitary Group(ode)编译码算法的基础上,利用 MATLAB对瑞利慢衰落信道下的两发一收BPSK差分空时酉群码的性能进行了仿真仿真结果显示了差分空时酉群码的良好性能图1BPSK时信息比特与酉矩阵的映射关系差分空时酉群码的编码当nr=L=2时令D2000年 hughes提出了具有群结构的空时码。对于发11射天线数为n且调制星座为A的系统令C为一群L×LC=0酉矩阵其中L≥n。对于任何G∈C0110L0QPSK调制星座A={1,,-1,-j}的群码,信息比特与GHG=GG=I(1)酉矩阵的映射关系为假设存在一个nr×L矩阵D使得对群中的任何一个信息比特K符号西矩阵酉矩阵G来说JG产生了一个n×L矩阵且这个矩阵的非零项是信号星座集A的元素。即01DG∈A"xL(对于所有G∈C)则矩阵集DC=DG|G∈C}就构成了空时群码。集合中的每个矩阵都在信号星座A上为nr根发射天线指定了长为L的空时传输码字。图2QPSK时信息比特与酉矩阵的映射关系如果矩阵D满足对上述空时酉群码应用差分调制方案进行编砜(如图3D DH=LIT(3)所示)那么可以得到信息空时调制(DG)(DG)=LI差分调制X=DX1=XG4X2=XG2X3=X2G…这种情况下式2)的群码是空时酉群码。图3差分空时酉群码42山西电子技术2006年在第t个编码分组中将log2|C|个信息比特映射到群%瑞利慢衰落信道H参数码C中并选择酉矩阵Gn其中Z∈,12灬…,,C|-1}CH=rand( 2 1 sgr( 2 )+j* rand( 2 , 1 ysqr( 2)表示群C中矩阵数目。为了初始化差分传输在L个符号H=[HHJ周期上从m根发射天线发送X=D2差分编码准则为%生成加性高斯白噪声sig= sqrd 1/( 10( snr/10 )))群结构确保了当X-1∈A"时X∈A"rn=sig *(randr( 1 2)+j* rand( 1 2))2差分空时酉群码的译码%接收参考信号基于当前和先前接收信号矩阵的差分空时译码为Z,=arg maxReTrIR - RH]Ri)=tem( 1 i ) tem(2 i)arg maxReTriG y(6)其中R为m×L矩阵表示第t个发射分组的接收信号。R=R+NReIr代表迹的实部Q=,12灬,C|-1}空时酉群码O=[10的最大似然差分译码的接收机框图如图4所示。接收机通过最大似然差分译码选择群中最佳的酉矩阵再通过逆映G1=[01射确定出相应的信息序列。10]Rrc()上for i= 1 'symbol per- frameRoTr[G .)1选择最大值if bit- sed(i)==0G=GOReTr(Gd)G=GI图4空时酉群码的最大似然差分译码的接收机框图3 MATLAB仿真实现%发送矩阵Ⅹ= X ref *(以上分析了差分空时酉群码编译码箅法,下面利用%接收信号MATLAB对瑞利慢衰落信道下的两发一收BPsK差分空时酉群码的性能进行仿真。for il=1习3.1差分空时酉群码编码的仿真实现n=sig *(randn+j*randn)假设帧长度为130个符号一帧内衰落参数不变,并且R new il)=tem( 1 il ) tem( 2 il )+ N在帧与帧之间相互独立。对一帧信息序列进行编码的代码如下:R=[ R, new];%所有接收信号%初始化变量%更新参考信号ol- per frame= 130err sum frame=03.2差分空时酉群码译码的仿真实现err sum bit=0利用式6所示的差分译码算法进行最大似然译码的代R气[]码如下%生成信息序列for n= 1 symbol_ per- framebit- seq=mod( round(( rand( 1 symbol- per- frame )for i=1 210))2)RIi)=K2兴(n-1)+i)初始化差分传输RXi)R2*n+iD=[1-1第4期孔昭煜等基于 MATLAB的差分空时酉群码的仿真实现43y=max yl y2)if ylmRx空时分组码(其有理想信道钻计)decode )=0非维菲decode)=1}→err-sumbit=err.sum-bit+ sun( mo((decode-bit_ seq)2));%计算误比特数%计算误比特率 ot frame_x为总共发射的帧数unitary ber( snr )=err_ sum bit/( tot_ frame_tx图5瑞利慢衰落信道下的两发一收symbol. per- frameBPSK差分空时酉群码性能对比曲线3.3性能分析息因而可以大大减小接收设备的实现复杂度。而在一些很仿真结果表瞅图5)在瑞利慢衰落信道下两发一收难准确估计信道或准确估计信道代价很高的场合差分方案的BPSK差分空时酉群码与没有分集但具有理想信道估计的优势就更加显现出来。由此可以看出差分空时码具有广的单发单收的情况相比当信噪比较低时该方案性能略差,阔的应用前景。当信噪比较高时该方案具有明显的优势。由于差分空时分参考文献组码是在没有信道状态信息的情况下利用相邻两个接收信[1] Hughes B L. Differential space-time modulation[ J号的相关性进行译码的引入的噪声功率是具有理想信道估IEEE Trans Inform Theory 2000 2567-2578计的相干检测的噪声功率的2倍因此与具有理想信道估计[2] Hochwald B m, Marzetta T L." Unitary space-time的相干检测两发一收空时分组码相比,该方案的性能要差adulation for multenna communications IndbORayleigh flat fading"[J ] IEEE Trans Inform Theory结束语000543-564[3 Hochwald B M, Sweldens W. Differential unitary本文在分析了差分空时酉群码编译码原理基础上在MATLAB中对瑞利慢衰落信道下的两发一收BPSK差分空space-time modulation"[J ]. IEEE Trans Communi时西群码的性能进行了仿真和分析。仿真结果表明接收端不需要信道状态信息的差分空时西群码方案仍然可以获得[4] Branka Vucetic, Jinhong Yuan著王晓海等译空时编码技朮M]机械工业出版社2004良好的误比特性能。由于差分方案不需要知道信道状态信Simulation Implementation of Differential Space-TimeUnitary Group Code Based on MATLABKong Zhao-yu Wang Yu-long Zhang JunInstitute of Communications Engineering Science and Technology University of PLA, Nanjing Jiangsu 210007, ChinaAbstract: MATLAB is a powerful simulating software that has been used extensively in many engineering fields. In this paperthe performances of differential space- time unitary group code is simulated on slow Rayleigh fading channel in MATLAB on the basisof introducing the principle of differential space- time unitary group code and compared with StBC of perfect channel estimates undersame channel conditions. The simulation and analysis result shows the advantage of differential STBCKey words differential space-time unitary group code simulation