一种基于分布式发射天线的差分空时调制方法

第30卷第3期电子与信息学报Vol. 30No 32008年3月Journal of Electronics Information TechnologyMar 2008一种基于分布式发射天线的差分空时调制方法孙德福唐友喜邵士海李少谦〔电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都610054)摘要:在基于分布式发射天线的多入多出(、MIMO)系统中,由于各发射天线的发射信号不同时到达接收端,用于信道估计的导引设计及发射方法存在一定困难。针对这一问题,该文提出一种无需信道估计的分布式MIMO差分编码及检测方法:发送端将发射矩阵进行相位差分调制后发射,接收端利用前后接收量判断相位信息恢复出发送端数据信息。该方法频谱效率与 V-BLAST相同,适用于任意发射天线数和接收天线数,且不要求接收天线数大于发射天线数。仿真结果表明,在不同信道传播时延情况下,误码率性能不同。关键词:分布式发射天线;分布式多入多出;信道传播时延;差分检测中图分类号:TN914文献标识码:A文章编号:1009-5896(2008)03-075904Differential Space Time Modulation withDistributed Transmit AntennasSun De-fu Tang You-xi Shao Shi-hai Li Shao-qian(National key Lab of Communication, University of Electronic Science and Technology ofChina, Chengdu 610054, China)Abstract: It is difficult to estimate channel knowledge in multiple input multiple output system which based ondistributed antenna structure because the transmit signals are received asynchronously. aiming at this matter,adifferential encoding and detection scheme is proposed where channel estimation is not needed. The proposedscheme has the game spectral efficiency as V-BLAST scheme and can be applied to any number of transmitantenna and receive antenna, besides the number of receive antenna can be less than transmit antenna. Thesimulation results show that the ber performance is different corresponding to different channel propagationKey words: Distributed transmit antennas; Distributed Multiple Input Multiple Output(MIMO); Channelpropagation delay; Differential detection1引言速移动或者天线数目较多情况下,系统接收端难以获得准确近年来,分布式无线通信系统叫 distributed wireless的信道状态信息,因此,在分布式MINO系统中,研究无需ommunication system受到越来越多的关注,果用分布式天做信道估计的非相干检测技术很有必要。线结构的多入多出( Distributed Multiple Input Multiple国内外学者对同步MMO(信号同时发射,同时到达接收oupt;, Distributed MIMO)系统(本文简称为分布式端)差分检测技术进行了一定研究1,但是,在分布式MIMO,可以使得收发天线间的链路更加独立,空间相关性MMO系统中,由于发射天线在地域上的分布性引起各发射更弱,能达到更高的系统容量;由于天线分布于小区中不天线的发射信号不同时到达接收天线,同步MMO差分检测同地理位置,能有效缩短信号的接入距离,降低发射信号功算法不再适用。到目前为止,还未发现基于分布式发射天线率,提高小区覆盖率14。分布式MMO具有高容量、低功的MMO差分检测技术的相关研究文献。针对这一问题,本耗、更好的覆盖、对人体低电磁损害等优点,是第四代移动文提出一种适用于分布式发射天线系统的MMO差分编码通信系统的显著特征之一国5。及检测方法在发送端和接收端都未知信道状态信息的情况在分布式MIMO系统中,为了获取信道状态信息下,系统可进行非相干检测。Channel State Information,CSI),需要占用额外的带宽资本文其余部分是这样安排的:第2节给出分布式MIMO源;由于各发射天线的发射信号不同时到达接收端,用于信系统模型:第3节给出一种分布式MIMO差分编码及检测方道估计的导引设计及发射方法都存在一定困难;另外,在高法:仿真结果在第4节给出:最后是对全文总结20060817收到,20070205改回2分布式MIMo系统模型国家自然科学基金(6027200,60572090,60472045,60496313)和教文献[1]提出了分布式MIMO系统模型,如图1所示育部博士点基金(20061400资助课题电子与信息学报第30卷该发射矩阵不代表任何信息,只进行初始化,矩阵各元素都是M使得发射功率归一化,发送端每aMN个数(=x据比特组成一个数据块,a为正整数。假设第l-1个数据块分布式MMo信通对应的编码矩阵为光纤/电缆发射机一接收机…图1分布式MIMO系统模型假设系统有M根发射天线,L根接收天线。发送端将待发射符号经过调制后,通过光纤或同轴电缆送到远端的分布式发第l个数据块中的数据比特串\并转换后调制成MN射天线由于各发射天线到接收天线的距离不同,导致了各个FS星座符号,x”“;x其中,最大信道传播时延小于1个符号周期,并且各发射天线到接n≤N),利用发天线发射信号不同时到达接收端。不失一般性,本文假设≤M,1≤n≤N),利用xy生成空时码矩收天线间的信道传播时延不同。假设每根发射天线在N连续时刻内发射了N个符号,22则发射天线k上的低通等效复基带信号可以表示为E4(0VM>40(-7),k=…,M(1)n1城2…或其中E,是M根发射天线的总发射功率,本文同样假设各天利用该矩阵进行差分编码X线的发射功率相等,b(),=0…N-1是第k根发射天线上第个调制符号,g()是发射天线的等效复基带波形,分其中“”代表矩阵的 Hadamard积,在N个连续时刻,步MMO信号经过分布式MMO信道后到达接收端,第矩阵S被发射出去根接收天线从时刻0到N-1对接收信号进行匹配滤波,匹32差分接收配滤波器组输出值可以表示为1首先,考虑接收端有1根接收天线情况。由式(3),第l个发射矩阵对应的接收信号经过匹配滤波之后,得到下面结果E其中Y=(J(0()…,(N-1)是MN×1阶接收列向Y=VM聚B+量,梁是 MN X MN阶块对称1信道相关矩阵,丑是其中Y=如u12”“x),B1=dag,句,”,k},MN x I阶对角信道矩阵b=(6(0.6(0-5(x-1)24=(,…,…),=un是MN×x1阶信号列向量,=(70,0)“,…观),dE(代表对角矩阵,式8中的下标“”代n3(N-1)是MN×1阶噪声列向量,(r代表矩阵转置操表第个发射矩阵对应的结果,后面公式中的标识含义相同作。文献给出了各变量的具体定义及推导过程。如果只阵聚可通过系统同步获得,接收端已知该矩阵数值将式考虑1根接收天线情况,式(2)可简化为(8)两端乘以一1,可得Y界Hb+寓一点环A十3分布式MIMo差分检测其中Y=聚Y=(1,2…,列M),而=界m=31差分编码(1,52…,五My),由式(7)和b表达式,可知b与b:有如在系统接收端未知信道状态信息的情况下,发送端数据下关系在发送之前需要进行差分编码,本文假定系统发射符号采用PSK星座符号。初始时刻,发射端发射空时码矩阵:其中X=dig{,+,…,xM…五,,“;x}假设M√…M信道是准静态的( Quasi static):在发射两个空时码矩阵M1/M期间,信道状态不变,即=H1由式(9),式(10)可(4)得M√…H+=XY1+苏MxN第3期孙德福等:一种基于分布式发射天线的差分空时调制方法其中引=前一1,因此,符号1,x12…,x可按照下面方法检测argmin右+-