專利名稱：降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法和解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種通信編碼技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的解調(diào)方法，具體是一種降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法和解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)通過(guò)增加發(fā)射端和接收端的天線數(shù)量，顯著提高了頻譜利用率。在理想傳播條件下，多輸入多輸出信道的潛在頻譜利用率與天線數(shù)量呈線性關(guān)系。而空時(shí)編碼(STC)技術(shù)則是達(dá)到或接近多輸入多輸出系統(tǒng)容量的一種極具潛力、可行性極高的新技術(shù)，它能夠充分地利用空間、時(shí)間以及頻率分集，大大降低接收信息的誤碼率。目前，已有很多種設(shè)計(jì)巧妙、性能優(yōu)越的空時(shí)碼。有的空時(shí)碼追求最大的復(fù)用增益，如貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)(BLAST)，獲得了極高的信息傳輸速率，而另外一些空時(shí)碼以實(shí)現(xiàn)最大的分集增益為目標(biāo)，如空時(shí)分組碼(STBC)和空時(shí)網(wǎng)格碼(STTC)，較高的分集增益使系統(tǒng)的誤碼性能有了顯著的改善。
空時(shí)網(wǎng)格碼最早由Tarokh等人提出，與空時(shí)分組碼不同的是，空時(shí)網(wǎng)格碼帶有卷積碼的特征，考慮了前后輸入信息之間的關(guān)聯(lián)性，在獲得較高分集增益的同時(shí)還具有很高的編碼增益。具體地講，在發(fā)射端編碼時(shí)，輸入數(shù)據(jù)比特流根據(jù)實(shí)際的傳輸要求，經(jīng)多進(jìn)制的網(wǎng)格編碼調(diào)制后，形成多個(gè)并行的信號(hào)流，并分別在各個(gè)發(fā)射天線上同時(shí)發(fā)射出去。通過(guò)信道傳輸后的信號(hào)，在接收端進(jìn)行解調(diào)和譯碼。解調(diào)所采用的方法為基于維特比軟判決算法的最大似然序列估計(jì)(MLSE)，以信號(hào)矢量之間歐氏距離的平方為路徑的度量，在網(wǎng)格中進(jìn)行最大似然搜索，并選擇具有最小度量值的路徑作為最終的輸出序列。
雖然，空時(shí)網(wǎng)格碼在各種信道中都具有較好的誤碼性能，但是由于空時(shí)網(wǎng)格碼在接收端解調(diào)時(shí)采用最佳的最大似然序列估計(jì)，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)固定時(shí)，其計(jì)算復(fù)雜度會(huì)隨著網(wǎng)格編碼調(diào)制器的約束長(zhǎng)度和信息發(fā)射速率的增加呈指數(shù)性增長(zhǎng)，用公式可表示為
ηMLSE≈l×Ns×2n×Nt×Nr(1)其中，ηMLSE表示最大似然序列估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度，l為幀長(zhǎng)，Ns為網(wǎng)格圖中的狀態(tài)數(shù)，它與網(wǎng)格編碼調(diào)制器的約束長(zhǎng)度呈指數(shù)關(guān)系，n表示的是每次讀取n個(gè)比特進(jìn)行編碼和調(diào)制，Nt和Nr分別為發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)。為了獲得更高的編碼增益，人們常常將約束長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)卦龃?，?1)可以看出，計(jì)算復(fù)雜度也將隨約束長(zhǎng)度的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)。高判決計(jì)算復(fù)雜度成為限制空時(shí)網(wǎng)格碼廣泛使用的最主要原因。因此，研究如何降低空時(shí)網(wǎng)格碼的譯碼復(fù)雜度一直是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Triolo，A.A.、Liberti，J.C.和Hoerning，T.R.三人在MILCOM 2002(2002年度軍用通信會(huì)議)上發(fā)表的文獻(xiàn)“OFDM space-timetrellis coded MIMO systems with experimental results”(采用正交頻分復(fù)用和空時(shí)網(wǎng)格編碼的多輸入多輸出系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果)也曾做過(guò)降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度方面的研究。他們提出的方法是對(duì)現(xiàn)有的空時(shí)網(wǎng)格碼和分層空時(shí)碼(LST)的融合、折衷，將原始比特流先分組，然后各自進(jìn)行獨(dú)立的網(wǎng)格編碼調(diào)制，最后各組信號(hào)同時(shí)發(fā)射出去。接收端則依靠分層空時(shí)碼特有的連續(xù)干擾抵消方法先將各分組分離開(kāi)來(lái)，再進(jìn)行組內(nèi)的最大似然序列估計(jì)。由于Triolo等人的方案并未對(duì)空時(shí)網(wǎng)格碼內(nèi)在的編譯碼方法做任何的改動(dòng)，始終要進(jìn)行最大似然序列估計(jì)，其總體的解調(diào)復(fù)雜度仍然與網(wǎng)格編碼調(diào)制器的約束長(zhǎng)度成指數(shù)關(guān)系，因而復(fù)雜度的降低程度有限(特別是在發(fā)射天線數(shù)比較小時(shí)，甚至不會(huì)有降低復(fù)雜度的效果)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，提出一種降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法和解調(diào)方法，在保證頻譜利用率不變的情況下，使接收端在解調(diào)時(shí)僅對(duì)少數(shù)信號(hào)進(jìn)行最大似然(ML)判決，取代了傳統(tǒng)的最大似然序列估計(jì)方法，大幅降低了空時(shí)網(wǎng)格碼的解調(diào)復(fù)雜度。此外，使用傳統(tǒng)編譯碼方案的空時(shí)網(wǎng)格碼系統(tǒng)應(yīng)用于相關(guān)信道時(shí)的性能總是不如非相關(guān)信道下的性能，而本發(fā)明的編碼方法和解調(diào)方法對(duì)信道的相關(guān)性不敏感，傳輸性能仍然與信道獨(dú)立時(shí)保持一樣。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法，向發(fā)射的信號(hào)引入時(shí)間和空間上的固定關(guān)聯(lián)性，通過(guò)已收到的信號(hào)可以推知其后續(xù)的部分信號(hào)。具體如下a.對(duì)發(fā)射天線數(shù)為2的多輸入多輸出系統(tǒng)，可采用延遲分集的方法，獲得滿分集增益的碼字。可將前一時(shí)刻在第二根天線上發(fā)射的信號(hào)，延遲一個(gè)發(fā)射周期，由第一根天線再次發(fā)射(或者二者形成固定的映射關(guān)系)。
b.在a的基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)發(fā)射天線數(shù)多于2的多輸入多輸出系統(tǒng)碼字。例如，發(fā)射天線數(shù)為3時(shí)，可令前一時(shí)刻在第三根天線上發(fā)射的信號(hào)，延遲一個(gè)發(fā)射周期在第一根天線上重現(xiàn)，而第二根天線可固定為某一信號(hào)或者與第三根天線一起形成固定的組合。同理類推，得到發(fā)射天線數(shù)多于3的多輸入多輸出系統(tǒng)碼字。
遵循本發(fā)明所提出的碼字設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出了適用于發(fā)射天線數(shù)為2和3的STTC碼字(適合于2根發(fā)射天線和3根發(fā)射天線的碼字各兩種)。其中前兩種碼字是按照上面a中闡述的方法，將前一時(shí)刻在第二根天線上發(fā)射的信號(hào)，原封不動(dòng)或者是映射為在星座圖上與其成原點(diǎn)對(duì)稱的信號(hào)(在坐標(biāo)軸上的信號(hào)不必做映射)，再由第一根天線發(fā)射出去。后兩種適用于發(fā)射天線數(shù)為3的碼字是在前兩種碼字的基礎(chǔ)上，將中間一根發(fā)射天線上的信號(hào)固定為0或者是領(lǐng)第二、三根天線發(fā)射的信號(hào)形成固定的00、12、23、31四種組合。綜上所述，這四種碼字都具有同一個(gè)特點(diǎn)，某一時(shí)刻第一根發(fā)射天線上的信號(hào)總是跟緊鄰的前一時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線上的信號(hào)存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如果沒(méi)有噪聲的干擾，一旦對(duì)前一時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線上的信號(hào)完成判決后，便可以立即確定該時(shí)刻第一根發(fā)射天線上的信號(hào)。
本發(fā)明基于上述的空時(shí)網(wǎng)格碼的碼字設(shè)計(jì)方法，還提供一種相應(yīng)的解調(diào)方法，即在接收端解調(diào)時(shí)，將先前時(shí)刻已判決的信號(hào)作為反饋，推知當(dāng)前時(shí)刻的部分信號(hào)，并在當(dāng)前信號(hào)中加以抵消，用于對(duì)剩余信號(hào)的檢測(cè)。這樣做可以不使用最大似然序列估計(jì)，而僅需要對(duì)若干個(gè)信號(hào)(個(gè)數(shù)小于發(fā)射天線數(shù))獨(dú)立地進(jìn)行最大似然解調(diào)。根據(jù)此解調(diào)方法的特點(diǎn)，本發(fā)明將其稱為反饋—干擾抵消檢測(cè)(FICD)。最大似然序列估計(jì)雖然性能最優(yōu)但復(fù)雜度也最高，而性能稍差的反饋—干擾抵消檢測(cè)充分利用了信號(hào)間的時(shí)間、空間關(guān)聯(lián)性，極大地降低了計(jì)算量。反饋—干擾抵消檢測(cè)的具體步驟為a.將譯碼器的初始狀態(tài)置成發(fā)射端的編碼器初始狀態(tài)(通常情況下二者都是置為零)，并對(duì)照編碼網(wǎng)格，得知接收端的第一根天線接收到的第一個(gè)信號(hào)。
b.將該信號(hào)從當(dāng)前的接收信號(hào)矢量中減去，得到修正的接收信號(hào)矢量。
c.對(duì)修正的接收信號(hào)矢量使用最大似然判決，得到其余天線上發(fā)射的信號(hào)的判決值。
d.根據(jù)該時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)的判決值和編碼網(wǎng)格中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到下一時(shí)刻第一根發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)的判決值。
e.重復(fù)前面的b～d，直到全部接收信號(hào)都解調(diào)完畢。
在計(jì)算機(jī)仿真中，對(duì)四種碼字中的三種進(jìn)行了仿真。適用于發(fā)射天線數(shù)為2的兩種碼字，在編碼和解調(diào)上非常相似，因而只對(duì)其中的一種進(jìn)行了仿真。從仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間的對(duì)比上，可以直觀地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明在降低譯碼復(fù)雜度上的優(yōu)勢(shì)。除此之外，考慮到信道相關(guān)性對(duì)傳統(tǒng)空時(shí)網(wǎng)格碼誤幀率的嚴(yán)重影響，本發(fā)明特別針對(duì)相關(guān)信道進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，本發(fā)明所提出的碼字設(shè)計(jì)方法和反饋—干擾抵消檢測(cè)保證了系統(tǒng)的誤幀率性能不受信道相關(guān)性的任何影響。


圖1、2、3、4分別是遵循本發(fā)明所提出的碼字設(shè)計(jì)方法而設(shè)計(jì)出的空時(shí)網(wǎng)格碼碼字。其中圖1(稱其碼字為STTC-I)和圖2的碼字適用于發(fā)射天線數(shù)為2的情況，而圖3(稱其碼字為STTC-II)和圖4(稱其碼字為STTC-III)則適合發(fā)射天線數(shù)為3的多輸入多輸出系統(tǒng)。
圖5是三種空時(shí)網(wǎng)格碼碼字在最大似然序列估計(jì)和反饋—干擾抵消檢測(cè)方案下的相對(duì)計(jì)算復(fù)雜度。
圖6顯示的是當(dāng)Nt＝Nr＝2時(shí)，STTC-I在最大似然序列估計(jì)和反饋—干擾抵消檢測(cè)方案下的誤幀率的比較。
圖7是Nt＝Nr＝3時(shí)，STTC-II和STTC-III在最大似然序列估計(jì)和反饋—干擾抵消檢測(cè)方案下的誤幀率性能比較。
圖8顯示的是相關(guān)系數(shù)ρ取不同值時(shí)，STTC-I碼字在反饋—干擾抵消檢測(cè)下的誤幀率曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明的技術(shù)方案體提供具體實(shí)施例將多輸入多輸出系統(tǒng)用矩陣運(yùn)算建模為rt＝Hct+nt(2)其中，rt是t時(shí)刻的接收信號(hào)矢量，且rt=rt1rt2...rtNrT,]]>[-·]T表示矩陣的轉(zhuǎn)置。
H是Nr×Nt信道矩陣，ct是t時(shí)刻的發(fā)射信號(hào)矢量，ct=[ct1ct2...ctNt]T,]]>nt=[nt1nt2...ntNr]T]]>表示的是復(fù)高斯加性白噪聲在t時(shí)刻的采樣值。
本發(fā)明中提出的碼字設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)對(duì)網(wǎng)格編碼器的適當(dāng)篩選(目前，對(duì)空時(shí)網(wǎng)格碼字的尋找都是通過(guò)窮舉的方式)，保證ctNt和ct+T1(T為信號(hào)的發(fā)射周期)存在著一一映射的關(guān)系，向發(fā)射信號(hào)矢量引入確定不變的時(shí)間、空間雙重關(guān)聯(lián)性。一旦對(duì)ctNt正確判決后，便可用ctNt的判決值來(lái)間接得到ct+T1的判決值。
根據(jù)這一方法，當(dāng)Nt＝2時(shí)，可使用簡(jiǎn)單的延遲分集方法得到如圖1和2所示的碼字。但是，在Nt≥3時(shí)，想獲得合適的碼字就不是一件輕松的任務(wù)了。本發(fā)明在這里給出了Nt＝3時(shí)的兩種碼字。需要說(shuō)明的是，在所列的這四種碼字中，有三種(見(jiàn)圖1、3、4)是存在著ctNt=ct+T1]]>的恒等關(guān)系，另一種(見(jiàn)圖2)雖然并未有該恒等關(guān)系成立，但ctNt和ct+T1之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系(具體對(duì)應(yīng)關(guān)系可由網(wǎng)格圖很方便地得到)。
在接收端采用反饋—干擾抵消檢測(cè)進(jìn)行解調(diào)，其具體的實(shí)施方式如下I.如圖1所示(STTC-I)這是一種利用延遲分集方案設(shè)計(jì)的空時(shí)網(wǎng)格碼碼字，適用于發(fā)射天線數(shù)為2的多輸入多輸出系統(tǒng)，并且獲得了滿分集增益，編碼器狀態(tài)數(shù)為4，采用QPSK調(diào)制。從圖1中可以看出，第一根發(fā)射天線發(fā)射的信號(hào)序列是經(jīng)過(guò)一個(gè)信號(hào)持續(xù)周期延遲后的第二根天線的信號(hào)序列。反饋—干擾抵消檢測(cè)的具體實(shí)施過(guò)程為設(shè)在時(shí)刻t接收天線j上的接收信號(hào)為rtj(1≤j≤Nr)，信道矩陣H中的第j行第i列元素hj，i(1≤j≤Nr，1≤i≤Nt)表示從發(fā)射天線i到接收天線j的信道衰減因子。接收端正確判決出t時(shí)刻第二根天線上的信號(hào)c^t2=ct2,]]>那么，對(duì)于在t+T時(shí)刻第一根天線上的信號(hào) 可以有c^t+T1=c^t2.]]>從接收信號(hào)rt+Tj(1≤j≤Nr)中抵消掉 的干擾，r~t+Tj=rt+Tj-hj,1c^t+T1---(3)]]>再由修正的 對(duì) 進(jìn)行判決，從信號(hào)集S中找出滿足下式的 作為判決輸出c^t+T2=argminc-t+T2∈SΣj=1Nr|r~t+Tj-hj,2c-t+T2|2---(4)]]>以此類推，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)序列的判決。這種方案只需對(duì)單個(gè)信號(hào)進(jìn)行最大似然判決，跟最大似然序列估計(jì)的維特比軟判決相比，復(fù)雜度大大降低了。但是，在對(duì)單個(gè)信號(hào)判決時(shí)，接收端的信噪比會(huì)有降低。在反饋信號(hào)的干擾被抵消后，接收天線上實(shí)際的信噪比僅為原來(lái)的1/2，因此當(dāng)Nt＝2時(shí)，反饋—干擾抵消檢測(cè)會(huì)導(dǎo)致大約有3dB的信噪比損失。
II.如圖2所示的碼字，也是利用延遲分集方法設(shè)計(jì)的，編碼器狀態(tài)數(shù)為8，使用8PSK調(diào)制。該碼字雖然并未有如STTC-I中ct+T1=ct2]]>的關(guān)系恒成立，但ct+T1和ct2之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，一旦得到正確的判決 利用對(duì)應(yīng)關(guān)系可得知唯一確定的 對(duì)這種滿分集的碼字仍然可以使用反饋—干擾抵消檢測(cè)，具體步驟與STTC-I大致一樣，在此不再贅述。
III.如圖3所示(STTC-II)編碼器狀態(tài)數(shù)為4，采用QPSK調(diào)制，可用于發(fā)射天線數(shù)為3的多輸入多輸出系統(tǒng)。在STTC-II的編碼方案中，第一根天線發(fā)射的信號(hào)與上一時(shí)刻第三根天線上發(fā)射的信號(hào)一樣，而第二根天線上發(fā)射的信號(hào)總是固定的。因此，可以用反饋—干擾抵消檢測(cè)來(lái)解調(diào)，具體步驟參見(jiàn)I部分。并且因?yàn)閏t2固定不變，對(duì) 的判決準(zhǔn)確度會(huì)比較高。同樣地，在對(duì) 進(jìn)行獨(dú)立判決時(shí)，信噪比會(huì)有大約4.77dB的損失。
IV.如圖4所示(STTC-III)STTC-III同樣適用于發(fā)射天線數(shù)為3的多輸入多輸出系統(tǒng)，編碼器狀態(tài)數(shù)為4，調(diào)制方式為QPSK。在該編碼方案中，第一根天線發(fā)射的信號(hào)與前一時(shí)刻第三根天線上發(fā)射的信號(hào)一樣，而且每一時(shí)刻從第二、三根天線上發(fā)射的編碼符號(hào)只可能有四種組合情況，即00、12、23、31。在抵消掉第一根天線發(fā)射的信號(hào) 后(見(jiàn)(3)式)，可對(duì)剩余兩根天線上的信號(hào) 和 進(jìn)行最大似然聯(lián)合判決，即⟨c^t2,c^t3⟩=argminc-t2,c-t3∈SΣj=1Nr|r~tj-hj,2c-t2-hj,3c-t3|2---(5)]]>在對(duì)兩個(gè)信號(hào)的進(jìn)行聯(lián)合判決譯碼時(shí)，信噪比大約有1.76dB的損失。
從上面的四種網(wǎng)格編碼結(jié)構(gòu)及反饋—干擾抵消檢測(cè)可以看出，本發(fā)明的編譯碼方案充分利用了不同發(fā)射天線上信號(hào)之間的空間和時(shí)間關(guān)聯(lián)性，在對(duì)后續(xù)的信號(hào)判決時(shí)已具有一定的反饋輸入，從而使得每次判決的信號(hào)數(shù)小于Nt，復(fù)雜度遠(yuǎn)小于基于維特比算法的最大似然序列估計(jì)。
解調(diào)復(fù)雜度的比較為方便兩種解調(diào)方案復(fù)雜度的比較，將(1)式重寫如下ηMLSE≈l×Ns×2n×Nt×Nr傳統(tǒng)的空時(shí)網(wǎng)格碼解調(diào)方案，都可以用這個(gè)通用的表達(dá)式來(lái)反映其計(jì)算復(fù)雜度η，而且從中看出計(jì)算復(fù)雜度與編碼器的約束長(zhǎng)度成指數(shù)關(guān)系。為了獲得更好的誤幀率性能，人們常常會(huì)適當(dāng)增大編碼器的約束長(zhǎng)度，這隨之帶來(lái)的后果是解調(diào)復(fù)雜度的指數(shù)性增長(zhǎng)。
而對(duì)于反饋—干擾抵消檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度，會(huì)因編碼方案的不同稍有變化。這里對(duì)STTC-I、STTC-II、STTC-III以及圖2碼字的反饋—干擾抵消檢測(cè)的復(fù)雜度進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)出的表達(dá)式具有代表性，可以很容易地推廣到其他可使用反饋—干擾抵消檢測(cè)的碼字。反饋—干擾抵消檢測(cè)中干擾抵消和判決的計(jì)算量ηFICD可用下式表示ηFICD≈l×Nr×(Nt-m)+l×Nr×m×2n
式中，m表示的是每一時(shí)刻需要判決的信號(hào)個(gè)數(shù).對(duì)STTC-I、STTC-II以及圖2的碼字來(lái)說(shuō)，m＝1；對(duì)于STTC-III，m＝2。右邊第一項(xiàng)是干擾抵消時(shí)的計(jì)算量，第二項(xiàng)是最大似然判決時(shí)的計(jì)算量。ηFICD與Ns無(wú)關(guān)，因而不會(huì)隨著編碼器約束長(zhǎng)度的增加發(fā)生變化。圖5給出了本發(fā)明中涉及的四種碼字在最大似然序列估計(jì)和反饋—干擾抵消檢測(cè)下的相對(duì)計(jì)算復(fù)雜度，從中可以看出反饋—干擾抵消檢測(cè)的復(fù)雜度僅為最大似然序列估計(jì)的1/10左右。另外，二者計(jì)算復(fù)雜度的表達(dá)式也清晰地表明，在編碼器約束長(zhǎng)度比較大的情況下，反饋—干擾抵消檢測(cè)相對(duì)于最大似然序列估計(jì)的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
圖6和7是對(duì)STTC-I、STTC-II和STTC-III三種碼字的誤幀率仿真結(jié)果。仿真的前提是，假設(shè)信道是準(zhǔn)靜態(tài)平坦衰落的，且各個(gè)并行信道之間相互獨(dú)立，在接收端可以獲取理想的信道狀態(tài)信息，而發(fā)射端對(duì)信道的狀態(tài)完全未知。噪聲為獨(dú)立復(fù)高斯加性白噪聲。每一幀是由每根天線發(fā)射的130個(gè)符號(hào)組成，在每一幀的開(kāi)始和結(jié)尾處，網(wǎng)格編碼調(diào)制器的狀態(tài)都恢復(fù)至0狀態(tài)。從圖中可以看出，雖然反饋—干擾抵消檢測(cè)的性能不如最大似然序列估計(jì)，但它在復(fù)雜度上的優(yōu)勢(shì)是最大似然序列估計(jì)所無(wú)法比擬的。
圖8是在發(fā)射天線相關(guān)的情況下，采用反饋—干擾抵消檢測(cè)得到的系統(tǒng)誤幀率曲線。在仿真中，接收天線是相互獨(dú)立的，發(fā)射相關(guān)矩陣Rt具有指數(shù)形式Rt=1ρ...ρ(Nt-1)............ρ(Nt-1)*ρ(NT-1)*...1]]>當(dāng)信道相關(guān)時(shí)，最大似然序列估計(jì)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤幀率性有較大的惡化(Ama，A.G.；Navarro，M.；Tarable，A.；“Robust space-time trellis codes on correlatedchannels”，Vehicular Technology Conference，2004.VTC2004-Fall.2004 IEEE60th Volume 4，26-29 Sept.2004 Page(s)2457-2461 Vol.4)，且相關(guān)系數(shù)ρ越大，誤幀率性能損失得越厲害。而圖8清晰地反應(yīng)了，反饋—干擾抵消檢測(cè)具有很強(qiáng)的抗相關(guān)能力，系統(tǒng)的誤幀率性能并不因ρ的變化而發(fā)生任何的減弱。
綜上所述，傳統(tǒng)的空時(shí)網(wǎng)格碼使用基于維特比軟判決的最大似然序列估計(jì)進(jìn)行解調(diào)，其計(jì)算復(fù)雜度相當(dāng)高。為降低空時(shí)網(wǎng)格碼的解調(diào)復(fù)雜度，本發(fā)明提出了一種編碼方案并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的反饋—干擾抵消檢測(cè)方法。圖1～4四種碼字的理論分析和仿真結(jié)果都表明，本發(fā)明提出的方法在獲得較好誤幀率性能的同時(shí)，顯著地降低了空時(shí)網(wǎng)格碼的譯碼復(fù)雜度，并且對(duì)天線的相關(guān)性不敏感，可在實(shí)時(shí)性要求較高或者信道存在相關(guān)性的場(chǎng)合利用。
權(quán)利要求
1.一種降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法，其特征在于向發(fā)射的信號(hào)引入時(shí)間和空間上的固定關(guān)聯(lián)性，通過(guò)已收到的信號(hào)推知其后續(xù)的部分信號(hào)，具體如下a.對(duì)發(fā)射天線數(shù)為2的多輸入多輸出系統(tǒng)采用延遲分集的方法，獲得滿分集增益的碼字，將前一時(shí)刻在第二根天線上發(fā)射的信號(hào)，延遲一個(gè)發(fā)射周期，由第一根天線再次發(fā)射或者二者形成固定的映射關(guān)系；b.在a的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)發(fā)射天線數(shù)多于2的多輸入多輸出系統(tǒng)碼字當(dāng)發(fā)射天線數(shù)為3時(shí)，令前一時(shí)刻在第三根天線上發(fā)射的信號(hào)，延遲一個(gè)發(fā)射周期在第一根天線上重現(xiàn)，而第二根天線固定為某一信號(hào)或者與第三根天線一起形成固定的組合；同理類推，得到發(fā)射天線數(shù)多于3的多輸入多輸出系統(tǒng)碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法，其特征是，所得到的適用于發(fā)射天線數(shù)為2和3的碼字各有兩種，這四種碼字都具有同一個(gè)特點(diǎn)，某一時(shí)刻第一根發(fā)射天線上的信號(hào)總是跟緊鄰的前一時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線上的信號(hào)存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如果沒(méi)有噪聲的干擾，一旦對(duì)前一時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線上的信號(hào)完成判決后，便可立即確定該時(shí)刻第一根發(fā)射天線上的信號(hào)。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的碼字設(shè)計(jì)方法的解調(diào)方法，其特征在于，具體步驟為a.將譯碼器的初始狀態(tài)置成發(fā)射端的編碼器初始狀態(tài)，并對(duì)照編碼網(wǎng)格，得知接收端的第一根天線接收到的第一個(gè)信號(hào)；b.將該信號(hào)從當(dāng)前的接收信號(hào)矢量中減去，得到修正的接收信號(hào)矢量；c.對(duì)修正的接收信號(hào)矢量使用最大似然判決，得到其余天線上發(fā)射的信號(hào)的判決值；d.根據(jù)該時(shí)刻第Nt根發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)的判決值和編碼網(wǎng)格中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到下一時(shí)刻第一根發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)的判決值；e.重復(fù)前面的b～d，直到全部接收信號(hào)都解調(diào)完畢。
全文摘要
一種降低空時(shí)網(wǎng)格碼譯碼復(fù)雜度的碼字設(shè)計(jì)方法和解調(diào)方法。屬于無(wú)線通信中空時(shí)編碼技術(shù)領(lǐng)域。所述碼字設(shè)計(jì)方法為向發(fā)射的信號(hào)引入時(shí)間和空間上的固定關(guān)聯(lián)性，使得一旦完成對(duì)先前信號(hào)的判決，就可以由編碼網(wǎng)格推知后續(xù)的部分信號(hào)，在發(fā)射天線數(shù)為2或3時(shí)，均設(shè)計(jì)了兩種碼字。在接收端解調(diào)時(shí)，將先前時(shí)刻已判決的信號(hào)作為反饋，推知當(dāng)前時(shí)刻的部分信號(hào)，并在當(dāng)前信號(hào)中加以抵消，用于對(duì)剩余信號(hào)的檢測(cè)。這樣做可以不使用最大似然序列估計(jì)，而僅需要對(duì)若干個(gè)信號(hào)獨(dú)立地進(jìn)行最大似然解調(diào)。本發(fā)明在保證頻譜利用率不變的情況下，大大降低了空時(shí)網(wǎng)格碼的譯碼復(fù)雜度，而且還具備誤幀率性能不受信道相關(guān)性影響的特性。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1972175SQ20061011727
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
發(fā)明者何晨, 劉鑫, 蔣鈴鴿 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)