專利名稱：：適用于多天線非相關信道下的廣義分集碼形成方法及發(fā)射裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種適用于多天線非相關信道下的廣義分集碼形成方法及發(fā)射裝置。技術背景目前，在無線通信系統(tǒng)中，利用發(fā)送/接收機的多天線提供的天線分集增益，可以有效提高無線用戶的通信質量。獲取天線分集增益的空時技術較多，如空時塊碼(spacetimeblockcode,STBC)、線性彌散碼(lineardispersioncode,LDC)，延遲分集碼等，其中，STBC包括正交空時碼(orthogonalspacetimecode,OSTBC)禾口準正交空時碼(quasi-orthogonalspacetimeblockcode，Q0STBC)，該類碼有較好的傳輸性能，但編碼速率受到限制，LDC碼，傳輸速率可變，可取得接近最優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量，但設計復雜，發(fā)射端處理復雜，而對于延遲分集碼，傳輸速率可變，誤比特性能(BER:biterrorrate)性能略低于LDC，但發(fā)射端處理簡單，理論上也可以取得所有的空間分集增益。延遲分集作為獲取分集增益的一種方法，當用戶經歷的無線信道非相關時，可以理論推導得出基于成對錯誤概率(pairwiseerrorprobability,PEP)最小的最優(yōu)碼字設計準則，但是根據(jù)該準則搜索出最優(yōu)碼字卻難以實現(xiàn)，所以迫切需要一種能搜索出具有實際的應用價值的碼字的方法，以提高無線用戶的通信質量。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種適用于多天線非相關信道下的廣義分集碼形成方法，以使非相關多天線信道下形成優(yōu)化設計的廣義延遲分集碼字成為可能。本發(fā)明的另一目的在于基于多天線非相關信道下采用優(yōu)化設計的廣義分集碼的多天線發(fā)射裝置，以提高通信系統(tǒng)的通信性能。為了達到上述目的，本發(fā)明提供適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法，其包括步驟1)根據(jù)待編碼的發(fā)射符號序列的長度、發(fā)射天線的數(shù)目及通信系統(tǒng)要求的空時/空頻符號速率搜搜索具有相應行列的編碼矩陣，其中，所述編碼矩陣由0和1所構成；2)根據(jù)所搜索出的多個編碼矩陣搜尋符合約束條件的最優(yōu)編碼矩陣，若所述一組編碼矩陣{A'''Z'=l5''、iQ,集合中每個的矩陣維數(shù)是Mxi:，所述約束條件包括a)天線約束秩化約束AA,))=min(Ce'Z，M)的方差最小，其中，'=i，其中，J勺—勺^'和^分別為長度為l的待編碼的發(fā)射符號序列中s和^中的第j個序列，E"為e中與c元素不同的序號的集合，G為A內元素個數(shù)，^為發(fā)射天線數(shù)目，且編碼后碼字序列c=[AisA2S…Ars],C=lAlSA2S."atSL對應待發(fā)送符號序列S二[sJ";，S=["L=i;3)根據(jù)所述最優(yōu)編碼矩陣將待編碼的發(fā)射符號轉換為非相關信道下廣義分集碼，轉換方法如下對于長度為丄的發(fā)送符號S"[1^]』，速率為^x的編碼后碼字c通過編碼矩陣體'，z'"'…，"的生成方法為C-[A!SA2SArS]。本發(fā)明還提供一種基于多天線非相關信道下廣義分集碼的多天線發(fā)射裝置，其包括采用上述的非相關信道下廣義分集碼形成方法形成相應廣義分集碼的廣義分集碼形成模塊、及采用天線將所述廣義分集碼予以發(fā)送的發(fā)射模塊；另外，對于發(fā)送符號序列長度和發(fā)送天線數(shù)確定的系統(tǒng)，廣義分集碼字矩陣可以離線生成，然后直接使用該優(yōu)化的編碼矩陣進行編碼，這樣的好處是可以降低實際系統(tǒng)的處理時間。綜上所述，本發(fā)明適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法及發(fā)射裝置通過較為簡單的搜索找到符合約束條件的最優(yōu)矩陣，由此形成非相關信道下廣義分集碼，可有效改善通信系統(tǒng)的性能，而且擴展了適用范圍，例如其可應用在可變的序列長度，可變的分集速率的通信系統(tǒng)中。圖1為本發(fā)明的適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法的操作流程示意圖。圖2為在非相關信道下的未編碼的4X4的QPSK多天線(MIMO)系統(tǒng)的仿真結果比較示意圖。圖3為采用1/2碼率的Turbo碼系統(tǒng)的仿真結果比較示意圖。具體實施方式請參閱圖1，本發(fā)明的適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法主要包括以下步第一步根據(jù)待編碼的發(fā)射符號序列的長度及發(fā)射天線的數(shù)目搜索具有相應行列的編碼矩陣，其中，所述編碼矩陣由0和1所構成，例如，若待編碼的發(fā)射符號序列的長度為4，發(fā)射天線的數(shù)目也為4時，對于符號速率為2延遲分集碼系統(tǒng)，則搜索出4X4的一組編碼矩陣可為以下矩陣中任意兩個矩陣的組合:—1--1--1--r111i1，1，1，i111i1等。第二步根據(jù)所搜索出的多個編碼矩陣搜尋符合約束條件的最優(yōu)編碼矩陣，同樣對應第一步中的舉例，若所述一組編碼矩陣為為l，2，所述約束條件為:、A"天線功率約束m，"、7'」的秩最小、及{1^}D)=i>^'(ij、o，v>/e^a.=勺一~，"^和"^分別為長度及的方差最小，其中，為l的待編碼的發(fā)射符號序列中s和s中的第j個序列，為e中與c元素不同的序號的集…mh，"alsA2S...ArSJ，c=tAiSAsS…ArSj，S^[^L』，^=[^1^，在本實施方式中，由于發(fā)射天線數(shù)目為4，故可設定S-"^^'"}^§=^，4^，^^，經過搜尋可得到兩組符合約束條件的矩陣(A'，/"，2J，其分別為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>而矩陣(A，,，A^=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>1則不符合約束條件。第三歩根據(jù)所述最優(yōu)編碼矩陣將待編碼的發(fā)射符號轉換為非相關信道下廣義分集碼，對應第二步中的舉例，由于C,;[A,SA2S],，其中下標i表示采用第/組編碼矩陣(A"A2),.,故可得到滿足約束條件的非相關信道下廣義分集碼為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>而不滿足約束條件的分集碼為本發(fā)明的基于多天線非相關信道下廣義分集碼的多天線發(fā)射裝置包括廣義分集碼形成模塊及發(fā)射模塊，此外，所述基于非相關信道下廣義分集碼的多天線發(fā)射裝置還包括調制模塊在內的必要組件，由于該些必要組件為本領域技術人員所知悉，且非本發(fā)明的技術改進之處，故在此不再詳細敘述。所述廣義分集碼形成模塊采用前述的非相關信道下廣義分集碼形成方法形成相應廣義分C3集碼，例如對于4X4的通信系統(tǒng)，形成的廣義分集碼為所述發(fā)射模塊采用天線將所述廣義分集碼予以發(fā)送。需注意的是，對于發(fā)送符號序列長度和發(fā)送天線數(shù)確定的系統(tǒng)，廣義分集碼字矩陣可以預先生成，然后所述廣義分集碼形成模塊直接使用所述預先生成的廣義分集碼字矩陣進行編碼，這樣的好處是可以降低實際系統(tǒng)的處理時間。為進一步說明本發(fā)明與現(xiàn)有技術的差異，以下將通過仿真實例進行比較，其中，仿真采<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>用的基本系統(tǒng)參數(shù)取值如下表l，其中，廣義分集編碼矩陣如前述第二步舉例中的四組矩陣。表1參數(shù)列表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>接收檢測醒SE請參見圖2，其為在非相關信道下的未編碼的4X4的四相移相鍵控(QPSK)多天線(MIMO)系統(tǒng)中的仿真結果比較示意圖，其中，縱坐標表示誤碼率(BEIO,橫坐標表示信噪比(SNR)，由圖可見，滿足約束條件的兩組碼字^3，e"性能最好，而不滿足約束條件的兩組碼字^'，e"性能相對較差。再請參見圖3，其為采用1/2碼率的Turbo碼系統(tǒng)的仿真結果比較示意圖，同樣滿足約束條件的兩組碼字^3，e"性能最好，而不滿足約束條件的兩組碼字^"e"性能相對較差。綜上所述，本發(fā)明的適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法及發(fā)射裝置通過較為簡單的搜索找到符合約束條件的最優(yōu)矩陣，由此形成非相關信道下廣義分集碼，可有效改善通信系統(tǒng)的性能，而且其具有更大的適用范圍，例如可應用在可變的序列長度，可變的分集速率的通信系統(tǒng)中。權利要求1.一種適用于多天線非相關信道下的廣義分集碼形成方法，其特征在于包括步驟1)根據(jù)待編碼的發(fā)射符號序列的長度、發(fā)射天線的數(shù)目及通信系統(tǒng)要求的空時/空頻符號速率搜索具有相應行列的編碼矩陣，其中，所述編碼矩陣由0和1所構成；2)根據(jù)所搜索出的多個編碼矩陣搜尋符合約束條件的最優(yōu)編碼矩陣，若所述一組編碼矩陣為{Ai，i＝1，…，K}，集合中矩陣維數(shù)是Nt×L，符號速率為L/K，所述約束條件包括<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><munder><mi>Σ</mi><mrow><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi></mrow></munder><msubsup><mi>A</mi><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>m</mi><mo>,</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>Nt</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2007100421670002C1.tif"wi="32"he="12"top="87"left="61"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>id="icf0002"file="A2007100421670002C2.tif"wi="73"he="24"top="73"left="98"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的秩最小、及{Dj}的方差最小，其中，<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>D</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>K</mi></munderover><msub><mi>Δ</mi><mi>j</mi></msub><msubsup><mi>A</mi><mi>j</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>≠</mo><mn>0</mn><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0003"file="A2007100421670002C3.tif"wi="36"he="10"top="105"left="95"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mo>∀</mo><mi>j</mi><mo>∈</mo><mi>Er</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2007100421670002C4.tif"wi="15"he="8"top="108"left="132"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub><mi>s</mi><mi>j</mi></msub><mo>-</mo><msub><mover><mi>s</mi><mo>~</mo></mover><mi>j</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0005"file="A2007100421670002C5.tif"wi="34"he="10"top="107"left="150"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>Sj和id="icf0006"file="A2007100421670002C6.tif"wi="4"he="6"top="125"left="48"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>分別為長度為L的待編碼的發(fā)射符號序列中S和id="icf0007"file="A2007100421670002C7.tif"wi="2"he="4"top="127"left="142"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>中的第j個序列，Er為id="icf0008"file="A2007100421670002C8.tif"wi="2"he="3"top="140"left="42"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>中與C元素不同的序號的集合，Nt為發(fā)射天線數(shù)目，且C＝[A1SA2S…ATS]，id="icf0009"file="A2007100421670002C9.tif"wi="53"he="7"top="149"left="96"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/><mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><msubsup><mrow><mo>[</mo><msub><mi>s</mi><mi>k</mi></msub><mo>]</mo></mrow><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0010"file="A2007100421670002C10.tif"wi="25"he="7"top="148"left="157"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths><mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><mover><mi>S</mi><mo>~</mo></mover><mo>=</mo><msubsup><mrow><mo>[</mo><msub><mover><mi>s</mi><mo>~</mo></mover><mi>k</mi></msub><mo>]</mo></mrow><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>;</mo></mrow>]]></math></maths>3)根據(jù)所述最優(yōu)編碼矩陣將待編碼的發(fā)射符號轉換為非相關信道下廣義分集碼。2.^^'和^分別為長度為L的待編碼的發(fā)射符號序列中s和^中的第j個序列，￡"M為發(fā)射天線數(shù)目，且為c中與c元素不同的序號的集合，c=[a,sa2s…ars]，￡=|a,§a2§帥丄；3)根據(jù)所述最優(yōu)編碼矩陣將待編碼的發(fā)射符號轉換為非相關信道下廣義分集碼。一種基于多天線非相關信道下廣義分集碼的多天線發(fā)射裝置，其特征在于包括廣義分集碼形成模塊，采用權利要求1所述的非相關信道下廣義分集碼形成方法形成相應廣義分集碼；發(fā)射模塊，采用天線將所述廣義分集碼予以發(fā)送。全文摘要一種適用于多天線非相關信道下廣義分集碼形成方法及發(fā)射裝置，其首先根據(jù)待編碼的發(fā)射符號序列的長度、發(fā)射天線的數(shù)目及通信系統(tǒng)要求的空時/空頻符號速率搜索具有相應行列的編碼矩陣，其中，所述編碼矩陣由0和1所構成，然后根據(jù)所搜索出的多個編碼矩陣搜尋符合約束條件的最優(yōu)編碼矩陣，最后根據(jù)所述最優(yōu)編碼矩陣將待編碼的發(fā)射符號轉換為非相關信道下廣義分集碼，如此形成的非相關信道下廣義分集碼，可有效改善通信系統(tǒng)的性能，而且其具有更大的適用范圍，例如可應用在可變的序列長度，可變的分集速率的多天線通信系統(tǒng)中。文檔編號H04B7/04GK101325440SQ20071004216公開日2008年12月17日申請日期2007年6月15日優(yōu)先權日2007年6月15日發(fā)明者張小東,楊秀梅,凡汪,勇熊申請人:上海無線通信研究中心