專利名稱：無線通信系統(tǒng)廣義差分編碼傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線通信系統(tǒng)差分編碼傳輸方法。

背景技術(shù)：
無線信道具有時變的特性，特別在通信終端快速移動時，信道的時變特性更加明顯。為克服信道的時變給接收端信道估計帶來的困難，差分編碼傳輸在無線通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。差分編碼傳輸可以避免信道估計從而簡化接收端設(shè)計。在傳統(tǒng)的差分編解碼技術(shù)中，差分編碼是在相鄰兩個符號內(nèi)完成的。在接收端同樣根據(jù)相鄰兩個接收符號進行差分檢測。由于噪聲的累加，傳統(tǒng)的方法與已知信道信息的理想相干檢測相比存在3dB的性能損失。因此為了獲得與相干檢測系統(tǒng)同樣的誤碼率性能，傳統(tǒng)差分編碼系統(tǒng)需要在發(fā)射端增加3dB發(fā)射功率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對無線通信系統(tǒng)，提出一種新的廣義差分編碼與解碼方法，以克服傳統(tǒng)差分編解碼技術(shù)與相干檢測的3dB性能差距。
本發(fā)明包括發(fā)送端的廣義差分編碼以及接收端的廣義差分解碼兩部分。
(1)發(fā)送端的廣義差分編碼 假設(shè)需要發(fā)送的信息符號流為s(n)，n＝1，2，...，經(jīng)過差分編碼后的符號流為x(n)，n＝0，1，...。在本發(fā)明中，發(fā)送端的數(shù)據(jù)符號流x(n)按每L個符號分為一幀，具體的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中每一幀包含一個參考符號和L-1個普通符號。例如圖中第t個數(shù)據(jù)幀包含的L個符號為x(tL)，x(tL+1)，...，x(tL+L-1)，其中的第1個符號x(tL)為參考符號，其余(L-1)個符號x(tL+l)，l＝1，2，...，L-1為普通符號。
在本發(fā)明提出的廣義差分編碼技術(shù)中參考符號和普通符號的編碼方式有所不同。每幀中的參考符號根據(jù)前一數(shù)據(jù)幀中的參考符號編碼得到，而其余的普通符號則根據(jù)當前數(shù)據(jù)幀中的參考符號編碼得到。發(fā)送端的廣義差分編碼詳細過程見圖2。其中第t個數(shù)據(jù)幀中的參考符號x(tL)是根據(jù)前一數(shù)據(jù)幀中的參考符號x((t-1)L)進行編碼的 x(tL)＝x((t-1)L)s(tL)t＝1，2，...(1) 其中第1個數(shù)據(jù)幀的參考符號x(0)是收發(fā)雙方都已知的，并且平均功率為P1|x(0)|2＝P1，而s(tL)為第tL個需要發(fā)送的信息符號，其功率歸一化為1，于是根據(jù)公式(1)中的編碼規(guī)則，所有參考符號的平均發(fā)送功率為P1。
另一方面，第t個數(shù)據(jù)幀中的其余(L-1)個普通符號x(tL+l)，l＝1，2，...，L-1，則是根據(jù)參考符號x(tL)進行編碼的，具體的編碼方式為 其中P2為普通符號的平均發(fā)送功率，s(tL+l)為第(tL+l)個信息符號?？梢钥吹奖景l(fā)明中參考符號和普通符號的平均功率是不同的，為了使整個數(shù)據(jù)幀的平均功率為P，P1和P2需要滿足下列條件 為了提高系統(tǒng)性能，本發(fā)明中P1與P2取為 (2)接收端的廣義差分解碼 在接收端經(jīng)過必要的射頻/低頻變換到基帶，以及位同步等處理后，進行與發(fā)送端相應(yīng)的解碼以實現(xiàn)對發(fā)送信息符號的估計。
記h(n)為n時刻的信道系數(shù)，z(n)為相應(yīng)的接收端噪聲，則接收到的第t個數(shù)據(jù)幀的參考符號為 y(tL)＝h(tL)x(tL)+z(tL) (4) 設(shè)信道變化較慢，在一個數(shù)據(jù)塊內(nèi)近似不變，則有 y(tL)≈y((t-1)L)s(tL)+w(tL) (5) 其中w(tL)＝z(tL)-s(tL)z((t-1)L)， 根據(jù)式(5)差分解碼為 其中*表示取共軛操作。根據(jù)

可以得到對信息符號s(tL)的估計； 同理，對于普通符號，相應(yīng)的差分解碼為 根據(jù)

可以得到對信息符號s(tL+l)的估計。
上述發(fā)明的優(yōu)點在于(1)廣義差分編解碼方法保持了較低復雜度；(2)通過在發(fā)送端為參考符號和普通符號分配不同功率，可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高接收端輸出信噪比；(3)發(fā)送端可以根據(jù)實際系統(tǒng)需要，選擇不同的數(shù)據(jù)塊長度L。
現(xiàn)將本發(fā)明的廣義差分編解碼流程總結(jié)如下 (1)發(fā)送端的廣義差分編碼 第一步確定數(shù)據(jù)幀長度L，平均發(fā)送功率P，并據(jù)此計算P1為參考符號的平均發(fā)射功率，P2為普通符號的平均發(fā)射功率； 第二步初始化第一個發(fā)送符號x(0)＝P1； 第三步對輸入數(shù)據(jù)符號流x(n)按照長度為L分割成數(shù)據(jù)幀(即按每L個符號分為一幀)；該數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為每一幀包含一個參考符號和L-1個普通符號。第t個數(shù)據(jù)幀包含的L個符號為x(tL)，x(tL+1)，...，x(tL+L-1)，其中的第1個符號x(tL)為參考符號，其余(L-1)個符號x(tL+l)，l＝1，2，...，L-1為普通符號。
第四步對每一幀的第一個符號即參考符號按照如下方法進行差分編碼 x(tL)＝x((t-1)L)s(tL)，t＝1，2，...； 第五步對每一幀的其余L-1個符號即普通符號按照如下方法進行差分編碼 第六步將已編碼數(shù)據(jù)符號進行發(fā)送。
(2)發(fā)送端的廣義差分解碼 第一步根據(jù)下式所得

估計發(fā)送的第t幀中的數(shù)據(jù)符號s(tL) 第二步根據(jù)下式所得

估計發(fā)送的第t幀中的數(shù)據(jù)符號s(tL+l) 發(fā)送端的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、編碼方式以及功率分配方法是本發(fā)明的創(chuàng)新點也是欲保護的要點，該廣義差分編碼方式可以應(yīng)用于但不限于下列系統(tǒng)(1)點對點單天線通信系統(tǒng)；(2)點對點多發(fā)送和/或多接收天線(MIMO)系統(tǒng)；(3)分布式協(xié)同通信系統(tǒng)。



圖1為廣義差分編碼(b)與傳統(tǒng)差分編碼(a)的比較圖。
圖2為發(fā)送端廣義差分編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3為MIMO系統(tǒng)中傳統(tǒng)差分空時編碼的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖4為MIMO系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本發(fā)明與傳統(tǒng)差分空時碼的比特誤碼率性能比較圖。

具體實施例方式 下面通過實例進一步具體描述本發(fā)明?？紤]點對點多天線系統(tǒng)，發(fā)送端和接收端均有2根天線。信道模型采用瑞麗單徑信道。系統(tǒng)仿真比較傳統(tǒng)差分空時碼和廣義差分空時碼的比特誤碼率性能。傳統(tǒng)差分空時碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。本發(fā)明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖3和圖4中的調(diào)制模塊采用BPSK的調(diào)制方式，圖3和圖4中的空時編碼模塊采用如G.Ganesan所述的題為空時塊碼的差分檢測(Differential detection based on space-time blockcodes，Wireless Personal Communication，2002年第21卷)論文中第19式所描述。傳統(tǒng)差分編碼模塊根據(jù)G.Ganesan的論文中第20式。廣義差分編碼模塊使用本說明書中式(1)和式(2)的差分編碼及功率分配方式。
圖5為本發(fā)明與傳統(tǒng)差分空時碼的比特誤碼率性能比較圖。從圖中可以看出，本發(fā)明提出的廣義差分編碼空時碼性能優(yōu)于傳統(tǒng)差分空時碼。當幀長度L增加時，誤碼率性能增益將會增大。
權(quán)利要求
1、一種廣義差分編碼傳輸方法，分為發(fā)送端的廣義差分編碼和接收端的廣義差分解碼兩個部分，其特征在于
(1)發(fā)送端的廣義差分編碼
假設(shè)需要發(fā)送的信息符號流為s(n)，n＝1，2，...，經(jīng)過差分編碼后的符號流為x(n)，n＝0，1，...；
第一步確定數(shù)據(jù)幀長度L，平均發(fā)送功率P，并據(jù)此計算P1為參考符號的平均發(fā)射功率，P2為普通符號的平均發(fā)射功率；
第二步初始化第一個發(fā)送符號x(0)＝P1；
第三步對輸入數(shù)據(jù)符號流x(n)按照長度為L分割成數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為每一幀包含一個參考符號和L-1個普通符號，第t個數(shù)據(jù)幀包含的L個符號為x(tL)，x(tL+1)，..，x(tL+L-1)，其中的第1個符號x(tL)為參考符號，其余(L-1)個符號x(tL+l)，l＝1，2，..，L-1為普通符號；
第四步對每一幀的第一個符號即參考符號按照如下方法進行差分編碼
x(tL)＝x((t-1)L)s(tL)，t＝1，2，...；
第五步對每一幀的其余L-1個符號即普通符號按照如下方法進行差分編碼
第六步將已編碼數(shù)據(jù)符號進行發(fā)送；
(2)發(fā)送端的廣義差分解碼
記h(n)為n時刻的信道系數(shù)，z(n)為相應(yīng)的接收端噪聲，則接收到的第t個數(shù)據(jù)幀的參考符號為
y(tL)＝h(tL)x(tL)+z(tL) (4)
設(shè)信道變化較慢，在一個數(shù)據(jù)塊內(nèi)近似不變，則有
y(tL)≈y((t-1)L)s(tL)+w(tL) (5)
其中w(tL)＝z(tL)-s(tL)z((t-1)L)，
根據(jù)式(5)差分解碼為
其中*表示取共軛操作；根據(jù)
得到對信息符號s(tL)的估計；
同理，對于普通符號，相應(yīng)的差分解碼為
根據(jù)
得到對信息符號s(tL+l)的估計。
全文摘要
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種無線通信系統(tǒng)廣義差分編碼傳輸方法。該方法包括發(fā)送端的廣義差分編碼和接收端的廣義差分解碼兩個部分。在發(fā)送端將數(shù)據(jù)符號流x(n)按長度L分割為數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中，每一幀包括含一個參數(shù)符號和L-1個普通符號。參考符號根據(jù)前一數(shù)據(jù)幀中的參考符號編碼得到，普通符號根據(jù)當前數(shù)據(jù)幀中的參考符號編碼得到；在接收端經(jīng)過必要的射頻/低頻變換到基帶，及位同步處理后，進行與發(fā)送端相應(yīng)的解碼，從而實現(xiàn)對發(fā)送信息符號的估計。本發(fā)明保持了較低的復雜度，可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高接收端輸出信噪比。
文檔編號H04L25/02GK101316248SQ20081003959
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者李樑賓, 方朝曦, 王宗欣 申請人:復旦大學