[發明專利]一種適用于任意天線數量的線性彌散空時編碼方法

有效

• 申請號: 201010615138.4
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102035630A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 謝磊;陳惠芳;朱詩宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于信道編碼領域，具體涉及一種在MIMO信道下，適用于任意發射天線和接收天線數量的線性彌散空時編碼方法。

背景技術

近些年來，隨著通信技術地不斷發展，無線通信已經成為當今世界最活躍的科研和應用領域之一。無線通信產業迅猛發展的同時也面臨著重大技術問題，就是如何保證無線通信的高可靠性與進一步提高數據傳輸速率，尤其隨著多媒體業務的快速增長，這種需求越來越迫切。傳統的無線通信技術利用頻率帶寬和發射功率來提高傳輸速率，但是目前這兩種資源的利用率已經趨于飽和，所以人們提出了MIMO系統和空時編碼技術（Space-Time?Coding，STC）。

MIMO系統有別于傳統的單發射與單接收天線無線通信系統，它同時使用多根發射天線和多根接收天線，其最大優勢在于利用多天線的空間分集來增加系統信道容量，這樣就能提供更高的數據傳輸速率，同時還降低了誤碼率，提高了通信系統的可靠性。而空時編碼是建立在MIMO系統上的一種新的編碼方法，它在時域和多天線構成的空間域上對信息進行聯合編碼，從而提供空間分集這種傳統單天線系統不具有的新資源。空時碼已經被納入第三代移動通信標準（IMT-2000標準）——CDMA2000和WCDMA之中，是當前和今后無線通信領域研究的熱點。

1996年，美國貝爾實驗室的Foschini提出分層空時編碼的概念和技術框架，隨后Wolniansky等人在此基礎上于1998年開發出貝爾實驗室垂直分層空時碼（Vertical?Bell?Laboratory?Layered?Space-Time?code）試驗系統。它將原始的數據流劃分成發射天線個數的子流，通過各個天線發送出去。這個系統結構簡單，易于實現，信道容量隨著發射天線數目線性增加，能夠達到很高的數據傳輸速率，實驗結果達到了20bit/s/Hz的頻譜利用率。但是由于沒有空間分集增益，抗衰落性能不好。

正交空時分組碼（Orthogonal?Space-Time?Block?Code，OSTBC）由Alamouti于1998年引入，Alamouti編碼就是一種最簡單的OSTBC。OSTBC能夠提供滿分集增益，同時它的譯碼非常簡單，只需對各個符號分別進行最大似然譯碼，具有線性的譯碼復雜度。但是這種編碼方法的數據傳輸率太低，與VBLAST正好是兩個極端。盡管如此，OSTBC還是由于其優良的性能在實際中得到廣泛應用。真正限制OSTBC的地方在于它只有Alamouti編碼這一種復信號正交編碼方案，理論上已經證明不存在發射天線數大于2的復信號正交空時碼。對于編碼矩陣為實數的實正交空時編碼來說，只有發射天線數為2、4或8時，才能達到全符號速率，即編碼速率為1。由此Jafarkhani等人放寬了正交設計的條件提出了準正交空時分組碼（Quasi-Orthogonal?Space-time?Block?Code，QOSTBC）。QOSTBC雖然能夠保證全速率傳輸，但是準正交設計犧牲了部分正交性，需要對碼字進行聯合最大似然譯碼。

為了獲得分集增益和傳輸速率上的折中，并使空時碼的編碼設計能夠適應任意的發射和接收天線數，Hassibi和Hochwald提出了線性彌散碼（Linear?Dispersion?Code，LDC）。LDC具有更一般的線性編碼結構，OSTBC和VBLAST都是LDC的特殊形式。由于其結構的一般性，LDC的編碼設計有很大的靈活性，能夠針對不同的天線數量、傳輸碼率和誤碼性能要求做出具體的設計調整，有些設計甚至能夠同時到達滿速率和滿分集增益。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種適用于任意發射天線和接收天線數的線性彌散空時編碼方法。

本發明方法包括以下步驟：

1)確定一個編碼模塊的時間長度T以及要發送的信息符號數L，這樣信道傳輸速率就定為L/T。一般取T=M，L的取值最小不小于1，最大不大于MT，否則便不能譯碼出唯一解，M為發射天線數量。

2)隨機生成MT個長度為MT的復向量u₁,?u₂?,?…?,?u_MT，對每一個復向量做如下運算得到

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

其中每個U_i都是Hermite矩陣。I_MT是MT階單位陣，表示Frobenius范數。