[發明專利]一種毫米波空間調制方法與聯合編碼裝置

有效

• 申請號: 201410613737.0
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104320222B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 李斌;林學彬;趙成林;許方敏
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06;H04B7/06
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙)11413
• 代理人: 馬敬

技術領域

本發明設計了一種針對60GHz毫米波通信系統的空間調制方法，在此技術上進一步提出了一種高效的聯合編碼調制技術，顯著提升了非線性射頻功率放大器下的傳輸性能；通過對空間調制碼的相位進行旋轉優化，按照特定規則修正空間調制輸出符號的星座點分布，有效增強了毫米波傳輸信號抵抗非線性失真的能力。在無需任何額外處理的情況下，該聯合編碼空間調制方案可進一步提升60GHz毫米波無線通信的傳輸效率，同時也有效改善了存在射頻器件減損情況下的系統傳輸性能。屬于通信領域。

背景技術

隨著多媒體應用的發展，現有的短距離無線通信技術越來越不能滿足人們需求，60GHz毫米波通信成為當前的研究熱點。與其他短距離無線通信技術相比，60GHz毫米波通信技術的主要特征為：具有豐富的頻譜資源，為Gbps量級的通信速率提供了條件，如美國將免許可的頻率范圍劃分為7GHz(57GHz-64GHz)，日本也將劃分7GHz(59.4GHz-62.9GHz)，而歐洲更是高達9GHz(57GHz-66GHz)；允許較大的等全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)，約為IEEE 802.11n的10倍及超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)的30000倍。由于60GHz毫米波通信的工作頻點高、傳輸帶寬大的特點，給相關硬件實現與設計帶來巨大難題難，而射頻器件的非理想特性也將造成一定的硬件減損(hardware impairments)，極大程度惡化了毫米波通信系統傳輸性能。這其中，毫米波射頻功率放大器(Power Amplifier，PA)的非線性特性尤為顯著。

當前應對毫米波非線性失真技術主要分為功率回退和外圍電路設計兩個方面。盡管功率回退法實現簡單，但是這種方法大大制約了功放系統的工作效率，致使其傳輸性能十分有限。相比于功率回退法，采用外圍反饋電路(大致分為負反饋技術、前饋技術和預失真技術)則能有限改善毫米波系統的射頻器件非線性，同時提升了功放器件的傳輸效率與系統傳輸性能；然而都需要進行額外電路設計，如數字預失真技術需進行A/D轉換和復雜的基帶處理電路設計，大大增加系統的功耗與設計復雜度。

本發明首次設計了一種毫米波系統空間調制與聯合編碼方案，該方案在有效提升其傳輸效率的同時，通過優化其輸出星座分布，極大限度改善了存在射頻功放非線性失下的傳輸性能。首先，基于空間調制的正交時空編碼(Spatially Modulated Orthogonal Space-Time Block Coding，SM-OSTBC)方案，提出了一種應對毫米波非線性失真的空間調制與聯合編碼方法與裝置；通過優化設計空間調制碼字，即SC碼字(Spatial Constellation Codewords)的相位，進一步修正了編碼輸出的空間星座圖分布特性，增強了抵抗系統非線性失真的能力。所提出的空間調制與聯合編碼方案有機結合了Alamouti空時分組碼(Space-time block code，STBC)和SC編碼，因而可獲得更高頻譜利用率，相比于傳統的多天線系統其傳輸效率可提升至(n_T–2+log₂M)比特/信道利用(bits per channel use，bpcu)，其中n_T為激活的發射天線數目，M為調制階數；于此同時，經過聯合編碼調制優化之后的星座圖能有效克服非線性失真的影響，在無需額外處理的情況下極大提升了毫米波系統的傳輸性能。

發明內容

本發明設計了一種毫米波系統空間調制與聯合編碼方案，該方案基于SM-OSTBC模型，通過優化設計SC碼字的相位，進一步修正了調制輸出的空間星座圖分布特性，有效增強了抵抗系統非線性失真的能力。本方法在毫米波傳輸系統中采用了Alamouti STBC編碼和SC編碼，并通過SM-OSTBC結構進一步提高了其系統頻譜利用率與抗衰落特性；與此同時，通過對空間星座調制碼相位進行旋轉優化，按照特定規則修正空間星座調制輸出符號的星座點分布，有效增強了傳輸信號抵抗非線性失真的能力。新方案在無需額外處理情況下，在功率回退3dB且誤比特率(BER)為10^-4的條件下，可相比于傳統的SM-OSTBC系統獲得2dB的性能提升(見附圖2)。綜上所述，本發明將為應對毫米波非線性失真下的高效可靠傳輸提供一種極具應用潛力的方案。

本發明采用以下技術方案。

本發明基于SM-OSTBC方案，提出了一種應對毫米波非線性失真的空間調制與聯合編碼方法與裝置，系統模型見附圖1，具體的方案如下：