蔣 超， 侯 嘉

（蘇州大學，江蘇 蘇州 215002）

0 引言

基于 MIMO技術的無線通信技術已得到人們越來越多的關注[1],在大多數通信系統中,接收機需要獲知信道的準確狀態信息。然而在實際系統中,信道是時變的,很難得到及時準確的信道估計。這種情況下,不需要信道估計的差分空時調制技術便有了應用價值。Jafarkhani在文獻[2]中提出了速率為 1非完全分集的準正交空時碼,后來提出了滿分集增益且相互獨立的準正交空時碼,文獻[3]提出了基于優化旋轉因子來達到全速全分集的準正交空時碼,Hochwald和Marzetta,Sweldens等提出了酉空時碼的思想[4],Chau yuen等在文獻[5]提出把調制和特定的信號星座集結合起來,從而把準正交空時分組碼構造成酉矩陣。但該方法的星座集會被大大擴展,星座符號間的歐氏距離減小,從而編碼增益減小。Zhu Yun將多天線系統劃分為多個Alamouti模塊分別進行差分編碼[6],在文獻[7]中提出了利用準正交碼的交叉項構造出一種低復雜度的酉空時碼,并采用獨立譯碼的方法,但誤碼性能不夠理想。基于TBH和Jafarkhani的編碼方案,也引入旋轉因子,提出了新的差分準正交空時分組碼,同時簡化了成對譯碼算法,在保證其編碼的全速率的情況下,特別在使用多接收天線時,可以進一步降低誤碼率,改善誤碼性能。仿真結果也證明了這一點。

1 MIMO系統模型

若具有Nt根發射天線與Nr根接收天線的無線通信系統。設Ht為t時刻的信道衰落矩陣,Ct為t時刻的發送編碼矩陣, 接收矩陣Rt表示為:

式中Nt為均值為0,方差為2σ的獨立同分布的加性復高斯隨機噪聲的采樣項。

系統首先發送一個單位陣C0,通過差分編碼,可得到以后t時刻的編碼矩陣Ct:

式中St為一酉矩陣,其包含了t時刻發送數據的信息,Ct在所有時刻都為一酉矩陣.假設信道連續的兩個分組時刻內是不變的,所以聯合式(1),式(2)得：

2 差分酉空時調制

差分調制的編碼矩陣是酉矩陣,假設原準正交空時分組碼是文獻[8]和文獻[2]提出的編碼矩陣,現構造酉矩陣的方案如下:

① 基于半數星座符號且只須在一個 Alamouti[9]結構中加入旋轉因子 ejα；

3 差分譯碼

通過大量的數值計算分析,基于QPSK,8PSK的映射下,將各構造酉矩陣的角度劃α分為兩個集合，G1=實際 MIMO-OFDM 系統中，收發兩端在系統中接收端計算角度算子和 FFT子載波的頻偏來確定角度算子,然后對子載波傳輸的數據進行譯碼。假設系統為4發1收，根據公式可得：

式中x1和x3,x2和x4是成對譯碼, f( x1, x3)和 f( x2, x4)如下:

利用集G1和G2中的每個角度值,通過最大似然譯碼算法,可得到相應的最佳估計值組合.最后將該估計值逆映射即完成差分譯碼.

4 系統的性能分析

對于傳輸信號矩陣x和誤判的矩陣'x,差分酉調制的成對錯誤概率的上界為[10]:

其中λ定義為矩陣A(xi,xj)=D(xi,xj)D(xi,xj)H的特征值。

i其中，當i≠j時，D(xi,xj)=xi-xj，為了獲得較高編碼增益，遵循跡準則：i≠j的情況下，盡可能使得最小歐氏距離j較大，即：

在表1～表3中,比較了新的設計方案和文獻[5-7]的方法不同速率下的最小歐氏距離和分集,由于文獻[6]沒有使用酉矩陣調制,所以無法計算它的最小歐氏距離。

表1 最小歐氏距離比較

表2 分集比較

5 仿真結果

在理想平坦準靜態的信道下,信號的每一幀由12 000個傳輸符號構成。在速率為2 b/s/Hz 下,接收天線數分別為1、2時,設計的 DQOSTBC與文獻[5,7]的性能比較,這三種方法都采用QPSK 調制時。可以看出:在單接收天線數時,低信噪比時誤碼性能最優,同時在高信噪比時,這種編碼明顯比文獻[5]要高大約 4～6 dB 的增益,比文獻[7]也高大約 2 dB增益。在接收天線數為 2時,高信噪比情況下,可以得到比文獻[5]高約8 dB增益。

速率為 3 b/s/Hz 下,在單接收天線數時,低信噪比時,和文獻[7]的性能相似,但是在誤碼率為 10-2時,該編碼的明顯比文獻[7]要高大約1～2 dB 的增益,大大優于文獻[5]的性能.當高信噪比時,誤碼性能也明顯比文獻[5,7]好。

6 結語

提出了旋轉因子去構造酉矩陣方法并設計出四種新的差分酉矩陣，它能夠提供較大的歐氏距離。同時接收端基于角度算子，簡化的成對譯碼方法。最后基于信道進行仿真，仿真結果表明。該方案適合于高速數據傳輸率且較低差錯率的多天線實時無線通信系統中。

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