CN104202129A - 基于唯一可译码的多天线复用方法 - Google Patents

Abstract

基于唯一可译码的多天线复用方法，涉及通信技术领域。以实现当接收机只有一根接收天线时仍可以通过空间分集性能获得分集增益，提升信息传输速率。串并转换；唯一可译码编码；调制发送：将并行的编码结果进行调制，调制的结果为并将其发送至信道；通过合并得到其中r_k为第k路的接收信号，w_k为第k路的接收信号的合并权值；将得到的r判决为唯一可译码译码，得到并行的数据流并串转换，把并行的数据流变换为串行。本发明实现了当接收机只有一根接收天线时仍可以通过空间分集性能获得分集增益，与此同时信息传输的和速率大于1。

Description

基于唯一可译码的多天线复用方法

技术领域

本发明涉及一种多天线复用方法，涉及通信技术领域。 

背景技术

随着科学技术的发展，以及第四代移动通信(4G)到第五代代移动通信(5G)的逐步演进，MIMO(multiple-input-multiple-output)被广泛应用。很多研究都跟随MIMO技术进行深入展开，从点对点的MIMO发展到多用户的MIMO，而分集和复用是MIMO两大核心技术。分集技术是通过重复发送相同的有效信息，从而保证传输的可靠性。复用技术主要是为了提升数据的有效性，通过每一根天线发射不同的信息来实现，但是在点对点通信中，接收天线数量需要大于等于发送端天线数目，即现有技术中接收天线数量需要大于等于发送端天线数目(N_R≥N_T)时才能复用。 

当接收机只有一根接收天线时，即多输入单输出系统(multiple-input-single-output，MISO)，通常采用空时编码方案(space-time block coding，STBC)，来获得更好的分集性能。然而，空时编码方案虽然可以提供很好的分集性能，其信息传输效率却不高，通常小于等于1。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于唯一可译码的多天线复用方法，以实现即使当接收机只有一根接收天线时，仍可以通过空间复用性能获得复用增益，提升信息传输速率。 

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是： 

一种基于唯一可译码的多天线复用方法，所述方法是利用多天线复用系统来实现的，所述多天线复用系统共有N_T根发射天线和N_R根接收天线，其中，信道为高斯信道或瑞利信道；在接收端的合并器是最大比合并或等增益合并，通过合并提供接收分集的效果。 

对于第i(1≤i≤N_T)根天线的支路，假设在唯一可译码编码器i上，对应码字集合C_i，并假设该码字集合包含|C_i|个码字，假设所有的码字集合的码字长度均为n；那么对于调制后每个s_i(1≤i≤N_T)都是一个n维向量；由唯一可译码的性质可知，对于任意不同的码字u_i,v_i满足u_i,v_i∈C_i，并且使得 

$\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{u}_i\≠\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i---\left(1\right)$

所述方法的实现过程为： 

步骤一，串并转换：待发送的数据流d通过串并转换变成N_T路数据流

步骤二，唯一可译码编码：并行的数据流分别通过唯一可译码编码器，编码后的结果为

步骤三，调制发送：将并行的编码结果进行调制，调制的结果为 并将其发送至信道； 

步骤四，接受合并：通过合并得到其中r_k为第k路的接收信号，w_k为第k路的接收信号的合并权值，由具体的合并方式而定； 

步骤五，判决：将得到的r判决为

步骤六，判断是不是唯一可译码的和元素，如果是进行步骤七，否则跳到步骤三重复执行直至是唯一可译码的和元素； 

步骤七，对唯一可译码进行译码，得到并行的数据流

步骤八，并串转换，把并行的数据流变换为串行，输出数据流，信息传输结束。 

在步骤四中，所述具体的合并方式为等增益合并时，w_k均为1/N_R； 

在步骤四中，所述具体的合并方式为选择式合并时，

所述多天线复用系统中，如果接收端天线数N_R为1，MIMO系统将退化成MISO系统，而由于N_R＝1，合并器相当于一个增益为1的放大器，此时的r＝r₁。 

本发明的有益效果是： 

本发明方法从编码的角度入手，在发射端设计了基于唯一可译码的多天线复用方式，在获得空间分集增益的同时，通过编码方案亦提高多天线复用系统的传输和速率。本发明适用于发射端多天线，接收端大于或者等于一根天线的多天线系统。本发明实现了当接收机只有一根接收天线时仍可以通过空间分集性能获得分集增益，与此同时信息传输的和速率大于1。本发明方法提高在MIMO系统中的信息传输速率，发明效果以2×1多天线系统在瑞利信道的实示例的效果给出。 

附图说明

图1是基于唯一可译码多天线复用系统的发射端框图，图2是基于唯一可译码多天线复用系统的接收端框图，图3是本发明方法的流程图，图4是实示例结构框图，图5是本发明方法在瑞利信道下误码率与STBC在瑞利信道下误码率仿真对比图，图6是本发明方法在瑞利信道下吞吐量与STBC在瑞利信道下吞吐量仿真对比图。 

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、2和3所示，本实施方式所述的基于唯一可译码多天线复用方法的实现过程为： 

基于唯一可译码多天线复用系统的结构框图，共有N_T根发射天线，N_R根接收天线，其发射端和接收端的系统框图如图1和图2所示。 

其中，信道可以是高斯信道，亦可以是瑞利信道。在接收端的合并器可以是最大比合并，等增益合并等等，通过合并提供接收分集的效果。特别地，如果接收端天线数N_R为1，MIMO系统将退化成MISO系统。而由于N_R＝1，合并器相当于一个增益为1的放大器，此时的r＝r₁。 

对于第i(1≤i≤N_T)根天线的支路，假设在唯一可译码编码器i上，对应码字集合C_i，并假设该码字集合包含|C_i|个码字。假设所有的码字集合的码字长度均为n。那么对于调制后每个s_i(1≤i≤N_T)都是一个n维向量。由唯一可译码的性质可知，对于任意不同的码字u_i,v_i满足u_i,v_i∈C_i，并且使得 

$\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{u}_i\≠\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i---\left(2\right)$

整个系统工作过程如下： 

步骤一，串并转换：待发送的数据流d通过串并转换变成N_T路数据流

步骤二，唯一可译码编码：并行的数据流分别通过唯一可译码编码器，编码后的结果为

步骤三，调制发送：将并行的编码结果进行调制，调制的结果为 并将其发送至信道； 

步骤四，接受合并：通过合并得到其中r_k为第k路的接收信号，w_k为第k路的接收信号的合并权值，由具体的合并方式而定； 

步骤五，判决：将得到的r判决为

步骤六，判断是不是唯一可译码的和元素，如果是进行步骤七，否则跳到步骤三，即重新执行步骤三； 

步骤七，唯一可译码译码，得到并行的数据流

“唯一可译码”是一种编码的名字，在此步骤，进行唯一可译码的“译码”步骤，俗称解码； 

步骤八，并串转换，把并行的数据流变换为串行，流程结束。 

实施例 

本发明方法提高了在MIMO系统中的信息传输速率。以2×1多天线系统在瑞利信道的实示例的给出本发明的量化效果。实示例的参数如表1所示： 

表1 仿真参数 

n	2
		C1	{00,11}
C2	{00,01,10}
		NT	2
NR	1
		h1,h2	服从σ2＝1的瑞利分布

实示例的结构框图如图4所示。 

从表2中可以验证，C₁＝{00,11}和C₂＝{00,01,10}是唯一可译码，因为其满足公式(1)。 

表2 唯一可译码验证 

在本实示例中，假设信号调制方式是BPSK，并且信号的幅值为1。同样假设由噪声的功率谱密度变化来实现不同的信噪比。即对于第一根天线支路c₁＝(0,0)时，s₁＝(-1,-1)； c₁＝(1,1)时，s₁＝(1,1)。对于第二根天线支路，c₂＝(0,0)时，s₂＝(-1,-1)；c₂＝(0,1)时，s₂＝(-1,1)；c₂＝(1,0)时，s₂＝(1,-1)。 

为了表示的方便，令x＝h₁+h₂，y＝h₁-h₂。那么接收端的和集合应该是h₁·s₁+h₂·s₂的集合。唯一可译码的和集合的元素如表3所示，根据表3，很容易获得的是，在本实示例中，唯一可译码的和集合为{(-x,-x),(y,y),(-x,-y),(y,x),(-y,-x),(x,y)}。 

表3 接收信号的唯一可译码和集合 

在本实示例中，系统工作步骤如下， 

步骤一，串并转换：待发送的数据流d通过串并转换变成2路数据流d₁,d₂； 

步骤二，唯一可译码编码：并行的数据流d₁,d₂，分别通过唯一可译码编码器编码输出的结果为c₁,c₂；编码过程为，如果d₁＝0，则c₁＝(0,0)；如果d₁＝1，则c₁＝(1,1)；如果d₂＝0，则c₂＝(0,0)；如果d₂＝1，则c₂被随机地等概率地编码为(0,1)或者(1,0)； 

步骤三，调制发送：将并行的编码结果c₁,c₂进行BPSK调制，调制的结果为s₁,s₂，并将其发送至瑞利信道； 

步骤四，接收机接受到信号r； 

步骤五，判决：将得到的r硬判决为

步骤六，判断是不是唯一可译码和集合{(-x,-x),(y,y),(-x,-y),(y,x),(-y,-x),(x,y)}中的元素，如果是，进行步骤七，否则跳到步骤三，即执行步骤三； 

步骤七，按照表3，将得到的唯一可译码的不同元素，解调并译码得到并行的数据流 

步骤八，并串转换，把并行的数据流变换为串行，流程结束。 

本实示例的误码率仿真和吞吐量仿真分别如图5和图6所示。在图5与图6中分别与经典的2×1天线的空时编码(Space-time block code，STBC)编码算法，的误码率和吞吐量进行了对比，本专利提出的基于唯一可译码的多天线复用方式，近一倍地提升了信息传输速率，并且其在误码率性能方面与传统的STBC方法相比，在可接受的范围内。 

Claims (4)

1.一种基于唯一可译码的多天线复用方法，所述方法是利用多天线复用系统来实现的，所述多天线复用系统共有N_T根发射天线和N_R根接收天线，其中，信道为高斯信道或瑞利信道；在接收端的合并器是最大比合并或等增益合并，通过合并提供接收分集的效果。

对于第i(1≤i≤N_T)根天线的支路，假设在唯一可译码编码器i上，对应码字集合C_i，并假设该码字集合包含|C_i|个码字，假设所有的码字集合的码字长度均为n；那么对于调制后每个s_i(1≤i≤N_T)都是一个n维向量；由唯一可译码的性质可知，对于任意不同的码字u_i,v_i满足u_i,v_i∈C_i，并且使得

$\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{u}_i\≠\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i---\left(1\right)$

其特征在于：所述方法的实现过程为：

步骤一，串并转换：待发送的数据流d通过串并转换变成N_T路数据流

步骤二，唯一可译码编码：并行的数据流分别通过唯一可译码编码器，编码后的结果为

步骤三，调制发送：将并行的编码结果进行调制，调制的结果为并将其发送至信道；

步骤四，接受合并：通过合并得到其中r_k为第k路的接收信号，w_k为第k路的接收信号的合并权值，由具体的合并方式而定；

步骤五，判决：将得到的r判决为

步骤六，判断是不是唯一可译码的和元素，如果是进行步骤七，否则跳到步骤三重复执行直至是唯一可译码的和元素；

步骤七，对唯一可译码进行译码，得到并行的数据流

步骤八，并串转换，把并行的数据流变换为串行，输出数据流，信息传输结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于唯一可译码的多天线复用方法，其特征在于，在步骤四中，所述具体的合并方式为等增益合并时，w_k均为1/N_R；

3.根据权利要求1所述的一种基于唯一可译码的多天线复用方法，其特征在于，在步骤四中，所述具体的合并方式为选择式合并时，

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于唯一可译码的多天线复用方法，其特征在于，所述多天线复用系统中，如果接收端天线数N_R为1，MIMO系统将退化成MISO系统，而由于N_R＝1，合并器相当于一个增益为1的放大器，此时的r＝r₁。