CN101192904B

CN101192904B - 适用于无线广播的空时编码收发机及其实现信号收发的方法

Info

Publication number: CN101192904B
Application number: CN2006101458737A
Authority: CN
Inventors: 宋荣方; 张苏民; 程瑚
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: CN101192904A

Abstract

本发明公开了一种适用于无线广播的空时编码收发机及使用方法。现有无线广播的空时编码收发机解调第一层信号时仅仅简单的将其它层信号视为干扰，极大的影响了差错性能。为解决上述问题，本发明适用于无线广播的空时编码收发机及使用方法，将第二层的信号重构后反馈给第一层，有效的消除了第二层信号对第一层信号接收的影响，提高了第一层信号的接收正确性，进而提高了第二层信号的接收正确性，从而使整个接收差错性能得到较大提高。本发明适用于无线广播领域。

Description

适用于无线广播的空时编码收发机及其实现信号收发的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于无线广播的空时编码收发机及其实现信号收发的方法。

背景技术

空时编码技术自问世以来受到愈来愈多的关注，该技术即可侧重于提高传输性能，又可侧重于提高传输速率，为无线通信技术的发展打开了一个全新的领域。文献S.M.Alamouti，“Asimple transmit diversity technique for wireless communications”，IEEE Journal Select.AreasCommun.，vol.16，no.8，pp.1451-1458，Oct.1998.公开了一种正交空时分组编码方案，该方案能带来额外的编码增益和分集增益，从而提高系统性能。且收发机结构简单，实用。文献G.Foschini，″Layered space＝-time architecture for wireless communication in a fading environment when usingmulti-element antennas”，Bell Labs Technical Journal.Autumn 1996.pp.41-59公开了一种全新的空间分层传输的概念，这一方法可以使频带利用率达到空前的几十比特/赫兹，为无线高速数据传输提供了新的方法。而文献Chih-Hung Kuo，Chang-Su Kim，Robert Ku，and C.-C.Jay kuo“Embedded Space-Time Coding for Wireless Broadcast”.提出了一种空时编码方法和收发机结构，巧妙的融合了分层空时码和空时分组码的思想，并使具有不同接收天线数量的接收机可获得不同的传输速率和差错性能。在这一分层接收结构中，第一层信号的正确接收对整个接收性能起了决定性的作用，但文献Chih-Hung Kuo，Chang-Su Kim，Robert Ku，and C.-C.Jay kuo“Embedded Space-Time Coding for Wireless Broadcast”.中在解调第一层信号时仅仅简单的将其它层信号视为干扰，极大的影响了差错性能。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种适用于无线广播的空时编码收发机及其实现信号收发的方法，克服其它层信号对第一层信号构成的干扰，以提高接收差错性能。

为了达到上述发明目的，本发明适用于无线广播的空时编码收发机，其特征在于：包括用于编码信号发射的发射机和用于编码信号接收的接收机，其中，

发射机包括分配发送信号的数据分配模块；分别与数据分配模块相连的用于信道编码的第一信道编码通道和第二信道编码通道，两个信道编码通道的输出端连接在同一个用于合并发送信号的合并模块上；合并模块输出端连接有四根用于发射信号的天线；

数据分配模块将发送信号分为第一层信号和第二层信号，第一层信号通过第一信道编码通道进行编码，第二层信号通过第二信道编码通道进行编码，经过编码的两层信号通过合并模块合并成一路信号，所述一路信号通过四根天线发送出去；

接收机包括用于接收发射机发射信号的第一天线和第二天线；输入端与第一天线输出端和第二天线输出端分别相连的用于译码的第一层译码单元；与第一层译码单元输出端相连的用于输出译码信号的第一层输出单元；输入端与第一天线输出端和第二天线输出端分别相连的用于译码的第二层译码单元；与第二层译码单元输出端相连的用于输出译码信号的第二层输出单元；输入端分别与第一层译码单元的输出端和第二层译码单元的输出端相连，输出端分别与第一层译码单元输入端和第二层译码单元输入端相连，用于将译码单元输出端信号反馈给译码单元输入端的重构单元；

第一天线和第二天线将接收到的发射信号发送给第一译码单元和第二译码单元进行译码，其中，第一译码单元对接收到的发射信号中的第一层信号进行译码，第二译码单元对接收到的发射信号中的第二层信号进行译码，第一译码单元输出的译码信号通过重构单元反馈给第二译码单元输入端，第二译码单元输出的译码信号通过重构单元反馈给第一译码单元输入端，经如此循环后，第一译码单元输出的信号经第一层输出单元输出，第二译码单元输出的信号经第二层输出单元输出。

上述的适用于无线广播的空时编码收发机中，所述发射机中的信道编码通道从数据分配模块方向起，依次为与数据分配模块连接的用于信道编码的信道编码器；与信道编码器连接的用于信号调制的调制模块；与调制模块连接的用于对信号进行空时编码的空时编码器；

信道编码器将数据分配模块输出的信号进行编码，经编码的信号通过调制模块进行调制，最后再用空时编码器对信号进行编码。

上述的适用于无线广播的空时编码收发机中，接收机中译码单元从天线方向起，依次为与第一天线输出端和第二天线输出端连接的用于生成判决变量的判决变量生成模块；与判决变量生成模块连接的用于得到译码输出的最大似然译码模块；

判决变量生成模块从第一天线和第二天线输出的信号中计算判决变量，最大似然译码模块从上述信号中得到译码输出。

上述的适用于无线广播的空时编码收发机中，接收机中的输出单元包括与译码单元输出端连接的对信号进行解调的解调模块；与解调模块连接的用于对信号进行译码的信道译码单元；

解调模块将译码单元输出的信号进行解调，解调后的信号进入信道译码单元，所述信道译码单元对解调之后的信号进行译码，译码后的信号输出。

一种适用于无线广播的空时编码收发机实现信号收发的方法，包括：

(1)发射机将所要发射的信号分成第一层信号和第二层信号，并分别进行编码，之后再将第一层信号和第二层信号合并进行发射；

(2)接收机接收发射机发射的信号，将第二层信号视为噪音，通过第一译码单元得到第一层信号的判决变量和译码输出；

(3)将第一译码单元的译码输出通过重构单元发送给第二译码单元；

(4)第二译码单元接收发射机发射的信号，根据重构单元发送的第一译码单元的译码输出排除第一层信号的干扰，得到第二层信号的判决变量和译码输出；

(5)将第二译码单元的译码输出通过重构单元发送给第一译码单元；

(6)第一译码单元接收发射机发射的信号，根据重构单元发送的第二译码单元的译码输出排除第二层信号的干扰，更新第一层信号的判决变量和译码输出，如果此时未达到输出要求，返回步骤(3)；否则，输出第一层信号和第二层信号的结果。

采用本发明所述方法和装置，将第二层的信号重构后反馈给第一层，有效的消除了第二层信号对第一层信号接收的影响，提高了第一层信号的接收正确性，进而提高了第二层信号的接收正确性，从而使整个接收差错性能得到较大提高，并且随着接收天线数量的增加，本发明充分利用多天线带来的益处，使接收端不仅可获得高的传输速率，性能更得到进一步提高。

附图说明

图1为发射机框图；

图2为接收机框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

如图1、图2所示，发射机包括分配发送信号的数据分配模块；分别与数据分配模块相连的用于信道编码的第一信道编码通道和第二信道编码通道，两个信道编码通道的输出端连接在同一个用于合并发送信号的合并模块上；合并模块输出端连接有四根用于发射信号的天线；

接收机包括用于接收发射机发射信号的第一天线和第二天线；输入端与第一天线输出端和第二天线输出端分别相连的用于译码的第一层译码单元；与第一层译码单元输出端相连的用于输出译码信号的第一层输出单元；输入端与第一天线输出端和第二天线输出端分别相连的用于译码的第二层译码单元；与第二层译码单元输出端相连的用于输出译码信号的第二层输出单元；输入端分别与第一层译码单元的输出端和第二层译码单元的输出端相连，输入端分别与第一层译码单元输入端和第二层译码单元输入端相连，用于将输出端信号反馈给输入端的重构单元；

信道编码器将数据分配模块输出的信号进行编码，经编码的信号通过调制模块进行调制，最后再用空时编码器对给信号进行编码。

如图1、图2所示，适用于无线广播的空时编码收发机的使用方法，以两层发射结构为例说明：

(1)发射机将所要发射的信号分成第一层信号(a1，a2)和第二层信号(b1，b2，b3，b4)，经调制后的数据a1，a2被送至空时编码器1，b1，b2，b3，b4被送至空时编码器2。

空时编码器1输出

[\begin{matrix} a_{1} & - {a_{2}}^{*} \\ a_{1} & {- a}_{2}^{*} \\ a_{2} & {a_{1}}^{*} \\ a_{2} & {a_{1}}^{*} \end{matrix}],

空时编码器2输出

[\begin{matrix} b_{1} & {- b}_{2}^{*} \\ b_{2} & {b_{1}}^{*} \\ b_{3} & {- b}_{4}^{*} \\ b_{4} & {b_{3}}^{*} \end{matrix}]

合并后经天线1-4发射出去。

(2)接收机接收到发射机的发射信号为：

r_{1}^{1} = (h_{11} + h_{12}) a_{1} + (h_{13} + h_{14}) a_{2} + h_{11} b_{1} + h_{12} b_{2} + h_{13} b_{3} + h_{14} b_{4}

r_{2}^{1} = (h_{13} + h_{14}) {a_{1}}^{*} - (h_{11} + h_{12}) {a_{2}}^{*} + h_{12} {b_{1}}^{*} - h_{11} {b_{2}}^{*} + h_{14} {b_{3}}^{*} - h_{13} {b_{4}}^{*}

r_{1}^{2} = (h_{21} + h_{22}) a_{1} + (h_{23} + h_{24}) a_{2} + h_{21} b_{1} + h_{22} b_{2} + h_{23} b_{3} + h_{24} b_{4}

r_{2}^{2} = (h_{23} + h_{24}) {a_{1}}^{*} - (h_{21} + h_{22}) {a_{2}}^{*} + h_{22} {b_{1}}^{*} - h_{21} {b_{2}}^{*} + h_{24} {b_{3}}^{*} - h_{23} {b_{4}}^{*}

其中，h_ji表示第j根接收天线和第i根发射天线之间的信道衰落系数。r_t ^j表示天线j上，在时刻t的接收信号。

首先将b1，b2，b3，b4看作噪声，根据多天线STBC的译码方法，得判决变量

{\tilde{a}}_{1} = {(h_{11} + h_{12})}^{*} r_{1}^{1} + (h_{13} + h_{14}) {(r_{2}^{1})}^{*} + {(h_{21} + h_{22})}^{*} r_{1}^{2} + (h_{23} + h_{24}) {(r_{2}^{2})}^{*}

{\tilde{a}}_{2} = {(h_{13} + h_{14})}^{*} r_{1}^{1} - (h_{11} + h_{12}) {(r_{2}^{1})}^{*} {+ (h_{23} + h_{24})}^{*} r_{1}^{2} - (h_{21} + h_{22}) {(r_{2}^{2})}^{*}

根据最大似然译码准则得译码输出：

{\hat{a}}_{1} = \arg \min d ({\hat{a}}_{1}, {\tilde{a}}_{1})

{\hat{a}}_{2} = \arg \min d ({\hat{a}}_{2}, {\tilde{a}}_{2})

(3)用第一译码单元的译码输出

重构第一层数据送至第二层译码单元，第二层译码单元的输入信号为

{(r_{1}^{1})}^{'} = r_{1}^{1} - (h_{11} + h_{12}) {\hat{a}}_{1} - (h_{13} + h_{14}) {\hat{a}}_{2}

{(r_{2}^{1})}^{'} = r_{2}^{1} - (h_{13} + h_{14}) {\hat{a}}_{1}^{*} + (h_{11} + h_{12}) {\hat{a}}_{2}^{*}

{(r_{1}^{2})}^{'} = r_{1}^{2} - (h_{21} + h_{22}) {\hat{a}}_{1} - (h_{23} + h_{24}) {\hat{a}}_{2}

{(r_{2}^{2})}^{'} {= r}_{2}^{2} - (h_{23} + h_{24}) {\hat{a}}_{1}^{*} + (h_{21} + h_{22}) {\hat{a}}_{2}^{*}

(4)第二译码单元接收发射机发射的信号，如果第一层译码能够正确输出，则此时第二层译码单元的输入信号中不包含第一层的干扰信号。

令接收信号矩阵为r＝HB+n

其中

H = [\begin{matrix} h_{11} & h_{12} & h_{13} & h_{14} \\ {h_{12}}^{*} & {- h}_{11}^{*} & {h_{14}}^{*} & {- h}_{13}^{*} \\ h_{21} & h_{22} & h_{23} & h_{24} \\ {h_{22}}^{*} & {- h}_{21}^{*} & {h_{24}}^{*} & {- h}_{23}^{*} \end{matrix}]

r = [\begin{matrix} {(r_{1}^{1})}^{'} \\ {(r_{2}^{1})}^{' *} \\ {(r_{1}^{2})}^{'} \\ {(r_{2}^{2})}^{' *} \end{matrix}]

B = [\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ b_{3} \\ b_{4} \end{matrix}]

n为高斯白噪声。采用维纳滤波器解出判决变量

{\tilde{b}}_{i} = w_{i}^{*} r,

权重因子w_i ^*可由下式得到

w_{i} = {[{HH}^{*} + \frac{1}{E_{s} / N_{0}} I]}^{- 1} h_{i},

h_i是矩阵H的第i列。

(5)解出第二译码单元的译码输出

后在经最大似然译码得到译码输出

将

送至信号重构单元，重构第二层信号后将该信号送至第一层译码单元，用于消除第二层信号对第一层信号译码造成的干扰。更新r₁ ¹，r₂ ¹，r₁ ²，r₂ ²，第k次迭代时

{(r_{1}^{1})}^{k} = {(r_{1}^{1})}^{k - 1} - h_{11} {\hat{b}}_{1}^{k - 1} - h_{12} {\hat{b}}_{2}^{k - 1} - h_{13} {\hat{b}}_{3}^{k - 1} - h_{14} {\hat{b}}_{4}^{k - 1}

{(r_{2}^{1})}^{k} = {(r_{2}^{1})}^{k - 1} - h_{12} {({\hat{b}}_{1}^{k - 1})}^{*} + h_{11} {({\hat{b}}_{2}^{k - 1})}^{*} - h_{14} {({\hat{b}}_{3}^{k - 1})}^{*} + h_{13} {({\hat{b}}_{4}^{k - 1})}^{*}

{(r_{1}^{2})}^{k} = {(r_{1}^{2})}^{k - 1} - h_{21} {\hat{b}}_{1}^{k - 1} - h_{22} {\hat{b}}_{2}^{k - 1} - h_{23} {\hat{b}}_{3}^{k - 1} - h_{24} {\hat{b}}_{4}^{k - 1}

{(r_{2}^{2})}^{k} = {(r_{2}^{2})}^{k - 1} - h_{22} {({\hat{b}}_{1}^{k - 1})}^{*} + h_{21} {({\hat{b}}_{2}^{k - 1})}^{*} - h_{24} {({\hat{b}}_{3}^{k - 1})}^{*} + h_{23} {({\hat{b}}_{4}^{k - 1})}^{*}

(6)用新得到的(r₁ ¹)^k，(r₁ ²)^k，(r₂ ¹)^k，(r₂ ²)^k计算出新的判决统计量

重复前述步骤，直到迭代次数达到设定次数或

小于某一个定值。

Claims

1.一种适用于无线广播的空时编码收发机，其特征在于：包括用于编码信号发射的发射机和用于编码信号接收的接收机，其中，

2.根据权利要求1所述的适用于无线广播的空时编码收发机，其特征在于：所述发射机中的信道编码通道从数据分配模块方向起，依次为与数据分配模块连接的用于信道编码的信道编码器；与信道编码器连接的用于信号调制的调制模块；与调制模块连接的用于对信号进行空时编码的空时编码器；

3.根据权利要求1所述的适用于无线广播的空时编码收发机，其特征在于：接收机中译码单元从天线方向起，依次为与第一天线输出端和第二天线输出端连接的用于生成判决变量的判决变量生成模块；与判决变量生成模块连接的用于得到译码输出的最大似然译码模块；

4.根据权利要求1所述的适用于无线广播的空时编码收发机，其特征在于：接收机中的输出单元包括与译码单元输出端连接的对信号进行解调的解调模块；与解调模块连接的用于对信号进行译码的信道译码单元；

5.一种适用于无线广播的空时编码收发机实现信号收发的方法，其特征在于：包括：