CN101540660B - 基于迭代的分层空时分组码的译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于迭代的分层空时分组码的译码方法。其过程是：1)根据天线的分组数对信道矩阵和接收向量进行分组；2)对各组接收向量进行分组干扰抑制，并对得到的修正的接收向量进行STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果；3)将此结果反馈到接收端重新进行STBC编码，得到各组的新的编码矩阵用于消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰；4)对消除干扰后的接收向量再进行STBC译码，将得到的各组的迭代译码结果反馈到接收端；5)根据设定的迭代次数n，重复第3)和第4)步n-1次，并将各组迭代n次的译码结果进行并串变换，得到最终的译码结果。本发明相对于现有LSTBC译码方法具有抗衰落性能高的优点，可用于MIMO系统中的空时编码。

Description

基于迭代的分层空时分组码的译码方法

技术领域

本发明属于编译码技术领域，具体涉及对分层空时分组码LSTBC的译码方法，可用于多输入多输出MIMO系统中的空时编码。

背景技术

空时编码技术是一种基于多输入多输出MIMO的空时处理技术，它利用时间和空间两维构造码字来抵消衰落、提高功率效率，能够在传输信道中实现并行的多路传送，提高频谱效率。美国的Bell实验室提出了分层空时编码的概念，他们于1996年提出了分层空时编码技术的框架，并申请了专利，在此基础上开发出了BLAST实验系统[1.G.J.Foschini，“Layered space-time architecture for wireless communication in a fadingenvironment when using multi-element antennas”，Bell Labs Technical Journal，Autumn.1996，b1(2)，pp.41-59.]。BLAST系统的结构简单、易于实现，使得MIMO的研究工作得到了迅速发展。但是BLAST是以部分的分集增益为代价来换取高的频带利用率，并且它的译码复杂度很高。Alamouti提出了一个简单的发射分集方案[2.S.M.Alamouti，“A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communication”，IEEE Journal onSelectAreas in Communications，Vol.16，No.8，Oct.1998，pp.1451-1458.]。Alamouti方案是能够为发射天线数为2的系统提供完全发射分集增益的第一种空时分组码。后来Tarokh等人在Alamouti工作的基础上，将正交编码的方法结合这种简单的分集技术，提出了正交空时分组码STBC[3.V.Tarokh，H.Jafarkhani，et al，“Space-time block codesfrom orthogonal designs”，IEEE Trans，Inf.Theory，Vol.45，July.1999，pp.1456-1467.]。STBC是以编码增益和部分频带利用率为代价换取最大分集增益和低的编译码复杂度。文献[4.T Mao，M Motani，“STBC-VBLAST for MIMO Wireless CommunicationSystems”，IEEE International Conference on Communications，Vol.15，August.2005，pp.2266-2270.]提出，在VBLAST中，对最先译码的首层采用STBC编码来增加分集度，以提高系统的性能，在接收端通过分组干扰抑制的方法实现解码，如附图1所示，它示意了接收矢量进行分组干扰抑制得到各分组的修正的接收矢量，然后进行独立的STBC译码，将得到的各译码结果进行并串变换，输出为未经迭代的译码结果。该方法虽然在分集度和编码速率两者之间取得了较好的折中，但是在译码时只利用了部分的接收天线，没有充分利用接收分集，不仅造成了天线的浪费，而且使得它的抗衰落性能比空时分组码差的太多。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于迭代的分层空时分组码的译码方法，在保证编码速率的基础上，实现天线分集的充分利用，提高分层空时分组码的抗衰落性能。

为实现上述目的，本发明的译码方法包括如下步骤：

1)根据天线的分组数对信道矩阵和接收向量进行分组，保存原始信道矩阵与原始接收向量；

2)对各组接收向量进行分组干扰抑制，得到修正的信道矩阵和修正的接收向量，对修正的接收向量进行STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码；

3)对各组的译码结果重新进行STBC编码，得到各组的新的编码矩阵，通过该新的编码矩阵和原始信道矩阵与原始接收向量，消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰；

4)对消除干扰后的接收向量再进行STBC译码，得到该组的迭代译码结果，对所有分组进行同样处理，得到各组的迭代译码结果；

5)将各组的迭代译码结果反馈到接收端，根据设定的迭代次数n，重复第3)和第4)步n-1次，得到各组迭代n次的译码结果，将各组的译码结果进行并串变换，得到最终的译码结果。

所述的对各组接收向量进行分组干扰抑制，是对每一分组对应的信道矩阵进行QR分解，得到一组正交归一的向量，用此向量左乘该分组对应的原始信道矩阵和原始接收向量，得到修正的信道矩阵和修正的接收向量。

所述的消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰，是在接收端再对某一分组进行译码时，将其他分组的新的编码矩阵与对应的原始信道矩阵相乘，将该相乘结果在原始接收向量中减掉，得到消除了其他分组干扰的接收向量。

本发明的译码方法有如下有益效果：

1)本发明运用迭代技术，将译码结果反馈到接收端，在消除其他分组干扰的情况下再对某一分组进行译码，减小了噪声带来的影响，提高了译码的准确性；

2)本发明运用迭代技术，对消除了其他分组干扰的接收向量进行译码，能够充分利用接收分集，达到满分集增益，相对于现有LSTBC译码方法，本发明的译码方法使得抗衰落性能有了很大提高。

附图说明

图1为现有LSTBC译码方法的示意图；

图2为现有LSTBC的发送端结构示意图；

图3是本发明在4发4收MIMO系统中基于迭代的LSTBC译码方法示意图；

图4是本发明在6发6收MIMO系统中基于迭代的LSTBC译码方法示意图；

图5是本发明与现有译码方法的性能比较仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的各个部分作进一步的详细说明。

如图2所示，假设系统有M_T根发射天线和M_R根接收天线，发送端的M_T根天线被分成q组，分别为G₁，G₂，…，G_q，各包含n₁，n₂，…，n_q根天线，并且有如下关系：n₁+n₂+，…，+n_q＝M_T。原始比特信息在t时刻有A位比特输入，经卷积编码器编码后输出B位，进行分层空时分组编码。B位的数据被分成M_T组长度分别为B₁，B₂，…，B_q位的数据串，且B₁+B₂+，…，+B_q＝B。随后，第i个数据串空时编码器发射天线数为n_i，1≤i≤q的正交STBC编码，记每组的空时码字为Ci，1≤i≤q，其维数为n_i×s_i，则每组的编码速率是n_i/s_i，s_i表示第i个时隙。从发送端的总体结构上来看，它仍是一个分层处理的结构；但是在每一层的处理上完全采用了独立的STBC编码，相当于一系列的q个空时编码器在相同的无线信道上并行工作。

实施例一

参照图3，本发明在4发4收的MIMO系统中，设迭代次数是3，其LSTBC译码包括如下步骤：

步骤1，根据天线的分组数对信道矩阵和接收向量进行分组，保存原始信道矩阵与原始接收向量。

1.1将每两根天线分为一组，每组分别进行STBC编码，编码矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{c}C1\\ C2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{c}_1& {-c}_2^{*}\\ -c_2& c_1^{*}\\ c_3& -c_4^{*}\\ c_4& c_3^{*}\end{array}\right]$

其中C1，C2分别为第一分组发射天线和第二分组发射天线对应的空时编码矩阵，c_i，i＝1，2，3，4是第i根发射天线发送的经过调制的信号，c_i ^*是c_i的共轭。

1.2信道矩阵H分解为H＝[H(C1)H(C2)]，其中：

$H\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{31}& h_{32}\\ h_{41}& h_{42}\end{array}\right];$ $H\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{13}& h_{14}\\ h_{23}& h_{24}\\ h_{33}& h_{34}\\ h_{43}& h_{44}\end{array}\right]$

其中H(C1)，H(C2)分别为第一分组发射天线和第二分组发射天线对应的原始信道矩阵，h_ij，i，j＝1，2，3，4是信道矩阵元素。

1.3将接收天线按照发射天线的分组数每两根天线分为一组，接收天线的接收向量R也被分为两组：R＝[R1 R2]^T，其中，R1为第一分组接收天线接收到的原始接收向量，R2为第二分组接收天线接收到的原始接收向量，T表示矩阵的转置。

1.4将原始信道矩阵H(C1)，H(C2)与原始接收向量R1，R2保存以用于之后的迭代过程。

步骤2，对各组接收向量进行分组干扰抑制，得到修正的信道矩阵和修正的接收向量，将修正的接收向量进行STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码。

2.1对各组接收向量进行分组干扰抑制，定义Λ(C1)为除去第一分组发射天线后的信道传输矩阵，Λ(C2)为除去第二分组发射天线后的信道传输矩阵，即：

$\mathrm{\Λ}\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{13}& h_{14}\\ h_{23}& h_{24}\\ h_{33}& h_{34}\\ h_{43}& h_{44}\end{array}\right];$ $\mathrm{\Λ}\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{31}& h_{32}\\ h_{41}& h_{42}\end{array}\right].$

当利用分组干扰抑制的方法来对第一分组的STBC的C1解码时，关键是如何找到一组与Λ(C1)正交的矢量，本发明采用如下方法对Λ(C1)做QR分解来找到正交矢量，即：

[Q1，R1′]＝qr[Λ(C1)]

其中，qr[]表示对Λ(C1)进行QR分解，Q1，R1′分别是Λ(C1)经QR分解后得到的正交矩阵和上三角矩阵。

根据QR分解的性质得知，Q1^H矩阵的后两行共两个行向量与Λ(C1)正交，其中H表示矩阵的共轭转置。令这些行向量为：{q₁，q₂}，且令T(C1)＝[q₁ q₂]^T，得到与Λ(C1)正交的矢量矩阵T(C1)。对Λ(C2)做同样处理，得到与Λ(C2)正交的矢量矩阵T(C2)。

2.2用T(C1)，T(C2)分别左乘对应的原始信道矩阵H(C1)，H(C2)，得到修正的信道矩阵：

$\tilde{H}1=T\left(C1\right)H\left(C1\right);$ $\tilde{H}2=T\left(C2\right)H\left(C2\right).$

2.3用T(C1)，T(C2)分别左乘对应的原始接收向量R1，R2，得到修正的接收向量：

$\tilde{R}1=T\left(C1\right)R1;$ $\tilde{R}2=T\left(C2\right)R2.$

2.4分别对修正的接收向量

进行2发2收的STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码。

步骤3，对各组的译码结果重新进行STBC编码，得到各组的新的编码矩阵，通过该新的编码矩阵和原始信道矩阵与原始接收向量，消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰。

3.1设未迭代的译码结果为S0：

$S0=\left[\begin{array}{c}S0\left(C1\right)\\ S0\left(C2\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{s0}_1\\ {s0}_2\\ {s0}_3\\ {s0}_4\end{array}\right]$

其中，S0(C1)是第一分组的译码结果组成的矩阵，S0(C2)是第二分组的译码结果组成的矩阵，s0_i，i＝1，2，3，4是第i根接收天线未迭代译码后的输出信号。

将S0(C1)，S0(C2)反馈到接收端，分别对其进行STBC编码，得到：

$\mathrm{Sd}0\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{s0}_1& -{s0}_2^{*}\\ {s0}_2& s{0}_1^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}0\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{s0}_3& -{s0}_4^{*}\\ {s0}_4& s{0}_3^{*}\end{array}\right]$

其中，Sd0(C1)是第一分组的新的编码矩阵，Sd0(C2)是第二分组的新的编码矩阵。

3.2在接收端再对第一分组进行译码时，将第二分组的新的编码矩阵Sd0(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第二分组干扰的接收向量：

Rd0(C1)＝R-H(C2)·Sd0(C2)；

在接收端再对第二分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd0(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组干扰的接收向量：

Rd0(C2)＝R-H(C1)·Sd0(C1)。

步骤4，对消除干扰后的接收向量再进行STBC译码，得到迭代译码结果。

将消除了第二分组干扰的接收向量Rd0(C1)进行2发4收的STBC译码，得到第一分组迭代一次的译码结果S1(C1)；将消除了第一分组干扰的接收向量Rd0(C2)进行2发4收的STBC译码，得到第二分组迭代一次的译码结果S1(C2)：

$S1\left(C1\right)=\left[\begin{array}{c}{s1}_1\\ {s1}_2\end{array}\right];$ $S1\left(C2\right)=\left[\begin{array}{c}{s1}_3\\ {s1}_4\end{array}\right]$

其中，s1_i，i＝1，2，3，4是第i根接收天线迭代一次译码后的输出信号。

步骤5，将各组的迭代译码结果反馈到接收端，根据设定的迭代次数3，将步骤3和步骤4重复2次，得到各组迭代3次的译码结果。

5.1将第一分组迭代一次的译码结果S1(C1)，第二分组迭代一次的译码结果S1(C2)反馈到接收端，分别对其进行STBC编码，得到第一分组的新的编码矩阵Sd1(C1)，第二分组的新的编码矩阵Sd1(C2)：

$\mathrm{Sd}1\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{s1}_1& -{s1}_2^{*}\\ {s1}_2& s{1}_1^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}1\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{s1}_3& -{s1}_4^{*}\\ {s1}_4& s{1}_3^{*}\end{array}\right].$

5.2在接收端再对第一分组进行译码时，将第二分组的新的编码矩阵Sd1(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第二分组干扰的接收向量：

Rd1(C1)＝R-H(C2)·Sd1(C2)；

在接收端再对第二分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd1(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组干扰的接收向量：

Rd1(C2)＝R-H(C1)·Sd1(C1)。

5.3将消除了第二分组干扰的接收向量Rd1(C1)进行2发4收的STBC译码，得到第一分组迭代两次的译码结果S2(C1)；将消除了第一分组干扰的接收向量Rd1(C2)进行2发4收的STBC译码，得到第二分组迭代两次的译码结果S2(C2)：

$S2\left(C1\right)=\left[\begin{array}{c}{s2}_1\\ {s2}_2\end{array}\right];$ $S2\left(C2\right)=\left[\begin{array}{c}{s2}_3\\ {s2}_4\end{array}\right]$

其中，s2_i，i＝1，2，3，4是第i根接收天线迭代两次译码后的输出信号。

5.4将第一分组迭代两次的译码结果S2(C1)，第二分组迭代两次的译码结果S2(C2)反馈到接收端，分别对其进行STBC编码，得到第一分组的新的编码矩阵Sd2(C1)，第二分组的新的编码矩阵Sd2(C2)：

$\mathrm{Sd}2\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{s2}_1& -{s2}_2^{*}\\ {s2}_2& s{2}_1^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}2\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{s2}_3& -s{2}_4^{*}\\ {s2}_4& s{2}_3^{*}\end{array}\right].$

5.5在接收端再对第一分组进行译码时，将第二分组的新的编码矩阵Sd2(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第二分组干扰的接收向量：

Rd2(C1)＝R-H(C2)·Sd2(C2)；

在接收端再对第二分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd2(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将该相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组干扰的接收向量：

Rd2(C2)＝R-H(C1)·Sd2(C1)。

5.6将消除了第二分组干扰的接收向量Rd2(C1)进行2发4收的STBC译码，得到第一分组迭代三次的译码结果S3(C1)；将消除了第一分组干扰的接收向量Rd2(C2)进行2发4收的STBC译码，得到第二分组迭代三次的译码结果S3(C2)：

$S3\left(C1\right)=\left[\begin{array}{c}s{3}_1\\ s{3}_2\end{array}\right];$ $S3\left(C2\right)=\left[\begin{array}{c}s{3}_3\\ s{3}_4\end{array}\right]$

其中，s3_i，i＝1，2，3，4是第i根接收天线迭代三次译码后的输出信号。

步骤6，将第一分组迭代三次的译码结果S3(C1)和第二分组迭代三次的译码结果S3(C2)进行并串变换，得到最终的译码结果：

$S3=\left[\begin{array}{c}S3\left(C1\right)\\ S3\left(C2\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{s3}_1\\ {s3}_2\\ {s3}_3\\ s{3}_4\end{array}\right].$

实施例二

参照图4，本发明在6发6收的MIMO系统中，设迭代次数是2，其LSTBC译码包括如下步骤：

步骤1，根据天线的分组数对信道矩阵和接收向量进行分组，保存原始信道矩阵与原始接收向量。

1.1将每两根天线分为一组，每组分别进行STBC编码，编码矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{c}C1\\ C2\\ C3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{c}_1& {-c}_2^{*}\\ -c_2& c_1^{*}\\ c_3& {-c}_4^{*}\\ c_4& c_3^{*}\\ c_5& {-c}_6^{*}\\ c_6& c_5^{*}\end{array}\right],$

其中C1，C2，C3分别为第一分组、第二分组和第三分组发射天线对应的空时编码矩阵，c_i，i＝1，2，3，4，5，6是第i根发射天线发送的经过调制的信号，c_i ^*是c_i的共轭。

1.2信道矩阵H分解为H＝[H(C1)H(C2)H(C3)]，其中：

$H\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\\ h_{31}& h_{32}\\ h_{41}& h_{42}\end{array}\right];$ $H\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{13}& h_{14}\\ h_{23}& h_{24}\\ h_{33}& h_{34}\\ h_{43}& h_{44}\end{array}\right];$ $H\left(C3\right)=\left[\begin{array}{cc}{h}_{15}& h_{16}\\ h_{25}& h_{26}\\ h_{35}& h_{36}\\ h_{45}& h_{46}\end{array}\right]$

其中H(C1)，H(C2)，H(C3)分别为第一分组、第二分组和第三分组发射天线对应的原始信道矩阵，h_ij，i，j＝1，2，3，4，5，6是信道矩阵元素。

1.3将接收天线按照发射天线的分组数每两根天线分为一组，接收天线的接收向量R也被分为三组：R＝[R1 R2 R3]^T，其中，R1为第一分组接收天线接收到的原始接收向量，R2为第二分组接收天线接收到的原始接收向量，R3为第三分组接收天线接收到的原始接收向量，T表示矩阵的转置。

1.4将原始信道矩阵H(C1)，H(C2)，H(C3)与原始接收向量R1，R2，R3保存以用于之后的迭代过程。

步骤2，对各组接收向量进行分组干扰抑制，得到修正的信道矩阵和修正的接收向量，将修正的接收向量进行STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码。

2.1对各组接收向量进行分组干扰抑制，定义Λ(C1)为除去第一分组发射天线后的信道传输矩阵，Λ(C2)为除去第二分组发射天线后的信道传输矩阵，Λ(C3)为除去第三分组发射天线后的信道传输矩阵，即：

$\mathrm{\Λ}\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{13}& h_{14}& h_{15}& h_{16}\\ h_{23}& h_{24}& h_{25}& h_{26}\\ h_{33}& h_{34}& h_{35}& h_{36}\\ h_{43}& h_{44}& h_{45}& h_{46}\end{array}\right];$ $\mathrm{\Λ}\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{15}& h_{16}\\ h_{21}& h_{22}& h_{25}& h_{26}\\ h_{31}& h_{32}& h_{35}& h_{36}\\ h_{41}& h_{42}& h_{45}& h_{46}\end{array}\right];$ $\mathrm{\Λ}\left(C3\right)=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}& h_{14}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}& h_{24}\\ h_{31}& h_{32}& h_{33}& h_{34}\\ h_{41}& h_{42}& h_{43}& h_{44}\end{array}\right]$

本发明采用如下方法对Λ(C1)做QR分解来找到一组与Λ(C1)正交的矢量，即：

[Q1，R1′]＝qr[Λ(C1)]

其中，qr[]表示对Λ(C1)进行QR分解，Q1，R1′分别是Λ(C1)经QR分解后得到的正交矩阵和上三角矩阵。

根据QR分解的性质得知，Q1^H矩阵的后两行共两个行向量与Λ(C1)正交，其中H表示矩阵的共轭转置。令这些行向量为：{q₁，q₂}，且令T(C1)＝[q₁ q₂]^T，得到与Λ(C1)正交的矢量矩阵T(C1)。对Λ(C2)，Λ(C3)做同样处理，得到与Λ(C2)正交的矢量矩阵T(C2)，与Λ(C3)正交的矢量矩阵T(C3)。

2.2用T(C1)，T(C2)，T(C3)分别左乘对应的原始信道矩阵H(C1)，H(C2)，H(C3)，得到修正的信道矩阵：

$\tilde{H}1=T\left(C1\right)H\left(C1\right);$ $\tilde{H}2=T\left(C2\right)H\left(C2\right);$ $\tilde{H}3=T\left(C3\right)H\left(C3\right).$

2.3用T(C1)，T(C2)，T(C3)分别左乘对应的原始接收向量R1，R2，R3，得到修正的接收向量：

$\tilde{R}1=T\left(C1\right)R1;$ $\tilde{R}2=T\left(C2\right)R2;$ $\tilde{R}3=T\left(C3\right)R3.$

2.4分别对修正的接收向量

进行2发2收的STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码。

步骤3，对各组的译码结果重新进行STBC编码，得到各组的新的编码矩阵，通过该新的编码矩阵和原始信道矩阵与原始接收向量，消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰。

3.1设未迭代的译码结果为S0：

$S0=\left[\begin{array}{c}S0\left(C1\right)\\ S0\left(C2\right)\\ S0\left(C3\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{s0}_1\\ {s0}_2\\ s{0}_3\\ {s0}_4\\ s{0}_5\\ s{0}_6\end{array}\right]$

其中，S0(C1)是第一分组的译码结果组成的矩阵，S0(C2)是第二分组的译码结果组成的矩阵，S0(C3)是第三分组的译码结果组成的矩阵，s0_i，i＝1，2，3，4，5，6是第i根接收天线未迭代译码后的输出信号。

将第一分组未迭代的译码结果S0(C1)，第二分组未迭代的译码结果S0(C2)，第三分组未迭代的译码结果S0(C3)反馈到接收端，分别对其进行STBC编码，得到：

$\mathrm{Sd}0\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{s0}_1& -{s0}_2^{*}\\ {s0}_2& s{0}_1^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}0\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{s0}_3& -{s0}_4^{*}\\ {s0}_4& s{0}_3^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}0\left(C3\right)=\left[\begin{array}{cc}{s0}_5& -{s0}_6^{*}\\ {s0}_6& s{0}_5^{*}\end{array}\right]$

其中，Sd0(C1)是第一分组的新的编码矩阵，Sd0(C2)是第二分组的新的编码矩阵，Sd0(C3)是第三分组的新的编码矩阵。

3.2在接收端再对第一分组进行译码时，将第二分组的新的编码矩阵Sd0(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将第三分组的新的编码矩阵Sd0(C3)与对应的原始信道矩阵H(C3)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第二分组和第三分组干扰的接收向量：

Rd0(C1)＝R-H(C2)·Sd0(C2)-H(C3)·Sd0(C3)；

在接收端再对第二分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd0(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将第三分组的新的编码矩阵Sd0(C3)与对应的原始信道矩阵H(C3)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组和第三分组干扰的接收向量：

Rd0(C2)＝R-H(C1)·Sd0(C1)-H(C3)·Sd0(C3)；

在接收端再对第三分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd0(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将第二分组的新的编码矩阵Sd0(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组和第二分组干扰的接收向量：

Rd0(C3)＝R-H(C1)·Sd0(C1)-H(C2)·Sd0(C2)。

步骤4，对消除干扰后的接收向量再进行STBC译码，得到迭代译码结果。

将消除了第二分组和第三分组干扰的接收向量Rd0(C1)进行2发6收的STBC译码，得到第一分组迭代一次的译码结果S1(C1)；

将消除了第一分组和第三分组干扰的接收向量Rd0(C2)进行2发6收的STBC译码，得到第二分组迭代一次的译码结果S1(C2)；

将消除了第一分组和第二分组干扰的接收向量Rd0(C3)进行2发6收的STBC译码，得到第三分组迭代一次的译码结果S1(C3)：

$S1\left(C1\right)=\left[\begin{array}{c}{s1}_1\\ {s1}_2\end{array}\right];$ $S1\left(C2\right)=\left[\begin{array}{c}{s1}_3\\ {s1}_4\end{array}\right];$ $S1\left(C3\right)=\left[\begin{array}{c}{s1}_5\\ {s1}_6\end{array}\right]$

其中，s1_i，i＝1，2，3，4，5，6是第i根接收天线迭代一次译码后的输出信号。

步骤5，将各组的迭代译码结果反馈到接收端，根据设定的迭代次数3，将步骤3和步骤4重复1次，得到各组迭代2次的译码结果。

5.1将第一分组迭代一次的译码结果S1(C1)，第二分组迭代一次的译码结果S1(C2)，第三分组迭代一次的译码结果S1(C3)反馈到接收端，分别对其进行STBC编码，得到第一分组的新的编码矩阵Sd1(C1)，第二分组的新的编码矩阵Sd1(C2)，第三分组的新的编码矩阵Sd1(C3)：

$\mathrm{Sd}1\left(C1\right)=\left[\begin{array}{cc}{s1}_1& -{s1}_2^{*}\\ {s1}_2& s{1}_1^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}1\left(C2\right)=\left[\begin{array}{cc}{s1}_3& -{s1}_4^{*}\\ {s1}_4& s{1}_3^{*}\end{array}\right];$ $\mathrm{Sd}1\left(C3\right)=\left[\begin{array}{cc}{s1}_5& -{s1}_6^{*}\\ {s1}_6& s{1}_5^{*}\end{array}\right].$

5.2在接收端再对第一分组进行译码时，将第二分组的新的编码矩阵Sd1(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将第三分组的新的编码矩阵Sd1(C3)与对应的原始信道矩阵H(C3)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第二分组和第三分组干扰的接收向量：

Rd1(C1)＝R-H(C2)·Sd1(C2)-H(C3)·Sd1(C3)；

在接收端再对第二分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd1(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将第三分组的新的编码矩阵Sd1(C3)与对应的原始信道矩阵H(C3)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组和第三分组干扰的接收向量：

Rd1(C2)＝R-H(C1)·Sd1(C1)-H(C3)·Sd1(C3)；

在接收端再对第三分组进行译码时，将第一分组的新的编码矩阵Sd1(C1)与对应的原始信道矩阵H(C1)相乘，将第二分组的新的编码矩阵Sd1(C2)与对应的原始信道矩阵H(C2)相乘，将这两个相乘结果在原始接收向量R中减掉，得到消除了第一分组和第二分组干扰的接收向量：

Rd1(C3)＝R-H(C1)·Sd1(C1)-H(C2)·Sd1(C2)。

5.3将消除了第二分组和第三分组干扰的接收向量Rd1(C1)进行2发6收的STBC译码，得到第一分组迭代两次的译码结果S2(C1)；

将消除了第一分组和第三分组干扰的接收向量Rd1(C2)进行2发6收的STBC译码，得到第二分组迭代两次的译码结果S2(C2)；

将消除了第一分组和第二分组干扰的接收向量Rd1(C3)进行2发6收的STBC译码，得到第三分组迭代两次的译码结果S2(C3)：

$S2\left(C1\right)=\left[\begin{array}{c}{s2}_1\\ {s2}_2\end{array}\right];$ $S2\left(C2\right)=\left[\begin{array}{c}{s2}_3\\ {s2}_4\end{array}\right];$ $S2\left(C3\right)=\left[\begin{array}{c}{s2}_5\\ {s2}_6\end{array}\right]$

其中，s2_i，i＝1，2，3，4，5，6是第i根接收天线迭代两次译码后的输出信号。

步骤6，将第一分组迭代两次的译码结果S2(C1)，第二分组迭代两次的译码结果S2(C2)，第三分组迭代两次的译码结果S2(C3)进行并串变换，得到最终的译码结果：

$S2=\left[\begin{array}{c}S2\left(C1\right)\\ S2\left(C2\right)\\ S2\left(C3\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{s2}_1\\ {s2}_2\\ s{2}_3\\ {s2}_4\\ s{2}_5\\ s{2}_6\end{array}\right].$

以上两种实施例，不构成对本发明的任何限制。显然，利用本发明的译码方法可以用于所有MIMO系统的LSTBC译码，这些均在本发明的保护范围之内。

本发明的效果可以通过以下仿真实验进一步说明：

1.仿真内容及条件

分别采用现有的VBLAST基于QR分解的译码方法、现有的STBC译码方法、现有的LSTBC译码方法以及本发明的基于迭代的LSTBC译码方法，对其抗衰落性能进行仿真比较，仿真系统采用4发4收的MIMO系统，平坦瑞利衰落信道，帧数为100帧，帧长为130bit。

各种编码方式的频带利用率均为4bit/s/HZ，各种译码方法采用不同的调制方式，即VBLAST采用BPSK调制；2发2收STBC采用16QAM调制；4发4收STBC采用256QAM调制；现有的LSTBC译码方法采用QPSK调制；本发明的基于迭代的LSTBC译码方法采用QPSK调制。

2.仿真结果

仿真结果如附图5所示，其中“vblast44-QR-BPSK”表示用BPSK调制的4发4收VBLAST基于QR分解的译码方法的抗衰落性能曲线；“lstbc-QPSK”表示用QPSK调制的现有LSTBC译码方法的抗衰落性能曲线；“lstbc-DD1-QPSK”表示用QPSK调制的本发明的LSTBC译码方法迭代一次的抗衰落性能曲线；“lstbc-DD2-QPSK”表示用QPSK调制的本发明的LSTBC译码方法迭代两次的抗衰落性能曲线；“lstbc-DD3-QPSK”表示用QPSK调制的本发明的LSTBC译码方法迭代三次的抗衰落性能曲线；“lstbc-DD4-QPSK”表示用QPSK调制的本发明的LSTBC译码方法迭代四次的抗衰落性能曲线；“stbc22-16QAM”表示用16QAM调制的2发2收STBC译码方法的抗衰落性能曲线；“stbc44-256QAM”表示用256QAM调制的4发4收STBC译码方法的抗衰落性能曲线。

A.比较附图5中“vblast44-QR-BPSK”、“stbc22-16QAM”和“stbc44-256QAM”三条曲线，得到以下结论：

1)编码增益：4发4收STBC的编码增益最好，4发4收VBLAST的编码增益次于2发2收STBC和4发4收STBC；2发2收STBC的编码增益次于4发4收STBC。相同误码率下，2发2收STBC比4发4收STBC抗衰落性能差很多，可见随着发射天线数的增多，STBC的编码增益有了显著改善。

2)分集度：4发4收VBLAST分集度只与发射天线数有关，仅为4；2发2收STBC分集度是4；4发4收STBC分集度是16。由于分集度影响仿真曲线的下降速度，因此在附图5中，4发4收STBC的曲线最陡峭。

B.比较附图5中“vblast44-QR-BPSK”、“stbc22-16QAM”、“stbc44-256QAM”和“lstbc-QPSK”四条曲线，得到以下结论：

1)编码增益：4发4收现有LSTBC的编码增益次于4发4收STBC，优于4发4收VBLAST，其抗衰落性能是4发4收STBC与4发4收VBLAST的折中。

4发4收现有LSTBC与2发2收STBC相比，在信噪比SNR＝11dB附近，“stbc22-16QAM”与“lstbc-QPSK”两曲线有交叉。当SNR＜11dB时，4发4收现有LSTBC抗衰落性能次于2发2收STBC；由于4发4收现有LSTBC的编码速率是2发2收STBC系统的两倍，因此“lstbc-QPSK”曲线的斜率大于“stbc22-16QAM”，随着SNR增大，4发4收现有LSTBC的抗衰落性能逐渐逼近2发2收STBC；当SNR＞11dB时，4发4收现有LSTBC抗衰落性能优于2发2收STBC。

2)分集度：4发4收VBLAST分集度是4；2发2收STBC分集度是4；4发4收STBC分集度是16；现有LSTBC将天线分成两个2发2收STBC分组，其分集度是4。

C.比较附图5中“vblast44-QR-BPSK”、“stbc22-16QAM”、“stbc44-256QAM”和“lstbc-DD1-QPSK”四条曲线，得到以下结论：

1)编码增益：本发明的基于迭代的LSTBC译码方法的编码增益次于4发4收STBC，优于4发4收VBLAST。

与2发2收STBC相比，在信噪比SNR＝5dB附近，两曲线有交叉，当SNR＜5dB时，4发4收基于迭代的LSTBC的抗衰落性能次于2发2收STBC；由于4发4收基于迭代的LSTBC的编码速率是2发2收STBC的两倍，因此“lstbc-DD1-QPSK”曲线的斜率大于“stbc22-16QAM”的，随着SNR增大，4发4收基于迭代的LSTBC的抗衰落性能逐渐逼近2发2收STBC；当SNR＞11dB时，4发4收基于迭代的LSTBC抗衰落性能优于2发2收STBC。

2)分集度：4发4收VBLAST分集度是4；2发2收STBC分集度是4；4发4收STBC分集度是16；本发明的基于迭代的LSTBC译码方法充分利用了接收天线的分集度，相当于两个2发4收STBC，分集度为8。

D.比较附图5中“lstbc-DD1-QPSK”、“lstbc-DD2-QPSK”、“lstbc-DD3-QPSK”和“lstbc-DD4-QPSK”四条曲线，得出以下结论：

1)迭代一次的本发明的LSTBC译码方法比未迭代的现有LSTBC译码方法的抗衰落性能有很大改善，相同误码率条件下，抗衰落性能提高约3dB；

2)迭代两次以上后的曲线“lstbc-DD2-QPSK”、“lstbc-DD3-QPSK”、“lstbc-DD4-QPSK”重叠在一起，因此实际应用中只需迭代两次就可达到较理想的效果。

综上所述，现有LSTBC的抗衰落性能介于STBC和VBLAST之间，它是一种折中方案。虽然现有LSTBC与STBC相比牺牲了部分的分集增益，但是由于它引用了VBLAST的分层结构，因此现有LSTBC较之STBC有较高的频带利用率和编码速率。本发明的基于迭代的LSTBC译码方法在保持了现有LSTBC优点的基础上，充分利用了接收天线的分集度，在4发4收MIMO系统中相当于两个2发4收STBC，分集度为8，与现有的LSTBC译码方法相比增加了一倍。虽然本发明的译码方法的编码增益没有改变，但是由于分集度的提高，仍使本发明的译码方法的抗衰落性能较现有技术有明显提高。

Claims (1)

1.一种基于迭代的分层空时分组码的译码方法，包括如下步骤：

1)根据天线的分组数对信道矩阵和接收向量进行分组，保存原始信道矩阵与原始接收向量；

2)对各组接收向量进行分组干扰抑制，即对每一分组对应的信道矩阵进行QR分解，得到一组正交归一的向量，用此向量左乘该分组对应的原始信道矩阵和原始接收向量，得到修正的信道矩阵和修正的接收向量，对修正的接收向量进行时空分组码STBC译码，得到各组的未迭代的译码结果，并将此结果反馈到接收端再对每一分组进行译码；

3)对各组的译码结果重新进行时空分组码STBC编码，得到各组的新的编码矩阵，通过该新的编码矩阵和原始信道矩阵与原始接收向量，消除在接收端对某一分组的接收向量进行译码时的干扰，即在接收端再对某一分组进行译码时，将其他分组的新的编码矩阵与对应的原始信道矩阵相乘，将该相乘结果在原始接收向量中减掉，得到消除了其他分组干扰的接收向量；

4)对消除干扰后的接收向量再进行时空分组码STBC译码，得到该组的迭代译码结果，对所有分组进行同样处理，得到各组的迭代译码结果；

5)将各组的迭代译码结果反馈到接收端，根据设定的迭代次数n，重复第3)和第4)步n-1次，得到各组迭代n次的译码结果，将各组的译码结果进行并串变换，得到最终的译码结果。

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