CN109005013A - 一种提高频谱效率的空时编码方法 - Google Patents

一种提高频谱效率的空时编码方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109005013A
CN109005013A CN201810839481.3A CN201810839481A CN109005013A CN 109005013 A CN109005013 A CN 109005013A CN 201810839481 A CN201810839481 A CN 201810839481A CN 109005013 A CN109005013 A CN 109005013A
Authority
CN
China
Prior art keywords
symbol
space
antenna
time
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810839481.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109005013B (zh
Inventor
殷锐
应杰
许红军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University City College ZUCC
Original Assignee
Zhejiang University City College ZUCC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University City College ZUCC filed Critical Zhejiang University City College ZUCC
Priority to CN201810839481.3A priority Critical patent/CN109005013B/zh
Publication of CN109005013A publication Critical patent/CN109005013A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109005013B publication Critical patent/CN109005013B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0637—Properties of the code
    • H04L1/0668—Orthogonal systems, e.g. using Alamouti codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0631—Receiver arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0054—Maximum-likelihood or sequential decoding, e.g. Viterbi, Fano, ZJ algorithms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding
    • H04L1/0675—Space-time coding characterised by the signaling
    • H04L1/0687—Full feedback

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

一种提高频谱效率的空时编码方法，包括以下步骤：步骤1、将源比特流增加变量比特b；步骤2、将源比特流进行调制和空时分组编码映射成符号x1和x2；步骤3、根据变量比特b的取值来选择符号x1和x2的传输方式；若b取值为0，则采用第一空时编码来传输符号x1和x2，若b取值为1，则采用第二空时编码来传输符号x1和x2；步骤4、接收端对接收到的信号基于最大似然检测进行解调；基于第一空时编码进行检测，将源符号标记为x(CAP)；基于第二空时编码进行检测，将源符号标记为x(NAP)；若接收到的信号与采用第一空时编码传输的信号的欧式距离小于接收到的信号与采用第二空时编码传输的信号的欧式距离，则解调器的输出为x(CAP)和b＝0；反之，则解调器的输出为x(NAP)和b＝1。

Description

一种提高频谱效率的空时编码方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，尤其涉及一种提高频谱效率的空时编码方法。
背景技术
随着智能个人移动终端的快速发展，例如平板电脑和智能手机，用户对于无线通信系统高可靠性传输和高数据速率的需求日益增加。为了解决这个问题，学者们和工程师们开发出了很多新技术来提升有限频谱资源的频谱效率(SE)。多输入多输出(MIMO)技术是其中的一种新技术，这种技术能够通过引入空间自由来极大地提升SE。特别地，大规模MIMO技术是5G系统关键技术中的其中一个。
理论上来说，通过使用MIMO技术，在保持传输的多样性和多路复用增益的同时，可以提升传输的数据速率和可靠性。根据，在MIMO系统中，多样性和多路复用增益之间存在着一个重要的权衡。为了在实际的MIMO系统中实现多样性与多路复用增益的平衡，Alamouti空时分组编码(STBC)在中被提出。在传统的Alamouti方案中，两根天线被部署在发送端上，两个独立的信源符号分别在两个连续的时隙中同时进行传输。Alamouti方案的本质是编码矩阵在两个时隙内保持一个正交的结构，它允许一个简单的线性最大似然译码器工作在频率准静态平坦的瑞利衰落信道上。总的来说，Alamouti方案可以实现完全的多样性增益。但是，它不能实现完全的多路复用增益，这会导致传输数据速率的下降。对于传统的Alamouti方案，因为相同的信号在两个连续的时隙被传输，SE受到了损失。
发明内容
本发明提供了一种提高频谱效率的空时编码方法，使得系统的频谱效率得到提升。因此，本发明采用以下技术方案。
一种提高频谱效率的空时编码方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将源比特流增加变量比特b；
步骤2、将所述源比特流进行调制和空时分组编码映射成符号x1和x2；
步骤3、根据变量比特b的取值来选择符号x1和x2的传输方式；若b取值为0，则采用第一空时编码来传输符号x1和x2，若b取值为1，则采用第二空时编码来传输符号x1和x2；
步骤4、接收端对接收到的信号基于最大似然检测进行解调；基于第一空时编码进行检测，将源符号标记为x(CAP)；基于第二空时编码进行检测，将源符号标记为x(NAP)；若接收到的信号与采用第一空时编码传输的信号的欧式距离小于接收到的信号与采用第二空时编码传输的信号的欧式距离，则解调器的输出为x(CAP)和b＝0；反之，则解调器的输出为x(NAP)和b＝1。
优选的，采用第一空时编码来传输符号x1和x2，包括：
符号x1和x2在第一个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，符号-x2 *和x1 *在第二个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，其中x1 *和x2 *分别为符号x1和x2的共轭，接收端得到的接收信号Y(C)＝[y1 (C),y2 (C)]，表示为
第一个时隙：
第二个时隙：
其中，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益；h2是一个Nr×1维向量，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益；N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的高斯白噪声；是每根接收天线的平均信噪比。
优选的，采用第二空时编码来传输符号x1和x2，包括：
符号x1和x2在第二个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，符号-x2 *和x1 *在第一个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，其中x1 *和x2 *分别为符号x1和x2的共轭，接收端得到的接收信号Y(N)＝[y1 (N),y2 (N)]，表示为
第一个时隙:
第二个时隙:
其中，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益；h2是一个Nr×1维向量，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益；N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的高斯白噪声；是每根接收天线的平均信噪比。
本发明的有益效果是：本发明是一种新的STBC方案，用来提升频谱效率的同时，保留了简单最大似然检测器和经典Alamouti空时编码方案多样性获取的特点。本发明的基本思路是在时域内传输更多的比特，使得系统的频谱效率得到提升。
附图说明
图1是本发明所采用的系统模型。
图2是采用QAM调制时的误码率仿真图。
图3是采用PSK调制时的误码率仿真图。
图4是本发明所采用的算法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1、经典Alamouti方案
假设在一个通信系统中，有两根传输天线和Nr根接收天线。信源比特首先被分为两个分流。然后每个二进制流通过一个编码器，被映射为符号x1和x2。每个符号包含了r＝log2(M)比特，其中M是QAM星座图上点的个数。基于Alamouti方案，每一次传输间隔被分为两个连续的时隙。符号x1和x2在第一个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，随后符号-x2 *和x1 *通过这两根天线在第二个时隙被传输出去，接收端得到的接收信号Y(C)＝[y1 (C),y2 (C)]，可表示为
第一个时隙：
第二个时隙：
这里，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益。类似的，h2拥有和h1一样的维度，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益。h1和h2在传输的过程中不改变，并且服从高斯分布。N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的Nr维向量。是每根接收天线的平均信噪比(SNR)。
当接收端拥有完全信道状态信息(CSI)时，接收端得到的信号为
定义
然后，接收端计算得到如下矩阵
因为Alamouti编码的正交结构，接收端可以得到等效的符号，如下:
以及
随后，接收端可以通过解调和来恢复发送端传输的符号。因为相同的信号在两个连续的时隙被传输，SE受到了损失。
为了改善这个问题，本发明提出了一个新的空时编码方案，使得在时域内传输更多的比特，使得系统的频谱效率得到提升。
2、多样性模式的STBC
为了提高SE，另一种新的Alamouti编码方式是交换在两个连续时隙内传输的符号。因此接收端得到的信号，Y(N)＝[y1 (N),y2 (N)]，表示为如下
第一个时隙:
第二个时隙:
其中，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益；h2是一个Nr×1维向量，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益；N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的高斯白噪声；是每根接收天线的平均信噪比。
这里，通过观察式(1),(2),(6)和(7),可以看出新的Alamouti编码模式(记为NAP)和经典Alamouti编码模式(记为CAP)的区别是，-x2 *和x1 *在第一个时隙被传输，x1和x2在第二个时隙被传输。NAP仍然保留了正交结构，所以简单线性最大似然检测器依然可以被用来恢复传输的符号。
本发明的系统模型如图1所示，比特流进行传输时，将源比特流增加一位变量比特b，随后将源比特流进行调制和空时分组编码映射成为符号x1和x2，变量比特b保持不变，传输端基于变量比特b选择NAP或者CAP将符号进行传输。当b为0时，选择用CAP进行传输，当b为1时选择用NAP进行传输。为了恢复接收到的信号中的源符号，接收端使用最大似然检测器分别基于NAP和CAP对收到的信号进行检测。接收端在获得了传输端传输的信号之后，对获得的信号进行解调，获得了和然后接收端基于假设传输端是通过NAP和CAP进行传输，将解调得到的符号标记为x(NAP)＝{x1 (NAP)，x2 (NAP)}和x(CAP)＝{x1 (CAP)，x2 (CAP)}。基于NAP进行检测，则将源符号标为如果是基于CAP进行检测，则标为用x(CAP)或者x(NAP)对下式中的a＝{a1，a2}进行替换，
分别地，得到接收端基于CAP得到的接收信号和接收端基于NAP得到的接收信号然后接收端分别比较d(CAP)＝||Y-Y(CAP)||2 F和d(NAP)＝||Y-Y(NAP)||2 F的范数，其中，Y为接收端得到的接收信号。如果d(CAP)<d(NAP)，则输出为x(CAP)和b＝0。反之，则输出则为x(NAP)和b＝1。本发明的流程如图4所示。在上述方案中，因为作为变量的b被传输，使得多一个比特被传输，所以当M进制调制被应用于这个系统时，SE提升了1/log2(M)。
3、仿真结果分析
本发明使用蒙特卡洛仿真来验证本发明提出的新方案的误码率(BER)。基于16-QAM和16-PSK情形的STBC被作为参照，用于验证本发明提出的新的空时编码方案的BER近似于传统的STBC。在图2和图3中，可以看到经典STBC和本发明提出的空时编码方案的BER仿真结果拥有相同的衰减趋势，这说明本发明提出的新的空时编码方案与传统的STBC方案的BER相等。
本发明中，|·|和||·||F分别表示欧几里得范数和矩阵范数，(·)*，(·)T和(·)H分别表示复共轭，转置和厄米特矩阵。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种提高频谱效率的空时编码方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将源比特流增加变量比特b；
步骤2、将所述源比特流进行调制和空时分组编码映射成符号x1和x2；
步骤3、根据变量比特b的取值来选择符号x1和x2的传输方式；若b取值为0，则采用第一空时编码来传输符号x1和x2，若b取值为1，则采用第二空时编码来传输符号x1和x2；
步骤4、接收端对接收到的信号基于最大似然检测进行解调；基于第一空时编码进行检测，将源符号标记为x(CAP)；基于第二空时编码进行检测，将源符号标记为x(NAP)；若接收到的信号与采用第一空时编码传输的信号的欧式距离小于接收到的信号与采用第二空时编码传输的信号的欧式距离，则解调器的输出为x(CAP)和b＝0；反之，则解调器的输出为x(NAP)和b＝1。
2.根据权利要求1所述的一种提高频谱效率的空时编码方法，其特征在于，采用第一空时编码来传输符号x1和x2，包括：
符号x1和x2在第一个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，符号-x2 *和x1 *在第二个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，其中x1 *和x2 *分别为符号x1和x2的共轭，接收端得到的接收信号Y(C)＝[y1 (C)，y2 (C)]，表示为
第一个时隙：
第二个时隙：
其中，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益；h2是一个Nr×1维向量，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益；N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的高斯白噪声；是每根接收天线的平均信噪比。
3.根据权利要求1所述的一种提高频谱效率的空时编码方法，其特征在于，采用第二空时编码来传输符号x1和x2，包括：
符号x1和x2在第二个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，符号-x2 *和x1 *在第一个时隙内分别通过天线1和天线2被传输出去，其中x1 *和x2 *分别为符号x1和x2的共轭，接收端得到的接收信号Y(N)＝[y1 (N)，y2 (N)]，表示为
第一个时隙：
第二个时隙：
其中，h1是一个Nr×1维向量，用来表示从第一根传输天线到Nr根接收天线的信道增益；h2是一个Nr×1维向量，用来表示从第二根传输天线到Nr根接接收天线的信道增益；N1和N2是服从CN(0，1)高斯分布的高斯白噪声；是每根接收天线的平均信噪比。
CN201810839481.3A 2018-07-27 2018-07-27 一种提高频谱效率的空时编码方法 Active CN109005013B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810839481.3A CN109005013B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种提高频谱效率的空时编码方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810839481.3A CN109005013B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种提高频谱效率的空时编码方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109005013A true CN109005013A (zh) 2018-12-14
CN109005013B CN109005013B (zh) 2021-05-14

Family

ID=64598299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810839481.3A Active CN109005013B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种提高频谱效率的空时编码方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109005013B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023000836A1 (zh) * 2021-07-22 2023-01-26 东南大学 一种时空二维信道编码方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101183918A (zh) * 2007-11-26 2008-05-21 华中科技大学 一种自适应混合自动请求重传方法
US20080151831A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Farooq Khan Orthogonal repetition and hybrid ARQ scheme
US20100310017A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Sony Corporation Receiver and method of receiving
CN101944975A (zh) * 2010-10-07 2011-01-12 西安电子科技大学 基于准正交信道分配的分布式Alamouti编码协作传输方法
CN102594524A (zh) * 2012-04-07 2012-07-18 西安电子科技大学 基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法
US20150146828A1 (en) * 2013-11-26 2015-05-28 Postech Academy - Industry Foundation Method of cancelling inter-subcarrier interference in distributed antenna system and apparatus for performing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080151831A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Farooq Khan Orthogonal repetition and hybrid ARQ scheme
CN101183918A (zh) * 2007-11-26 2008-05-21 华中科技大学 一种自适应混合自动请求重传方法
US20100310017A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Sony Corporation Receiver and method of receiving
CN101944975A (zh) * 2010-10-07 2011-01-12 西安电子科技大学 基于准正交信道分配的分布式Alamouti编码协作传输方法
CN102594524A (zh) * 2012-04-07 2012-07-18 西安电子科技大学 基于最优中继线性加权矩阵的正交空时块编码传输方法
US20150146828A1 (en) * 2013-11-26 2015-05-28 Postech Academy - Industry Foundation Method of cancelling inter-subcarrier interference in distributed antenna system and apparatus for performing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023000836A1 (zh) * 2021-07-22 2023-01-26 东南大学 一种时空二维信道编码方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109005013B (zh) 2021-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210126680A1 (en) Method and apparatus for transmitting and receiving data in a mimo system
CN101843008B (zh) 网络编码方法和网络编码装置
CN108234082B (zh) 一种基于空间调制的满分集空时编码方法
CN1969473B (zh) 多输入多输出移动通信系统中控制传输模式的装置和方法
CN101986587B (zh) 一种克服弱散射的多天线码本选择调制方法
CN101841397B (zh) 一种广义空间调制系统
CN105554865B (zh) 一种基于stbc的mimo-scma系统下行链路设计方法
US20170196001A1 (en) Method for setting modulation and coding scheme in wireless ran system and apparatus supporting the same
CN100588145C (zh) 发送方法和发送器
CN1973448A (zh) 用于偶数发送天线的全分集、全速率空时区块编码的装置和方法
CN100555924C (zh) 准正交空时分组码的发送、接收方法、设备和通信系统
CN104539336A (zh) 一种利用发送分集的空间调制方法及装置
CN103036647B (zh) 基于mfsk调制方式的物理层网络编码的无线通信方法
CN105262567A (zh) 一种无线信号传输方法及无线通讯系统
CN102790747A (zh) 一种空间调制系统映射方法
CN101789814B (zh) 采用空时编码结合预编码对待发射数据处理的方法及装置
CN101010889B (zh) 针对两个发送天线进行满分集满速率时空块编码的装置和方法
CN101729211A (zh) 空时编码方法、无线信号的发送、接收和解码方法及装置
CN101317356B (zh) 一种空时编解码方法及装置
CN109005013A (zh) 一种提高频谱效率的空时编码方法
CN105207751B (zh) 基于多维调制的空时键控方法及其联合优化方法
CN100414851C (zh) 一种基于旋转星座图的空时编码方法
CN101316378B (zh) 数据发送、接收方法和装置、及数据传输方法和系统
CN101488836A (zh) 空时编码方法、使用该方法的通信系统
Patel et al. Performance Analysis & implementation of different modulation techniques in Almouti MIMO scheme with Rayleigh channel

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220712

Address after: 310015 No. 51, Huzhou street, Hangzhou, Zhejiang

Patentee after: Zhejiang University City College

Address before: 310015 No. 51 Huzhou street, Hangzhou, Zhejiang, Gongshu District

Patentee before: Zhejiang University City College