專利名稱：一種無需信道信息的mimo空時編解碼系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIM0)無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及M頂O基帶 調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有M頂0無線通信技術(shù)中，2發(fā)1收和2發(fā)2收M頂0空時編解碼系統(tǒng)需要 知道確切的信道信息，需要接收機對空間信道進(jìn)行參數(shù)估計，這使得M頂0接收 機的實現(xiàn)復(fù)雜，成本高。
MIM0發(fā)射分集與空時分組碼由于實現(xiàn)相對簡單，在基站安置多個天線并采 用空時分組編碼，接收機可以在無線衰落信道中獲取空間分集增益，空時分組 編碼已納入多個無線通信標(biāo)準(zhǔn)。Alamouti在"Alamouti S M， 'A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" ， IEEE J Select Areas Communication, Oct 1998， 16， ppl451-1458"中提出了一種采用2個發(fā)射天 線的簡單發(fā)射分集技術(shù)，并正式提出了最簡單的2天線空時分組碼一Alamouti 碼的概念。
Taxokh等人在(Tarokh V， Jafarkhani H， and CalderbankA， "Space-time block codes from orthogonal designs", IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 45， no. 5， pp. 1456-1467， J"ul. 1999; Tarokh V， Jafarkhani H， Calderbank A，〃Space_time Block Coding for Wireless Communications: Performance Results", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 17， No. 3， March 1999; Tarokh V， Naguib A， Seshadri N， and Calderbank A， "Space-time codes for high data rate wireless communication: performance criteriain the presence of channel estimation errors, mobility, and multiple paths", IEEE Trans. Commune, ， vol. 47， no. 2， pp, 199-207， Feb. 1999;以 及，Tarokh V， Naguib A， Seshadri N， "Combined Array Processing and space time Coding", IEEE Trans, on Communication info Theory, Vol. 45， No4， MAY 1999)等中，將其進(jìn)一步推廣到多于兩根天線的情況，并提出空時分組碼 (STBC)的概念?？諘r分組碼實質(zhì)上是一種空域和時域聯(lián)合的正交分組編碼方式， 它利用正交設(shè)計的原理來分配多個發(fā)射天線的發(fā)射信號。由于空時分組碼可以 使接收機解碼后獲得滿分集增益，保證解碼運算僅僅是簡單的線性合并，且其 解碼復(fù)雜度相對于已有的空時格碼來說要低得多，因此，空時分組碼已成為實 際應(yīng)用中非常有吸弓I力的空時編解碼技術(shù)。
由于空時編碼器需同時利用時間和空間兩維進(jìn)行編碼，空時編碼器的有效 工作需要在發(fā)射端和接收端使用多個天線，以有效抵消衰落，提高功率效率； 進(jìn)而能夠在傳輸信道中實現(xiàn)并行的多路傳送，提高頻譜效率。需要說明的是， 由于空時編碼技術(shù)屬于空間分集信號處理范疇，所以要求在多散射體的多信道 衰落情況下應(yīng)用，發(fā)射機的多個天線和接收機天線之間的距離應(yīng)大于IO倍的發(fā) 射信號的波長，以保證發(fā)射信號、接收信號相互獨立性，并充分利用多散射體 所造成的多信道衰落。
空時編碼在不同天線所發(fā)送的信號中引入時間和空間的相關(guān)性，從而不用 犧牲帶寬就可為接收端提供未采用空時編碼的單天線無線通信系統(tǒng)所沒有的分 集增益和編碼增益。
空時編碼的基本工作原理如下:從信源給出的信息數(shù)據(jù)流，到達(dá)空時編碼器 后，形成同時從多個發(fā)射天線上發(fā)射出去的以矢量輸出的調(diào)制符號，這些調(diào)制符號稱為空時符號(STS)或者空時矢量符(STVS)?？諘r編碼的系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖
l所示。
目前提出的空時編碼方式主要有分層空時編碼、空時柵格編碼和空時分組
編碼(STBC)。這三種空時編碼各有其優(yōu)缺點，可以根據(jù)特定的條件選擇合適的 編碼，由于在IEEE 802. 16e協(xié)議中所采用的是空時分組碼(STBC)，所以重點對 空時分組碼進(jìn)行分析，指出其存在的問題，進(jìn)而提出本發(fā)明的無需信道信息的2 發(fā)1收和2發(fā)2收MIM0機空時編解碼系統(tǒng)。
最初由Alamouti提出STBC的編碼方法是適合兩個發(fā)射天線系統(tǒng)的編碼方 法，在此基礎(chǔ)上，Tarokh將其推廣至兩個以上的發(fā)射天線系統(tǒng)。與Alamouti編 碼方法相同，Tarokh仍然釆用正交設(shè)計的編碼矩陣；然而，不論是Alamouti還 是Tarokh的編碼方式均不能獲得編碼增益，卻可以獲得最大的分集增益。圖2給 出/Alamouti STBC碼編碼器的原理框圖。下面以Alamouti提出的空時分組碼為 例，介紹正交STBC的編碼方法。
假設(shè)用有^個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每一次編碼操作中，將-組2b 個信息比特映射到信號星座，以選擇2個調(diào)制信號x,和A。用空時編碼器對2個調(diào) 制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)Alamouti空時分組碼編碼矩陣
<formula>formula see original document page 9</formula>(la)
生成兩個長度為2的并行序列。這兩個并行序列在2個時間周期內(nèi)通過2根天 線發(fā)射出去:在第一個周期中，信號^和^同時從天線1和2分別發(fā)射；在第二個 符號周期中，信號-^和x;同時從天線l和2分別發(fā)射，其中(，:T表示取共軛。
一般來講，STBC由一個px^的傳輸矩陣G來定義，其中AV為發(fā)射天線數(shù)，p 為發(fā)送一組符號所需的符號周期數(shù)。假設(shè)用有2A個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每一次編碼操作中，將一組kb(對于Alamouti編碼1^2)個信息比特映射到信號 星座，以選擇k個調(diào)制信號^^...,^。 STBC編碼器對這k個調(diào)制信號進(jìn)行編碼， 根據(jù)傳輸矩陣G生成A^，個長度為p的并行信號序列，這些序列通過A^根發(fā)射天 線，在p個符號周期內(nèi)發(fā)射出去；換言之，對于每組k個輸入符號，每根天線要 發(fā)送p個空時符號。STBC的碼率定義為編碼器在輸入時提取的符號數(shù)與天線發(fā)射 的空時編碼符號數(shù)之間的比率，可以表示為
i "http://7 (2)
對于Alamouti編碼，p=k=2，故其碼率尺=1。 編碼矩陣G,特性
G2wG2=^/2 (3) 其中，A=tk|2， /2表示2><2的單位矩陣。
j二i
更一般地，發(fā)射編碼矩陣中各列相互止交的空時分組編碼稱為正交空時分 組編碼，由該定義可得正交空時分組編碼的編碼矩陣G的設(shè)計準(zhǔn)則，Alamouti在 "Alamouti S M，'A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications',IEEE J Select Areas Communication, Oct 1998， 16， ppl451-1458"中有詳細(xì)介紹。
編碼矩陣G任意不相同的兩列，其內(nèi)積為零，或表示為
=仏. (4)
其中&=1>,|2，、表示^xi^的單位矩陣。
顯然，Alamouti的發(fā)射分集方案&是正交STBC碼，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)^ =2時的 一個特例。正交STBC設(shè)計的本質(zhì)是發(fā)射編碼矩陣的正交性，這種正交性同時體 現(xiàn)在空間域和吋間域。利用正交設(shè)計，還可以設(shè)計出其它的正交STB碼。
10不管編碼矩陣是何種形式，空時分組編碼的解碼都是利用其正交性， 一般 都采用最大似然解碼算法。
接收端釆用一根接收天線，Alamouti方案接收機原理框圖如圖4所示。在t
時刻從天線1和2到接收天線的信道衰落系數(shù)分別用W0和&W表示。假定衰落系
數(shù)在兩個連續(xù)符號發(fā)射周期之間不變，則可以表示為
柳^(""^ =|峰內(nèi) (5a) //2(04(, + r)^ =^購 (5b) 其中，叫和《(/二l，2)分別是發(fā)射天線/到接收天線的幅度增益和相移，T為
符號周期。
在接收天線端，則相應(yīng)的接收信號在t和f+r時刻可以表示為
^ = r(O =+ +巧 (6a)
r2 = rO + r) = / jX; + /^x: + w2 (6b) 其中，巧和"2分別表示在t和f+r時刻接收的信道加性高斯噪聲的取樣，二 者為獨立同分布的復(fù)隨機變量，其均值為零、功率譜密度為W。/2。
定義接受信號向量^^，《]，編碼向量x^^，;c」7 ，噪聲向量^h,y ，則
接收信號可以改寫成矩陣形式
r = //x + " (7)
其中，H為信道矩陣。
i/4、 氣] (8)
容易證明，H為正交矩陣，即// = |>,|2/2。由于正交空時分組碼編碼矩陣的 正交性，使得信道矩陣也具有正交性，這是正交空時分組碼的一個重要特性，大大簡化了其解碼過程。
但是，Alamouti方案的接收機要求完全得到信道衰落系數(shù)化和&，其解碼
器需要采用信道衰落系數(shù)、和&進(jìn)行解碼。假定調(diào)制星座圖中所有信號都是等概
率的，最大似然解碼器對所有可能的《和^值，從信號調(diào)制星座圖中選擇一對信
號(；^)使下面的距離量度最小
<formula>formula see original document page 12</formula>
將信道矩陣式(8)代入接收信號公式，最大似然解碼可以表示為 <formula>formula see original document page 12</formula>其中C為調(diào)制符號對(;f,A)所有可能的集合，^和^是通過合并接收信號以及 CSI構(gòu)造產(chǎn)生的兩個判決統(tǒng)計
<formula>formula see original document page 12</formula>令<formula>formula see original document page 12</formula>有<formula>formula see original document page 12</formula> 將<formula>formula see original document page 12</formula>代入其中，有
<formula>formula see original document page 12</formula>
由此可見，Alamouti方案接收機需要知道確切的信道信息，需要接收機對 空間信道進(jìn)行參數(shù)估計，這使得MIMO接收機的實現(xiàn)復(fù)雜，成本高。
現(xiàn)有2發(fā)1收和2發(fā)2收MIM0空時編解碼系統(tǒng)均需要接收機知道確切的信 道信息，均需要接收機對空間信道進(jìn)行參數(shù)估計，這使得MIMO接收機的實現(xiàn)復(fù) 雜，成木高，這對于MIMO移動臺的實現(xiàn)是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有MBfO空時編解碼技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出無需信道估計和信道信息的2發(fā)1收和2發(fā)2收MIM0空時編解碼系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明提出的編解碼系 統(tǒng)，MIMO接收機在進(jìn)行空時解碼時，不需要信道信息，進(jìn)而不需要復(fù)雜的信道 估計子系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種無需信道信息的2發(fā)1收MIM0機空時編解碼系統(tǒng)，它包括編碼器端、 單天線接收機。其中，編碼器端由信息源、調(diào)制器、編碼器、發(fā)射天線l和發(fā)射 天線2組成；單天線接收機包括 一個接收天線、接入有緩存器的上支路、接入
有電子開關(guān)的下支路、信號組合器和判決器l、判決器2。
信息源傳送的信息比特經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后送入編碼器進(jìn)行編碼處理，經(jīng)編碼
器編碼后由發(fā)射天線1和發(fā)射天線2發(fā)射出去；接收器端接收天線接收到發(fā)射天
線1和發(fā)射天線2發(fā)射來的待解碼信號，前一時隙的接收信號經(jīng)上支路的緩存器
被緩存，后一時隙下支路電子開關(guān)閉合，接收信號經(jīng)下支路送入信號組合器與 緩存器中前一時隙的接收信號組合進(jìn)行計算，將信號組合器計算結(jié)果分別送入
判決器1和判決器2解碼信號，得到分集增益并進(jìn)行噪聲對消后的解碼信息比特。 一種無需信道信息的2發(fā)1收MIM0機空時編解碼方法，該方法包括
步驟l調(diào)制編碼階段，首先假設(shè)用有y個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每
一次編碼操作中，將一組2b個信息比特映射到信號星座，以選擇2個調(diào)制信號a和 x2，用空時編碼器對2個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)空時分組碼編碼矩陣
(lb)
G，=
從而生成2個長度為2的并行序列。
步驟2發(fā)射階段，將歩驟中調(diào)制編碼后的并行序列在2個時間周期內(nèi)通過2 根天線發(fā)射出去在第一時隙，信號《和A同時從天線1和2分別發(fā)射；在第二時 隙，信號x,和-x」司時從天線l和2分別發(fā)射。步驟3接收階段，接收天線負(fù)責(zé)接收發(fā)射天線發(fā)射的信號，相應(yīng)的接收信 號在^和/ + 7^寸刻表示為
^ = r《)=+ +巧 (6a) r2 =廠0 + T) = /t^ — + "2 (6b) 其中，《1和^分別表示在^和/ + 7時刻接收的信道加性高斯噪聲，二者為獨 立同分布的復(fù)隨機變量，其均值為零、功率譜密度為W。/2。
步驟4組合計算階段，其一，第1吋隙，接收信號^)在第1時隙為V n經(jīng) 上支路在緩存器中緩存，此時下支路的電子開關(guān)打開，/1不能通過下支路；其二， 第2時隙，接收信號r(0在第2時隙為^，第2時隙時下支路的電子開關(guān)閉合，^通 過下支路進(jìn)入信號組合器與緩存的/l進(jìn)行組合計算，令
zi =^ +r2 (14a) z2="2 (14b) 由信號組合器根據(jù)上兩式完成組合計算，并輸出組合計算結(jié)果^和^。 步驟5應(yīng)用判決器進(jìn)行解碼階段，令
= ^ + j^,"p、 e{0,1}
x2 = "2十jZ>2，a2，62 e {0,1} 組合計算結(jié)果A和z2經(jīng)判決器解碼，得到和x2如下
Re ;t 二 5Vgn[Re ^ ](15a)
Im = ^S7g"[Im ;〗 (15b)
Re;2 =5"—[Rez2] (15c)
Im ;2 = 5Vg"[Im z2 ] (15 d) 一種2發(fā)2收MIM0機空時編解碼系統(tǒng)，其包括編碼器端和單天線接收機。其中，編碼器端由信息源、調(diào)制器、編碼器、發(fā)射天線1和發(fā)射天線2組成；單 天線接收機包括接收天線l、接收天線2、接入有緩存器的上支路、接入有電 子開關(guān)的下支路、信號組合器和判決器l、判決器2。
信息源傳送的信息比特經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后送入編碼器進(jìn)行編碼處理，經(jīng)編碼 器編碼后由發(fā)射天線1和發(fā)射天線2將編碼信號發(fā)射出去；接收器端接收天線l和 接收天線2分別接收到發(fā)射天線1和發(fā)射天線2發(fā)射來的待解碼信號，前一時隙的 接收信號經(jīng)上支路的緩存器被緩存，后一時隙的接收信號抵達(dá)時，下支路電子 開關(guān)閉合，接收信號經(jīng)卜支路送入信號組合器與緩存器中前一時隙的接收信號 組合進(jìn)行計算，將信號組合器計算結(jié)果分別送入判決器1和判決器2，經(jīng)判決器l 和判決器解碼后，得到分集增益并進(jìn)行噪聲對消后的解碼信息。
一種無需信道信息的2發(fā)2收MIM0機空時編解碼方法，該方法包括
步驟l調(diào)制編碼階段，首先假設(shè)用有2A個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每
一次編碼操作中，將一組2b個信息比特映射到信號星座，以選擇2個調(diào)制信號x,和
A，用空時編碼器對2個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)空時分組碼編碼矩陣(lb)生
成2個長度為2的并行序列。
歩驟2發(fā)射階段，將歩驟中調(diào)制編碼后的并行序列在2個時間周期內(nèi)通過2
根天線發(fā)射出去在第1時隙，信號^和^同時從天線1和2分別發(fā)射；在第2時隙，
信號a和-x2同時從天線1和2分別發(fā)射。
歩驟3接收階段，接收天線負(fù)責(zé)接收發(fā)射天線發(fā)射的信號，相應(yīng)的接收信
號在f和ar時刻表示為'(2)
(2)
+
"
(2)
(2)
(16b)
其中 和《)，""和《)分別表示在^和"r時刻接收的信道加性高斯噪聲， 它們均為獨立同分布的復(fù)隨機變量，其均值為零、功率譜密度為W。/2。
步驟4組合計算階段，其 一，第1時隙，接收信號w)在第l時隙為
經(jīng)上支路在緩存器中緩存，此時下支路的電子開關(guān)打開，
5
(1)
不能通過下支路;
其二，第2時隙，接收信號K0在第2時隙為
閉合，
及
《
(2)
，第2時隙時下支路的電子開關(guān)
(2)
通過下支路進(jìn)入信號組合器與緩存的
,(2) 1
(2)
r2
(1)
5
(2)
(1)
進(jìn)行組合計算，令 (17a)
(17b)
由信號組合器根據(jù)上兩式完成組合計算 步驟5應(yīng)用判決器進(jìn)行解碼階段，令
="+化,"',^ e{0,1} x2 ="2 + j62,fl2,Z 2 e {0,1}
組合計算結(jié)果和z2經(jīng)判決器解碼，得到x,和x2如下
Re & = S/g"[Re ]
(18a) (18b)
并輸出組合計算結(jié)果z,和A。
16Im A = 5Vg"[Im ;] Re ;2 = 5Vg"[Re z2 ]
Im ;2 二 5Vgw[Im z，]
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明提出無需信道估計和信道信息的2發(fā)1收和2發(fā)2收MIM0空時編解碼系 統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的MIMO接收機在進(jìn)行空時解碼時，不需要信道信息，進(jìn)而不需 要復(fù)雜的信道估計子系統(tǒng)，從而大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和系統(tǒng)實現(xiàn)成本，由于 其可有效提高無線頻譜的利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率，在這使得該系統(tǒng)在無線局域 網(wǎng)和無線城域網(wǎng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)中空時編碼系統(tǒng)實現(xiàn)框圖2為現(xiàn)有技術(shù)的Alamouti編碼器模型；
圖3為Alamouti方案接收機；
圖4為本 發(fā)明的2發(fā)1收MIM0系統(tǒng)編碼器模型；
圖5為本發(fā)明方案的單天線接收機；
圖6為本發(fā)明方案的雙天線接收機；
圖7為本發(fā)明方案的單天線接收機的誤碼率曲線，其中，橫軸為信噪比 (SNR)，縱軸為誤碼率；
圖8為本發(fā)明方案的雙天線接收機的誤碼率曲線，其中，橫軸為信噪比 (SNR)，縱軸為誤碼率。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述-在以下兩個具體實施例中，通過兩個系統(tǒng)仿真實驗進(jìn)一歩說明本發(fā)明提出的系統(tǒng)與方法的有益效果。在下面的兩個實施例中，信道參數(shù)隨機變化，但接 收機不知道信道參數(shù)，未用信道參數(shù)解碼，而僅采用本發(fā)明的接收機方案進(jìn)行 解碼。
實施例l:參看圖4，采用圖4中本發(fā)明方案所設(shè)計的具有2個發(fā)射天線的空
時編碼器，假設(shè)用有4個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每一次編碼操作中，將一 組4個信息比特映射到信號星座，以選擇2個調(diào)制信號《和A。用空時編碼器對2 個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)本發(fā)明空時分組碼編碼矩陣
生成2個長度為2的并行序列。這些序列在2個時間周期內(nèi)通過2根天線發(fā)射 出去在第一個周期中，信號A和x,同時從天線l和2分別發(fā)射；在第二個符號周 期中，信號^和-A同時從天線l和2分別發(fā)射。在本實施例的仿真實驗中，每數(shù) 據(jù)幀有1000個符號x,和;c,，每SNR點取10000數(shù)據(jù)幀。
接收機采用圖5本發(fā)明方案的雙天線接收機，得到的接收機的誤碼率曲線如 圖7所示。如圖5所示出的本發(fā)明方案接收機可以獲得分集增益并進(jìn)行噪聲對消， 令
z， = ^ +r2 = 2/^x,+巧+ w2 = 2//jj^+^ (19a) z2=ri_r2 = 2/^X3+^—w， = 2/^x，+^2 (19b)
又因為信道噪聲通常為高斯白噪聲，兩噪聲求和或相減意味著噪聲減半，
l + M2 = S W, / 2, — M2 = &2 / 2 ， 所以
4=2/2^+^/2 (20a) z2=2/^2+"2/2 (20b) 由式(20a)和(20b)可知，本發(fā)明單天線接收機獲得丫叫和4&分集增益，這4A和4&分集增益可大大降低接收機的誤碼率。
由圖7可見，盡管本發(fā)明方案的單天線接收機無信道估計，且未采用信道矩 陣進(jìn)行解碼，但是，仍獲得了很好的誤碼率曲線，特別地，在SNR〉18dB后，誤 碼率為0。
實施例2:如圖4所示，本實施例采用圖4中示出的本發(fā)明方案所設(shè)計的具有 2個發(fā)射天線的空時編碼器，假設(shè)用有4個星座點的星座圖進(jìn)行調(diào)制，在每一次 編碼操作中，將一組4個信息比特映射到信號星座，以選擇2個調(diào)制信號x,和x,。
用空時編碼器對2個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)本發(fā)明空時分組碼編碼矩陣
G — 乂i ^
生成2個長度為2的并行序列。這些序列在2個時間周期內(nèi)通過2根天線發(fā)射 出去在第一個周期中，信號《和x,同時從天線l和2分別發(fā)射；在第二個符號周 期中，信號x,和-;c,同時從天線l和2分別發(fā)射。在本實施例的仿真實驗中，每數(shù) 據(jù)幀有1000個符號x，和&，每SNR點取10000數(shù)據(jù)幀。
接收機采用圖6所示的本發(fā)明方案的雙天線接收機，得到的接收機的誤碼率
曲線如圖8所示。圖6所示出的本發(fā)明雙天線接收機方案可以獲得分集增益并進(jìn) 行噪聲對消，令
Zi =r]。 +《=2(、 W)十"X +《) (21a)
z2 = < _尸/ =2(、 +/j22)x2+<) -";1) - "f (22b) 因為信道噪聲通常為高斯白噪聲，
《)+《)-"P-《)—1)/4，
所以
^ ^2(//n+;^)、+nf1)/4 (22a) 19z2 二2(/22,+Z^)X2+";1)/4 (22b) 由式(22a)和(22b)可知，根據(jù)本發(fā)明的雙天線接收機獲得了 8(、+、)和 8(^ + ^)分集增益，這8(、+/^2)和8(/721+/ 22)分集增益可大大降低接收機的誤碼率。
由圖8可見，盡管本發(fā)明方案的雙天線接收機無信道估計，且未采用信道 矩陣進(jìn)行解碼，但是，仍獲得很好的誤碼率曲線，特別地，在S服〉14dB后，誤 碼率為0。
權(quán)利要求
1.一種無需信道信息的2發(fā)1收MIMO機空時編解碼系統(tǒng)，其特征在于，包括編碼器端、單天線接收機，其中，編碼器端由信息源、調(diào)制器、編碼器、發(fā)射天線1和發(fā)射天線2組成；單天線接收機包括一個接收天線、接入有緩存器的上支路、接入有電子開關(guān)的下支路、信號組合器和判決器1、判決器2；所述空時編解碼系統(tǒng)各組成部分的連接關(guān)系如下信息源傳送的信息比特經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后送入編碼器進(jìn)行編碼處理，經(jīng)編碼器編碼后由發(fā)射天線1和發(fā)射天線2將編碼信號發(fā)射出去；接收器端接收天線接收到發(fā)射天線1和發(fā)射天線2發(fā)射來的待解碼信號，前一時隙的接收信號經(jīng)上支路的緩存器被緩存，后一時隙下支路電子開關(guān)閉合，接收信號經(jīng)下支路送入信號組合器與緩存器中前一時隙的接收信號組合進(jìn)行計算，將信號組合器計算結(jié)果分別送入判決器1和判決器2進(jìn)行信號解碼，得到分集增益并進(jìn)行噪聲對消后的解碼信息比特。
2. —種無需信道信息的2發(fā)1收MIM0機空時編解碼方法，其特征在于，包括 以下步驟步驟l調(diào)制編碼階段，首先假設(shè)用有y個星座點的星座圖對2b個信息比特 進(jìn)行調(diào)制，在每一次編碼操作中，將一組2b個信息比特映射到信號星座，以選 擇2個調(diào)制信號x,和x,，用空時編碼器對2個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)空時分組碼編碼矩陣生成2個長度為2的并行序列；步驟2發(fā)射階段，將步驟中調(diào)制編碼后的并行序列在2個時間周期內(nèi)通過2根天線發(fā)射出去在第一時隙，信號x,和;^同時從天線l和2分別發(fā)射；在第二時 隙，信號X,和-^同時從天線1和2分別發(fā)射；步驟3接收階段，接收天線負(fù)責(zé)接收發(fā)射天線發(fā)射的信號，相應(yīng)的接收信號在r和"r時刻表不為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，w,和"2分別表示在z和"r時刻接收的信道加性高斯噪聲，二者為獨立同分布的復(fù)隨機變量，其均值為零、功率譜密度為W。/2;歩驟4組合計算階段，其一，第1時隙，接收信號KO在第l時隙為^， r,經(jīng)上支路在緩存器中緩存，此時下支路的電子開關(guān)打開，^不能通過卜支路；其二，第2時隙，接收信號K0在第2時隙為5，第2時隙時下支路的電子開關(guān)閉合，。通過下支路進(jìn)入信號組合器與緩存的5進(jìn)行組合計算，令<formula>formula see original document page 3</formula>由信號組合器根據(jù)上兩式完成組合計算，并輸出組合計算結(jié)果z,和^ ;步驟5應(yīng)用判決器進(jìn)行解碼階段，令x2 = a2 + jZ 2,"2，^2 e {0,1}組合計算結(jié)果A和z2經(jīng)判決器解碼，得到A和x2如下Re A = 57g/ [Re ^ ]Re ;2 = 5Vg"[Re z2 ]Im;2 — 5Vgw[Imz2]。
3. —種無需信道信息的2發(fā)2收MIMO機空時編解碼系統(tǒng)，其特征在于，包括 編碼器端和單天線接收機，其中，編碼器端由信息源、調(diào)制器、編碼器、發(fā)射 天線1和發(fā)射天線2組成；單天線接收機包括接收天線l、接收天線2、接入有 緩存器的上支路、接入有電子開關(guān)的下支路、信號組合器和判決器l、判決器2; 該空時編解碼系統(tǒng)各組成部件之間的連接關(guān)系如下信息源傳送的信息比特經(jīng)調(diào)制器調(diào)制后送入編碼器進(jìn)行編碼處理，經(jīng)編碼 器編碼后由發(fā)射天線1和發(fā)射天線2將編碼信號發(fā)射出去；接收器端接收天線接l和接收天線2分別接收到發(fā)射天線1和發(fā)射天線2發(fā)射來的待解碼信號，前一時隙的接收信號經(jīng)上支路的緩存器被緩存，后一時隙的接收信號抵達(dá)時，下支路電 子開關(guān)閉合，接收信號經(jīng)下支路送入信號組合器與緩存器中前一時隙的接收信號組合進(jìn)行計算，將信號組合器計算結(jié)果分別送入判決器1和判決器2，經(jīng)判決器l和判決器解碼后，得到分集增益并進(jìn)行噪聲對消后的解碼信息比特。
4. 一種無需信道信息的2發(fā)2收MIM0機空時編解碼方法，其特征在于，包括 步驟l調(diào)制編碼階段，首先假設(shè)用有26個星座點的星座圖對2b個信息比特進(jìn)行調(diào)制，在每一次編碼操作中，將一組2b個信息比特映射到信號星座，以選 擇2個調(diào)制信號x,和^，用空時編碼器對2個調(diào)制信號進(jìn)行編碼，根據(jù)空時分組碼 編碼矩陣(lb)生成2個長度為2的并行序列；步驟2發(fā)射階段，將步驟l中調(diào)制編碼后的并行序列在2個時間周期內(nèi)通 過2根天線發(fā)射出去在第1時隙，信號A和^同時從天線1和2分別發(fā)射；在第2 時隙，信號x,和-^同時從天線l和2分別發(fā)射；歩驟3接收階段，接收天線負(fù)責(zé)接收發(fā)射天線發(fā)射的信號，相應(yīng)的接收信號在^和f + r時刻表示為:(2)IAl 一 、X2+"(I)+(2>其中《)和《，《)和"f分別表示在r和"r時刻接收的信道加性高斯噪聲，它們均為獨立同分布的復(fù)隨機變量，其均值為零、功率譜密度為A^/2;歩驟4組合計算階段，其一，第1時隙，接收信號Kf)在第l時隙為r2(0(1)經(jīng)上支路在緩存器中緩存，此時下支路的電子開關(guān)打開，5(1)不能通過下支路;其二，第2時隙，接收信號K0在第2時隙為,(2)r2(2)，第2時隙時下支路的電子開關(guān)閉合，.(2)5(2)通過下支路進(jìn)入信號組合器與緩存的."2(1〕進(jìn)行組合計算，令5(1)+5(2)及《一l)由信號組合器根據(jù)上兩式完成組合計算，并輸出組合計算結(jié)果z,和^ 歩驟5應(yīng)用判決器進(jìn)行解碼階段，令X, = ", + € {0,1}x2 =a2 + j62,a2,Z 2 e{0，l}組合計算結(jié)果A和&經(jīng)判決器解碼，得到x,和x2如下:Re g = S一[Re ^ ] Im = 67g"[Im ^ ] Re S2 = iSVg"[Re z，]Im x2 = iS7g"[Im z2 ]
全文摘要
本發(fā)明提出一種無需信道信息的MIMO空時編解碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有2發(fā)1收和2發(fā)2收MIMO空時編解碼功能，可以在不需要信道信息，無需進(jìn)行信道估計，進(jìn)而不需要復(fù)雜的信道估計子系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)MIMO接收機的空時解碼。本發(fā)明提供的無需信道信息的MIMO空時編解碼系統(tǒng)降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和系統(tǒng)實現(xiàn)成本，可廣泛應(yīng)用于無線局域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)，提高無線頻譜的利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率。
文檔編號H04L1/06GK101631002SQ20091009085
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者揚 肖 申請人:北京交通大學(xué)