一种高传输速率和带宽利用率的MIMO Multi-h CPM无线通信方法
【专利摘要】一种高传输速率和带宽利用率的MIMO?Multi-h?CPM无线通信方法，涉及无线通信领域。解决了现有无线通信方法针对CPM解调的解调速度慢、实时性低、接收机的硬件开销大的问题。所述无线通信方法首先将基带信号比特数据流进行编码得到编码信号；将得到的编码信号进行串并转换后得到Nt路符号数据流；将每一路符号数据流分别进行Multi-h?CPM调制，得到欲发送的Nt路M进制的调制信号s(t；α)；将得到的Nt路调制信号采用Nr根发射天线发射至Nt×Nr衰落信道；Nt根接收天线接收Nt路调制信号；将Nt路调制信号加载热噪声；将加载热噪声后的信号进行基于PAM分解的最优检测；将基于PAM分解的最优检测后的Nt路信号进行并串转换后输出。本发明适用于无线通信。
【专利说明】-种高传输速率和带宽利用率的ΜΙΜΟ Multi-h CPM无线通 信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代社会信息化进程步伐的推进，视频、图像等大数据量的业务要求逐渐取 代了原始的语音通信工作，由此对传输系统的速率要求越来越高。对传统的无线通信系统 而言，较高的传输速率占用的无线频谱的带宽就相当的宽，无线通信技术的发展和有限的 频谱资源产生了巨大的矛盾。因此，在实际应用需求的推动下，新一代无线通信系统的研制 与开发得到了蓬勃的发展，不但对通信系统的频谱利用率、传输数据的速率提出了很高的 要求，同时还对通信系统在恶劣环境下，仍然能够可靠的实现数据的传输做了规定。高速 发展的网络技术和飞速进步的无线通信技术，给无线通信系统的发展提出了更新更高的要 求，实现不同通信体制和通信技术"无缝"的连接将是下一代无线通信系统的特点，提供更 高质量和更具个性化的个人服务业务。
[0003] 在不增加系统带宽的条件下，利用ΜΜ0技术能够使得通信系统的信道容量得以 提高，从而提高移动传输系统的频谱利用率。ΜΜ0技术同时能够提高信道的可靠性，降低 误码率。前者是利用ΜΜ0信道提供的空间复用增益，后者是利用ΜΜ0信道提供的空间分 集增益。达到或接近信道理论容量的一种行之有效的方法是采用空时编码（Space Time coded，STC)技术。空时网格编码（Space Time Trellis coded，STTC)是一种具有较大编 码增益，较高的频谱利用率和较大分集增益的空时编码方式，对信道衰落效应具有一定的 克制能力，而且这种空时编码方式容易与外码相结合，联合其他的发射分集、调制方式等设 计。
[0004] 与传统的BPSK调制不同，CPM的相位是连续变化的，因而它的频谱比较窄，带宽利 用率比较高。另外，CPM是一种恒包络调制，可直接应用于高性价比的非线性功放，从而节省 硬件成本。同时，CPM符号间具有记忆性，因而具有一定的编码增益。在遥测遥控领域，近年 来，由于CPM体制具有恒定包络和更高的频谱利用率等方面的优势，使美国军方放弃了沿 用数十年的PCM/FM体制，取而代之的正是CPM体制。Nova公司还在美军方的ARTM组织和 Edward空军基地的支持下研究频谱利用性能更好的Multi-h CPM体制。Multi-h CPM是对 CPM的一种改进，其通过循环改变调制指数，可以增加信号间的欧氏距离，从而比传统CPM 进一步降低了误码率，同时也使其频谱的带外滚降速度更快，频谱利用率更高。Multi-hCPM 就是被美国ARTM Tier II系统所选用的CPM的备选方案之一，其调制指数在h = 4/16和 h = 5/16之间循环变化。原来的PCM/FM的频谱利用率仅是该体制的三分之一，ARTM的联 合计划办公室已将其选为下一代遥测新体制的目标。
[0005] 然而，CPM和Multi-h CPM优良的带宽利用率和误码性能是以接收机的高复杂 度为代价的。由于CPM符号间存在记忆性，最优的解调器往往采用最大似然法（Maximum Likelihood Sequence Detection, MLSD)。由于MLSD 方法的运算量过大，因而米用 Viterbi 方法（Viterbi Algorithm，VA)可以极大降低运算量。尽管如此，VA方法的复杂度仍然随 着CPM信号的进制数Μ和相关长度L成指数级增长，这就限制了 VA方法的进一步应用。因 而，降低接收机的运算复杂度是实现CPM和Multi-h CPM的关键。VA方法的复杂性主要来 源于前端数量巨大的匹配滤波器和后端Viterbi译码器巨大的状态数，因此降低VA方法的 复杂度主要集中于如何减少匹配滤波器的数量和状态数。目前，CPM的低复杂度解调方法 主要有：频率响应函数截断法、脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation, PAM)分解法、 减少状态序列检测法（Reduced State Sequence Detection, RSSD)等。其中，只有PAM分 解法能够减少接收机前端匹配滤波器的数量，因而其受到广泛的关注。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决现有无线通信方法针对CPM解调的解调速度慢、实时性低、接收 机的硬件开销大的问题，提出了一种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通 /[目方法。
[0007] -种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通信方法，它的信号发射 方法：
[0008] 步骤一、将基带信号比特数据流进行编码，得到编码信号；
[0009] 步骤二、将步骤一得到的编码信号进行串并转换后得到Nt路符号数据流；
[0010] 步骤三、将每一路符号数据流分别进行Multi-h CPM调制，得到欲发送的Nt路Μ进 制的调制信号s(t;a);
[0011] 步骤四、将步骤三得到的Nt路调制信号分别采用Nr根发射天线发射至N t X Nr衰落 信道；
[0012] 它的信号接收方法：
[0013] 步骤五、采用Nt根接收天线接收来自步骤四的Nt路调制信号；
[0014] 步骤六、将Nt路调制信号分别加载热噪声；
[0015] 步骤七、将步骤六中加载热噪声后的每一路信号进行基于PAM分解的最优检测；
[0016] 步骤八、将步骤七中进行基于PAM分解的最优检测后的Nt路信号进行并串转换后 输出。
[0017] 步骤一中所述的基带信号比特数据流进行编码，得到编码信号的步骤为：
[0018] 步骤一一、将基带信号比特数据流进行空时网格编码，获得Nt路空时编码信号；
[0019] 步骤一二、将每一路空时编码信号输入至一个线性连续相位编码器，获得Nt路矢 量信号；
[0020] 步骤一三、将Nt路矢量信号输入至无记忆调制器后编码输出。
[0021] 步骤三中将每一路符号数据流分别进行Multi-h CPM调制，得到欲发送的Nt路Μ 进制调制信号s(t;a)的过程为：
[0022] 步骤三一、用PAM分解的线性叠加形式表示二进制单指数CPM信号，即：
【权利要求】
1. 一种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通信方法，其特征在于，它 的信号发射方法： 步骤一、将基带信号比特数据流进行编码，得到编码信号； 步骤二、将步骤一得到的编码信号进行串并转换后得到Nt路符号数据流； 步骤三、将每一路符号数据流分别进行Multi-h CPM调制，得到欲发送的Nt路Μ进制 调制信号s(t;a); 步骤四、将步骤三得到的Nt路调制信号分别采用队根发射天线发射至NtX队衰落信 道； 它的信号接收方法： 步骤五、采用Nt根接收天线接收来自步骤四的Nt路调制信号； 步骤六、将Nt路调制信号分别加载热噪声； 步骤七、将步骤六中加载热噪声后的每一路信号进行基于PAM分解的最优检测； 步骤八、将步骤七中进行基于PAM分解的最优检测后的Nt路信号进行并串转换后输 出。
2. 根据权利要求1所述的一种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通 信方法，其特征在于，步骤一中所述的将基带信号比特数据流进行编码，得到编码信号的步 骤为： 步骤一一、将基带信号比特数据流进行空时网格编码，获得Nt路空时编码信号； 步骤一二、将每一路空时编码信号输入至一个线性连续相位编码器，获得Nt路矢量信 号； 步骤一三、将Nt路矢量信号输入至无记忆调制器后编码输出。
3. 根据权利要求1所述的一种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通 信方法，其特征在于，步骤三中将每一路符号数据流分别进行Multi-h CPM调制，得到欲发 送的Nt路Μ进制调制信号s (t ; α )的过程为： 步骤三一、用ΡΑΜ分解的线性叠加形式表示二进制单指数CPM信号，即：
，其中，Τ为二进制符号的周期，Q为进制数，η为符号间隔，t为 时间； 步骤三二、求解PAM分量的系数
实PAM分量
0彡η彡Nh-1，其中，的二进制表示形式的第i 位，
v(k, j, t)= j+m+L β k' j, w (n，j，t) = (n+m- (j+m) modL) modNh,
步骤三三、用PAM分解的线性叠加形式表示M进制多指数CPM信号
，其中，第1个二进制CPM的调制指数为
二进制 码元为a i ; 步骤三四、对第1个二进制CPM分量应用二进制PAM分解得到
其中，
为第1个二进制CPM分量 的PAM分量，
为第1个二进制CPM分量的PAM系数， 步骤三五、求解
和
得到欲发送的Μ进制的调制信号s (t ; α )。
4.根据权利要求1所述的一种高传输速率和带宽利用率的MMO Multi-h CPM无线通 信方法，其特征在于，步骤七中将步骤六加载热噪声后的每一路信号进行基于PAM分解的 最优检测的过程为： 步骤七一、Nt个匹配滤波器对接收到的信号进行滤波处理； 步骤七二、对每一路滤波后的信号进行基于Viterbi的解调检测； 步骤七三、对步骤六二解调检测后的信号进行判决，输出码元。
【文档编号】H04B7/08GK104104418SQ201410386951
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】吴芝路, 杨丽, 任广辉, 江立辉, 何胜阳, 支毳鹏 申请人:哈尔滨工业大学