专利名称：码分多址系统中的联合延迟空时发射分集方案的制作方法
技术领域：
本发明是MIMO CDMA(多输入多输出、码分多址)系统中空时发射分集的一种解决方案。主要用于解决MIMO CDMA系统中采用传统空时分组码发射分集方法时编码效率不高及对抗快衰落多径信道的问题，属于MIMO CDMA系统空时发射分集技术领域。
背景技术：
无线信道环境存在多径衰落、多普勒频移和信道快速时变等许多不利因素，如何克服这个不利因素，是移动通信始终需要研究的问题。目前，为保证无线信道的可靠传输，已经提出了很多技术，从信息论的角度已经证明，MIMO技术可以大大增加无线通信系统的容量，改善无线通信系统的性能。MIMO技术是无线移动通信领域的重大突破，它利用空间中增加的传输信道，在发送端和接收端采用多根天线，由于各发射天线同时发送的信号占用同一个频带，所以并未增加带宽，因而能够大大的提高系统的容量和频谱利用率。
广义的MIMO技术涉及广泛，主要包括发射分集技术和空间复用技术。其中空间复用技术是在不同的天线上发射不同的信息，贝尔实验室的V-BLAST码是空间复用技术的典型应用；而发射分集技术是在不同的天线上发射包含同样信息的信号，从而达到空间分集的效果。基于发射分集的空时编码技术由于将空间域上的发射分集和时间域上的编码相结合，能够很大程度地克服信道衰落、提高系统性能，因而备受关注。
空时编码(Space-Time-Coding)技术是在1998年由Tarokh等人提出的一项基于发射分集的技术。Tarokh等人认为，如果在发射端采用适合多的天线传输的编码技术，同时在接收端进行相应的信号处理技术，能够获得很大的性能增益。信息论研究表明，假设多天线系统有M根发射天线和N根接收天线，并假设在窄带慢衰落的信道下，就可以建立M×N阶反映信道特征的矩阵，其元素为独立同分布的高斯随机变量，这样，系统可获得的信道容量将比单天线高出min(M，N)倍，且总的发射功率保持不变。然而，由于衰落信道的瞬时信息难以捕捉，因此，发射端必须采用信道编码技术，以保证在多数信道情况下获得比较好的性能，这种信道编码本质上是在时间上和空间上的两维编码，也就是空时编码。
基于发射分集的空时编码主要有两种空时分组码(STBC，Space Time BlockCode)和空时格码(STTC，Space Time Trellis Code)。空时格码是Tarokh等人在1998年提出的，空时格码将编码、调制、发射分集结合在一起，可以同时获得分集增益和编码增益，并且使得系统的性能有很大提高，但是，由于其采用基于欧氏距离的Viterbi译码，因此译码复杂度较高，而且译码复杂度将随着传输速率的增加呈指数增加。而空时分组码是Alamouti在1998年提出的，空时分组码是将同一信息经过正交编码后从两根天线上发射出去，两路信号由于具有正交性，在接收端只需做简单的线性合并就可以获得增益。空时分组码由于其简单的结构和良好的性能得到了广泛的研究，并很快进入了3GPP。但是，空时分组码的构建还存在一定的问题，对于复数信号，当发射天数大于2时是否存在编码速率为1的码组还有待更深入的研究，而且空时分组码发射分集方案只适用于准静态衰落信道。
发明内容
技术问题本发明的目的是在多输入多输出、码分多址系统中提供一种联合延迟空时发射分集方案，用于解决传统空时分组码发射分集中当发射天数大于2时编码效率不高的缺点，并且能够有效地对抗快衰落多径信道。
技术方案本发明的技术特征是联合延迟空时发射分集的方法。
码分多址系统中的联合延迟空时发射分集方案是采用空时发射分集方法，即对分组内的信息符号分别采用不同的正交扩频码扩频后叠加在一起，然后通过不同的天线分别延迟不同的符号周期发射出去。具体方法为发射端设有M根发射天线1)、首先对输入信息进行分组，每组含有M个符号bM＝[b1，b2..bm..bM]，
2)、将分组后的每一个信息符号乘以一个扩频码后叠加起来，形成组合信息，3)、每根发射天线延迟相应的符号周期后将组合信息发射出去，第m根发射天线延迟m-1个符号周期；接收端设有N根接收天线21)、首先收集M个符号周期的接收信息，22)、将这M个符号周期内接收的信息组成一个码阵，23)、利用信道信息和发射时所采用的M个扩频码构造等效的信道矩阵，24)、利用等效的信道矩阵对接收信息进行线性合并，25)、将所有接收天线上的信息做同样的处理后进行求和，26)、最后对求和的信息进行判决，恢复发射信息。
空时分组码的设计准则之一是正交设计，即空时分组码矩阵满足正交性，但是，对于复信号且发射天线数大于2时，目前还没有这样的码阵满足正交条件使得编码效率为1；另外，空时分组码的译码有个限制条件，那就是在准静态信道下，即在一个码组内信道不变，这在实际应用中很难满足。
本方案是一种MIMO CDMA系统中的联合延迟空时发射分集，它将输入信息符号进行分组，每组内的符号分别采用不同的正交扩频码扩频后叠加在一起，然后通过不同的天线分别延迟不同的符号周期发射出去。这种联合延迟空时发射分集方案适用于任意信号及任意的发射天线数，并且能够有效地对抗快衰落多径信道。
有益效果使用本方案有如下优点1、克服了空时分组码发射分集方案中对于复信号当发射天线数大于2时编码效率不高的缺点，而本方案适用于任何信号及任意的发射天线数。
2、本方案能够有效地对抗快衰落多径信道，而空时分组码发射分集方案只适用于准静态衰落信道。
图1是在单径衰落信道环境下空时分组码发射分集方案和联合延迟空时发射分集方案的误码性能比较。
图2是在四径衰落信道环境下空时分组码发射分集方案和联合延迟空时发射分集方案的误码性能比较。图中，STBC表示空时分组码发射分集方案；UD-STTD表示联合延迟空时发射分集方案。
图3是发射端设有M根发射天线的步骤框图。
图4是接收端设有N根接收天线的步骤框图。
具体实施例方式
联合延迟空时发射分集(UD-STTD)方法对于具有M根发射天线、N根接收天线的MIMO CDMA系统，输入信息符号首先被分组，每组含有M个符号(bM＝b1，b2..bm..bM])，其中bM表示信息符号向量，bm表示信息符号。将这M个符号分别采用不同的正交扩频码扩频后叠加在一起，然后通过不同的天线分别延迟不同的符号周期发射出去。发射的码阵如下(以两发射天线为例，行代表发射天线数，列代表符号周期数)B2=b1c1T+b2c2Tb1c1T+b2c2T---(1)]]>其中cm=1/Q[cm,1,cm,2...cm,q...cm,Q]]]>表示第m个符号的扩频码，cm，q＝±1，Q是扩频增益，B2表示组合信息矩阵，T表示转置。
第n根接收天线上的M个符号周期内的接收信号可表示为Rn=h2,nTB2+ξn=h1,nb1c1T+h1,nb2c2Th2,nb1c1T+h2,nb2c2TT+ξn---(2)]]>＝[rn，1，rn，2]+ζn其中h2，n＝[h1，n，h2，n]T表示信道向量，hm，n表示第m根发射天线到第n根接收天线间的信道参数。ζn是方差为σ2I的高斯白噪声向量，rn，m代表rn，1，rn，2中之一，表示第n根接收天线第m个符号周期的接收信号。假设信道参数向量h2，n＝[h1，n，h2，n]T已估计出，构造等效信道向量G2,n=h1,nc1h2,nc1h1,nc2h2,nc2,]]>则原发射信息解得为
其中 表示b2＝[b1，b2]的估计，H表示共轭转置。对于N根接收天线，则 其中Dec(.)表示判决。
联合延迟空时发射分集和空时分组码在MIMO CDMA系统中发送码字的比较表1给出了联合延迟空时发射分集方案(UD-STTD)和空时分组码发射分集方案(STBC)在两个符号周期内发送信号的比较(发射天线数M＝2)。
表1 仿真比较将空时分组码发射分集方案和联合延迟空时发射分集方案在MIMO CDMA系统下同一环境中进行仿真比较。假设用户数K＝4，信源为2PSK信号，扩频码采用32位Walsh码，多址干扰MAI＝10dB，信道分别采用单径瑞利衰落信道和四径瑞利衰落信道，四径瑞利衰落信道时，各径延迟相差一个码片周期且各径衰落幅度相差4dB。
仿真结果如图1和图2所示(图中误码率是在接收5000个符号取平均后得到的)。
图1是在单径衰落信道环境下的误码性能比较，从图中可以看出，无论是两发一收还是两发两收情况下，两种方案的误码性能比较接近。图2是在四径衰落信道环境下的误码性能比较，从图中可以看出，无论是两发一收还是两发两收情况下，联合延迟空时发射分集方案都比空时分组码发射分集方案的误码性能好，这说明联合延迟空时发射分集方案抗多径衰落能力强。
具体步骤一、发射端(假设有M根发射天线)
1、首先对输入信息进行分组，每组含有M个符号(bM＝[b1，b2..bm..bM])。
2、将分组后的每一个信息符号乘以一个扩频码后叠加起来，形成组合信息。(以两根发射天线为例)b1c1T+b2c2T]]>3、每根发射天线延迟相应的符号周期后将组合信息发射出去(第m根发射天线延迟m-1个符号周期)发射的码阵如下(行代表发射天线数，列代表符号周期数)B2=b1c1T+b2c2Tb1c1T+b2c2T]]>其中cm=1/Q[cm,1,cm,2...cm,q...cm,Q]]]>表示第m个符号的扩频码，cm，q＝±1，Q是扩频增益。
二、接收端(N为接收天线数，仍以2根发射天线为例)1、首先收集M个符号周期的接收信息。
2、将这M个符号周期内接收的信息组成一个码阵，假设h2，n＝[h1，n，h2，n]T为这2根发射天线到第n根接收天线的信道参数向量，其中hm，n表示第m根发射天线到第n根接收天线间的信道参数，则第n根接收天线上的2个符号周期内的接收信号可表示为(假设同步机制完善且无ISI和ICI)Rn=h2,nTB2+ξn=h1,nb1c1T+h1,nb2c2Th2,nb1c1T+h2,nb2c2TT+ξn]]>＝[rn，1，rn，2]+ζn其中ζn是方差为σ2I的高斯白噪声向量3、利用信道信息和发射时所采用的M个扩频码构造等效的信道矩阵。
G2,n=h1,nc1h2,nc1h1,nc2h2,nc2]]>4、利用等效的信道矩阵对接收信息进行线性合并RnG2,nH=Σm=12|hm,n|2[b1,b2]+ξnG2,nH]]>
5、将所有接收天线上的信息做同样的处理后进行求和Σn=1NRnG2,nH=Σn=1NΣm=12|hm,n|2[b1,b2]+Σn=1NξnG2,nH]]>6、最后对求和的信息进行判决，恢复发射信息 其中Dec(.)表示判决。
权利要求
1.一种码分多址系统中的联合延迟空时发射分集方案，其特征是采用空时发射分集方法，即对分组内的信息符号分别采用不同的正交扩频码扩频后叠加在一起，然后通过不同的天线分别延迟不同的符号周期发射出去；具体方法为发射端设有M根发射天线1)、首先对输入信息进行分组，每组含有M个符号bM＝[b1，b2..bm..bM]，2)、将分组后的每一个信息符号乘以一个扩频码后叠加起来，形成组合信息，3)、每根发射天线延迟相应的符号周期后将组合信息发射出去，第m根发射天线延迟m-1个符号周期；接收端设有N根接收天线21)、首先收集M个符号周期的接收信息，22)、将这M个符号周期内接收的信息组成一个码阵，23)、利用信道信息和发射时所采用的M个扩频码构造等效的信道矩阵，24)、利用等效的信道矩阵对接收信息进行线性合并，25)、将所有接收天线上的信息做同样的处理后进行求和，26)、最后对求和的信息进行判决，恢复发射信息。
全文摘要
码分多址系统中的联合延迟空时发射分集方案是多输入多输出、码分多址系统中空时发射分集的一种解决方案，主要用于解决MIMO CDMA系统中采用传统空时分组码发射分集方法时编码效率不高及对抗快衰落多径信道的问题，该方案采用空时发射分集方法，即对分组内的信息符号分别采用不同的正交扩频码扩频后叠加在一起，然后通过不同的天线分别延迟不同的符号周期发射出去。这种联合延迟空时发射分集方案适用于任意信号及任意的发射天线数。
文档编号H04B7/06GK1787401SQ200510095388
公开日2006年6月14日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者傅洪亮, 酆广增 申请人:南京邮电大学