专利名称：一种基于空频编码的发射分集方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯系统的分集技术，尤其是涉及一种采用基于空频编码(Space Frequency Block Coding，SFBC)的多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统的发射分集方法。
背景技术：
下一代的无线通信系统将提供更好的话音质量，更快的数据传输率。但是，时变的多径传输环境、有限的带宽资源以及用户对服务的需求使上述要求实现起来非常困难。解决这些问题的一个有效方法是采用分集技术。分集技术根据获得独立路径信号方法的不同可分为时间分集、频率分集和空间分集等。就时间分集、频率分集和空间分集三者而言，由于在慢衰落情况下，时域交织会导致信号较大的延迟，此时将会引入干扰，从而对时延敏感的业务不适合；而当信道的相干带宽大于扩频带宽或者信号的延迟扩展相对较小时，利用扩频技术来获得频率分集就不太合适；但在大多数情况下，空间分集技术可以不用牺牲信号频率带宽，在保证数据传输速率的同时获得极大的分集增益 Alamouti方案的空时码因其设计简单，译码方便而在MIMO系统中获得了广泛的应用。Agrawal等提出了将空时码和正交频分复用(OFDM)调制技术相结合的方案-空频编码(SFBC)，从而使系统能够获得更高的频谱效率、传输速率和通信质量。但只有当发射天线数为2时，Alamouti方案才能充分发挥其优势，同时满足编码矩阵正交和编码速率为一两个条件，当发射天线大于2时，就必须在编码速率正交和编码速率为一之中选择一个，而这都会降低空时码的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，结合当前基于SFBC分集的设计思想，针对发射天线大于2的MIMO-OFDM系统，提供一种基于空频编码的发射分集方法，可以最大程度的利用空间分集增益、时间分集增益和频率分集增益，来克服Alamouti方案只能在2发射天线系统才能完全发挥其优势的局限，提高分集性能，降低了误码性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于空频编码的发射分集方法，将SFBC和预编码加权切换(Percoding Vector Switch，PVS)结合，作为SFBC+PVS的分集方式，在考虑信道的相关性越强，分集效果越差的客观因素上，用加权向量去除由于天线之间的倾斜角度或不同天线间信道的相关性对分集造成的影响，更好的利用空间分集的效果，减少对编码增益的影响。
本发明一种基于空频编码的发射分集方法，包括以下步骤: 第一步:对经过信道编码和星座图映射后的数据进行Alamouti方案的SFBC编码得到两路数据流: 第二步:根据基站天线的摆放阵列和极化角度，选择两组预编码权值向量:其中|θ1-θ2|＝π； 第三步: 取 用预编码权值向量对经过SFBC编码数据块加权后得到经预编码加权切换处理后的编码矩阵，如果Ai(1≤i≤N/2)下标奇数，则用v1向量加权，为偶数，则用v2向量加权。
式中，
当N/2为奇数时，为偶数时，则 写为最后经过快速傅立叶逆变换(IFFT)得到时域信号发射出去。
本发明的有益效果:采用本发明所述的一种基于空频编码的发射分集方法，即保持了Alamouti方案SFBC编码自身设计简单，译码方便，使系统能够获得更高的频谱效率、传输速率和通信质量的特点，又充分利用了发射端天线的阵列角度关系设计与之相适应的最佳权值，最大程度的利用空间分集增益和编码增益的效果，使得误码率性能有明显的提高，并且实现也比较简单。
图1为本发明一种基于空频编码的发射分集方法的4天线MIMO-OFDM系统的发射结构图； 图2为本发明一种基于空频编码的发射分集方法中论述的分集方案与其他分集方式的性能比较曲线。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明: 本发明提供一种基于空频编码的发射分集方法，空频编码是将设计简单、译码方便的空时码与正交频分复用(OFDM)调制技术相结合，并且可以将系统获得更高的频谱效率、传输速度和通信质量，鉴于这个优点，将SFBC和预编码加权向量结合，作为SFBC+PVS的分集方式，在考虑信道的相关性越强，分集效果越差的客观因素上，将经过SFBC分集的两个分支分别与预编码权值向量相乘，从而实现四天线的分集，用加权向量去除由于天线之间的倾斜角度或不同天线间信道的相关性对分集造成的影响，更好的利用空间分集的效果，减少对编码增益的影响，并且通过设计完全正交的权值向量，可以较大程度上提高分集性能。
如图1所示，采用一种基于空频编码的发射分集方法的4天线MIMO-OFDM系统作为实施方式来说明本发明的技术方案，本发明一种基于空频编码的发射分集方法，对输入的码流进行SFBC编码，然后得到的值再经过PVS编码得到相关矩阵，最后经过快速傅立叶逆变换得到最终的时域信号，具体包括以下步骤: 第一步:对经过信道编码和星座图映射后的数据进行Alamouti方案的SFBC编码得到两路数据流: 对输入的码流s进行SFBC编码，经过编码后的数据格式为 第二步:根据基站天线的摆放阵列和极化角度，选择的两组预编码权值向量: 按照 其中|θ1-θ2|＝π的原则 取 则得到预编码权值向量 第三步: 取 用预编码权值向量对经过SFBC编码数据块加权后得到经预编码加权切换(PVS)处理后的编码矩阵: 根据若取 处理后得到然后再经过快速傅立叶逆变换(IFFT)得到时域信号发射出去。
由上面的矩阵可以看出编码后矩阵的第一(三)行，第二(四)行都是正交的SFBC编码，一、二和三、四之间是正交的。并且的一列和第二列也是正交的，这就保证了在接收端译码时每一组前后两个子载波之间的接收数据不会互相干扰。
对于其他多天线情况，可以由4天线情况推出。
如图2所示为，本发明中应用基于空频编码的发射分集方法与准正交SFBC+FSTD方式的性能比较曲线，仿真结果中分别对以下几种分集方式与本方案进行了比较。仿真中采用的信道模型为SCME-C信道，天线配置为4*2，仿真过程中采用的系统带宽为5MHz，子载波间隔为15KHz，每个符号的持续时间为1/14ms。
在该仿真中，采用作为本发明中加权矩阵，仿真中对比的分集编码矩阵格式如下所示: (1)根据本发明设计的一种编码矩阵 (2)准正交SFBC+FSTD 从仿真结果可以看到，采用本发明所述的分集方法相比准正交SFBC编码的分集方案性能要提高，本发明的分集方法的BER比传统的分集方法要降低许多，特别是随着SNR的值的增加，BER的值明显的降低，反映了本发明分集方法拥有误码率低的特点，多于SNR的值的增大，性能差别随之增大，体现出本发明的分集方法具有明显的性能优势。
本发明所述的一种基于空频编码的发射分集方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。对本发明技术所属领域的普通技术人员来说，可根据本发明作出各种相应的改变和变形，而所有这些相应的改变和变形都属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种基于空频编码的发射分集方法，适用于发射天线大于2的MIMO-OPDM系统，其特征在于，包括以下步骤:
第一步:对输入的码流进行SFBC编码；
第二步:根据基站天线的摆放阵列和极化角度选择预编码权值向量；
第三步:用预编码权值向量对经过SFBC编码的数据块加权后得到经预编码加权切换处理后的编码矩阵，随后通过快速傅立叶逆变换得到时域信号并发射。
2、如权利要求1一种基于空频编码的发射分集方法，其特征在于，所述第一步中输入的码流是经过信道编码和星座图映射后的数据。
3、如权利要求1一种基于空频编码的发射分集方法，其特征在于，所述第一步中对输入的码流进行SFBC编码是基于Alamouti方案的SFBC编码。
4、如权利要求1一种基于空频编码的发射分集方法，其特征在于，所述第一步中包括SFBC编码后得到的两路数据流:
5、如权利要求1一种基于空频编码的发射分集方法，其特征在于，所述第二步中包括:
按照其中|θ1-θ2|＝π的原则，来选择预编码权值向量。
6、如权利要求1一种基于空频编码的发射分集方法，其特征在于，所述第三步中包括:
取
写为最后经过快速傅立叶逆变换得到时域信号发射出去。
全文摘要
本发明公开了一种基于空频编码的发射分集方法，适用于发射天线大于2的MIMO-OPDM系统，将SFBC和预编码加权切换结合，作为SFBC+PVS的分集方式，在考虑信道的相关性越强，分集效果越差的客观因素上，用加权向量去除由于天线之间的倾斜角度或不同天线间信道的相关性对分集造成的影响，步骤包括第一步对输入的码流进行SFBC编码得到两路数据流；第二步选择两组预编码权值向量；第三步用预编码权值向量对经过SFBC编码数据块加权后得到经预编码加权切换处理后的编码矩阵，最后经过快速傅立叶逆变换得到时域信号发射出去。应用这种分集方法可以更好的利用空间分集的效果，减少对编码增益的影响。
文档编号H04L1/06GK101378299SQ200710146218
公开日2009年3月4日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者孙云锋, 琼 赵 申请人:中兴通讯股份有限公司