一种空时网格码的构造方法技术

本发明专利技术提供了一种空时网格码的构造方法，它是通过构造特定的码字，使得从同一状态出发的不同路径的输出相减得到的矩阵（以下称为差错矩阵）为上三角阵，且对角线元素全不为零，从而差错矩阵满秩－即获得满分集增益，然后再在这些满分集增益的码中搜寻具有最大编码增益的最优码。它适用于构造任意天线数目的空时网格码，根据该方法搜索出的网格码还具有较大的编码增益，采用该方法构造多天线的空时网格码，具有运算量小、搜索速度快、容易实现的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信技术，它特别涉及无线通信系统中的空时编码技术。
技术介绍
在无线通信中，由于多径效应，信号经过无线信道时要产生衰落。多天线分集技术作为一种有效的抗衰落技术越来越受到人们的重视。但是多天线接收分集技术只适合基站使用，对于移动终端由于受到体积、价格和电池容量等多方面的限制，使得在下行信道上采用接收分集技术几乎不可行。Alamouti在1.Siavash M.Alamouti，“A Simple Transmit Diversity Technique forWireless Communications”，IEEE Journal on Select Areas in Communications，VOL.16，NO.8，OCTOBER1998.中提出一种简单的发射分集技术，使得发射分集技术成为下行信道分集技术的重点。在空时延时分集的基础上，Tarokh等人在2.Vahid Tarokh，Nambi Seshadri，A.R.Calderbank，“Space-time Codes for High Data Rate Wireless CommunicationPerformance Criterion and CodeConstruction”，IEEE Transactions on Information Theory，VOL.44，NO.2，MARCH 1998.中提出了基于发射分集的空时网格码的概念，并给出了空时网格码性能的评价准则——行列式准则和秩准则，针对这两个准则设计性能优异的网格码成为了通信编码领域研究的热点。空时网格码是针对MIMO(多输入多输出)信道的编码、调制、发射分集和接收分集的一种联合优化，其发射端的系统实现框图如图1。网格码可以获得最大的分集增益和编码增益，性能最优的网格码是通过搜索的方法得到的，而且对于大天线数的网格码的搜索空间非常巨大，四天线以上，QPSK调制的网格码的生成矩阵搜索空间至少是432，因此，对于多天线的空时网格码的设计的运算量非常大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，采用该方法构造多天线的空时网格码，具有运算量小、容易实现的特点。本文则针对这一问题提出一种针对任意天线数的网格码，简化搜索空间的方法。为了方便地描述本专利技术的内容，首先作符号定义1.发射天线数用nT表示，使用相移键控调制方式(简称MPSK)，b表示相移键控调制后的每个符号对应的二进制信息的bit数，则2b＝M，M表示调制方式中星座集合的大小；2.定义Ω表示(0，1，…，2b-1)按任意顺序排列的组合，例如对于QPSK，集合Ω的大小为P44=24;]]>3.我们搜索的目的是找出所有状态转移的输出，所有这些输出可以排列成如下形式 定义上面矩阵为状态转移矩阵Y，它可以看做一个三维的矩阵，如果把每小括号里的序列看成一个组的话，则某元素yi，j，k的下标i表示该元素所在的行j表示该元素所在的列(即当前输入)，k表示该元素在其所属的组中的位置，i=0,1,···2b(nT-1)-1;]]>j＝0，1，…，2b-1；k＝0，1，…，nT-1。这个矩阵可以这样对应于网格码状态转移的栅格图矩阵的行表示起始状态，矩阵的列表示当前输入，每一组元素则联合表示了在给定起始状态和当前输入的条件下得到的输出序列；然后把这个序列按顺序分配给nT个天线，由nT个天线将序列发射出去。例如起始状态为Si，当前输入为j，则编码器当前的输出为(yi，j，0，yi，j，1，…yi，j，nT-1)，将这组输出中的元素分别映射到星座点后，按顺序通过nT个天线发射出去。图2给出了三天线的矩阵Y与栅格图之间的对应关系。4.定义运算mod(x，y)表示整数x整除以整数y所得的余数；5.表示整数x除以整数y的商，它只取整数部分；6.c(y)表示整数y到复数星座点的映射；7.fb(x)表示2b进制数x到二进制数的映射，映射后变成b位的二进制数。本专利技术提供了，其特征是采用下面的码字搜索步骤和编码步骤所述的码字搜索步骤包括下面的步骤步骤1初始化置循环标志变量s＝0，确定发射天线数nT，以及调制方式，由调制方式就可以确定了相移键控调制后的每个符号对应的二进制信息的bit数b的值步骤2确定与码字的状态转移矩阵Y唯一对应的矩阵X，根据一个这样的X可以生成一个空时网格码的状态转移矩阵Y，Y的表达式 选取一组向量x‾0,x‾1,···,x‾nT-1∈Ω,]]>(Ω表示(0，1，…，2b-1)按任意顺序排列的组合)则构造矩阵 由于Ω的大小为2b!，X为nT行，从上面X的表达式发现X一共有(2b！)nT种可能的情况，表示空时网格码的搜索空间为(2b！)nT；步骤3根据步骤2中确定的矩阵X确定码字状态转移矩阵Y的所有组的第一个元素，它们表示经过空时网格编码后第一根天线的输出；令矩阵Y中元素yi，j，0＝x0，j；i=0,1,···2b(nT-1)-1,]]>j＝0，1，…，2b-1；这样就确定了矩阵Y中所有组的第一个元素，同时保证了在空时网格码的状态转移图中(如图2所示)从相同起始状态到达不同终止状态时，第一根天线上的输出不同；步骤4根据步骤2中确定的矩阵X确定码字状态转移矩阵Y的所有组的除第一个元素外的其它元素，这样就确定了所有可能状态转移发生时，经过空时网格编码后不同天线上的输出；令矩阵Y中的元素yi，j，k＝xk，p；其中p＝，i=0,1,···2b(nT-1)-1,]]>j＝0，1，…，2b-1，k＝1，…，nT-1(其中的特殊运算符号见符号定义4、5)这时就确定了Y的所有元素，记此时的状态转移矩阵Y为Ys；这一步保证了构造的网格码从同一个状态出发的不同路径所对应的差错矩阵为上三角阵； 步骤5计算本次搜索的空时网格码的编码增益取所有满足如下关系的整数对(l，m)0＜l＜2b，0≤m≤l，算出每一对(l，m)所对应的Πq=0nT-1|c(xq,l)-c(xq,m)|,]]>(见符号定义6)并取最小的一个记为Js；于是得出此次搜索的码字的编码增益Js；置s＝s+1，重复步骤2～5可得到(2b！)nT个不同空时网格码编码增益Js，其中s=0,1,···,(2b!)nT,]]>重复步骤2～5时矩阵X的选取不能重复；步骤6确定最优空时网格码对应的状态转移矩阵Ys找出最大的Js记为Js0以及这时对应的Ys0，则Ys0即为搜索到的最优码的状态转移矩阵；步骤7根据步骤6得到的最优的空时网格码的状态转移矩阵Ys0，求出最优的空时网格码的生成矩阵Gs0g1&Ov本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空时网格码的构造方法，其特征是采用下面的码字搜索步骤和编码步骤：所述的码字搜索步骤包括下面的步骤：步骤１：初始化置循环标志变量ｓ＝０，确定发射天线数ｎ↓［Ｔ］，以及调制方式，由调制方式就可以确定了相移键控调制后的 每个符号对应的二进制信息的ｂｉｔ数ｂ的值；步骤２：确定与码字的状态转移矩阵Ｙ唯一对应的矩阵Ｘ，根据一个这样的Ｘ可以生成一个空时网格码的状态转移矩阵Ｙ，Ｙ的表达式：＊＊＊选取一组向量＊↓［０］，＊↓［１］，…，＊↓［ｎ Ｔ－１］∈Ω，（Ω表示（０，１，…，２↑［ｂ］－１）按任意顺序排列的组合）则构造矩阵：＊＊＊由于Ω的大小为２↑［ｂ］！，Ｘ为ｎ↓［Ｔ］行，从上面Ｘ的表达式发现Ｘ一共有（２↑［ｂ］！）↑［ｎＴ］种可能的情况，表示空时网格码的搜 索空间为（２↑［ｂ］！）↑［ｎＴ］；步骤３：根据步骤２中确定的矩阵Ｘ确定码字状态转移矩阵Ｙ的所有组的第一个元素，它们表示经过空时网格编码后第一根天线的输出；令矩阵Ｙ中元素ｙ↓［ｉ，ｊ，０］＝ｘ↓［０，ｊ］；ｉ＝０，１，…２↑ ［ｂ（ｎ↓［Ｔ］－１）］－１，ｊ＝０，１，…，２↑［ｂ］－１；这样就确定了矩阵Ｙ中所有组的第一个元素，同时保证了在空时网格码的状态转移图中从相同起始状态到达不同终止状态时，第一根天线上的输出不同；步骤４：根据步骤２中确定的矩 阵Ｘ确定码字状态转移矩阵Ｙ的所有组的除第一个元素外的其它元素，这样就确定了所有可能状态转移发生时，经过空时网格编码后不同天线上的输出；令矩阵Ｙ中的元素ｙ↓［ｉ，ｊ，ｋ］＝ｘ↓［ｋ，ｐ］；其中ｐ＝［ｍｏｄ（ｉ，２↑［ｂｋ］）／ ２↑［ｂ（ｋ－１）］，ｉ＝０，１，…，２↑［ｂ（ｎ↓［Ｔ］－１）］－１，ｊ＝０，１，…，２↑［ｂ］－１，ｋ＝１，…，ｎ↓［Ｔ］－１；这时就确定了Ｙ的所有元素，记此时的状态转移矩阵Ｙ为Ｙ↓［ｓ］；这一步保证了构造的网格码从同一个状态出 发的不同路径所对应的差错矩阵为上三角阵；步骤５：计算本次搜索的空时网格码的编码增益取所有满足如下关系的整数对（ｌ，ｍ）：０＜ｌ＜２↑［ｂ］，０≤ｍ≤ｌ，算出每一对（ｌ，ｍ）所对应的＊｜ｃ（ｘ↓［ｑ，ｌ］）－ｃ（ｘ↓［ｑ，ｍ］ ）｜，并取最小的一个记为Ｊ↓［ｓ］；于是得出此次搜索的码字的编码增益Ｊ↓［ｓ］；　置ｓ＝ｓ＋１，重复步骤２～５可得到（２↑［ｂ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚，孙洁，龚耀寰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]