[发明专利]一种适用于任意天线数量的线性弥散空时编码方法

说明书

技术领域

本发明属于信道编码领域，具体涉及一种在MIMO信道下，适用于任意发射天线和接收天线数量的线性弥散空时编码方法。

背景技术

近些年来，随着通信技术地不断发展，无线通信已经成为当今世界最活跃的科研和应用领域之一。无线通信产业迅猛发展的同时也面临着重大技术问题，就是如何保证无线通信的高可靠性与进一步提高数据传输速率，尤其随着多媒体业务的快速增长，这种需求越来越迫切。传统的无线通信技术利用频率带宽和发射功率来提高传输速率，但是目前这两种资源的利用率已经趋于饱和，所以人们提出了MIMO系统和空时编码技术（Space-Time Coding，STC）。

MIMO系统有别于传统的单发射与单接收天线无线通信系统，它同时使用多根发射天线和多根接收天线，其最大优势在于利用多天线的空间分集来增加系统信道容量，这样就能提供更高的数据传输速率，同时还降低了误码率，提高了通信系统的可靠性。而空时编码是建立在MIMO系统上的一种新的编码方法，它在时域和多天线构成的空间域上对信息进行联合编码，从而提供空间分集这种传统单天线系统不具有的新资源。空时码已经被纳入第三代移动通信标准（IMT-2000标准）——CDMA2000和WCDMA之中，是当前和今后无线通信领域研究的热点。

1996年，美国贝尔实验室的Foschini提出分层空时编码的概念和技术框架，随后Wolniansky等人在此基础上于1998年开发出贝尔实验室垂直分层空时码（Vertical Bell Laboratory Layered Space-Time code）试验系统。它将原始的数据流划分成发射天线个数的子流，通过各个天线发送出去。这个系统结构简单，易于实现，信道容量随着发射天线数目线性增加，能够达到很高的数据传输速率，实验结果达到了20bit/s/Hz的频谱利用率。但是由于没有空间分集增益，抗衰落性能不好。

正交空时分组码（Orthogonal Space-Time Block Code，OSTBC）由Alamouti于1998年引入，Alamouti编码就是一种最简单的OSTBC。OSTBC能够提供满分集增益，同时它的译码非常简单，只需对各个符号分别进行最大似然译码，具有线性的译码复杂度。但是这种编码方法的数据传输率太低，与VBLAST正好是两个极端。尽管如此，OSTBC还是由于其优良的性能在实际中得到广泛应用。真正限制OSTBC的地方在于它只有Alamouti编码这一种复信号正交编码方案，理论上已经证明不存在发射天线数大于2的复信号正交空时码。对于编码矩阵为实数的实正交空时编码来说，只有发射天线数为2、4或8时，才能达到全符号速率，即编码速率为1。由此Jafarkhani等人放宽了正交设计的条件提出了准正交空时分组码（Quasi-Orthogonal Space-time Block Code，QOSTBC）。QOSTBC虽然能够保证全速率传输，但是准正交设计牺牲了部分正交性，需要对码字进行联合最大似然译码。

为了获得分集增益和传输速率上的折中，并使空时码的编码设计能够适应任意的发射和接收天线数，Hassibi和Hochwald提出了线性弥散码（Linear Dispersion Code，LDC）。LDC具有更一般的线性编码结构，OSTBC和VBLAST都是LDC的特殊形式。由于其结构的一般性，LDC的编码设计有很大的灵活性，能够针对不同的天线数量、传输码率和误码性能要求做出具体的设计调整，有些设计甚至能够同时到达满速率和满分集增益。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于任意发射天线和接收天线数的线性弥散空时编码方法。

本发明方法包括以下步骤：

1)确定一个编码模块的时间长度T以及要发送的信息符号数L，这样信道传输速率就定为L/T。一般取T=M，L的取值最小不小于1，最大不大于MT，否则便不能译码出唯一解，M为发射天线数量。

2)随机生成MT个长度为MT的复向量u₁, u₂ , … , u_MT，对每一个复向量做如下运算得到

                                                                                   

其中每个U_i都是Hermite矩阵。I_MT是MT阶单位阵，表示Frobenius范数。