[发明专利]带地面中继的卫星移动通信系统空时码的编码方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体是信道编码领域中的空时编码技术，涉及一种带地面中继的卫星移动通信系统中采用最大互信息准则进行空时编码的方法。

背景技术

一般情况下，人们可以利用运营商铺设的基站进行移动通信。但是，在某些地点，如飞机上、长途火车或汽车上、远洋轮船上，基站很难甚至不可能覆盖到；在某些时间，如战争期间、自然灾害之后，基站无法在短时间内恢复正常工作。在这些特殊情况下，利用卫星网络来获得移动通信服务成为唯一可行的方式。

利用分集技术来构造多输入多输出系统是一种常用的提高频谱利用效率的方法。卫星移动通信系统中常见的分集技术有利用多个卫星构造多输入多输出系统的轨道分集技术、利用极化天线构造多输入多输出系统的极化分集技术和利用中继设施构造多输入多输出系统的合作分集技术。其中利用中继设施构造多输入多输出系统的合作分集技术因其系统成本低，能有效解决遮挡问题而具有较高的应用价值。

引入中继设施后，常用的转发协议有放大转发协议(AF)，译码转发协议(DF)，和非正交放大转发协议(NAF)。和不采用中继的情况相比，放大转发协议和译码转发协议牺牲了部分传输速率来获得更高的传输可靠性，而非正交放大转发协议则在传输速率保持不变的情况下能够获得更高的传输可靠性。

空时码是一种应用于多输入多输出系统的编码方法，其在时域和多天线的空间域上进行联合编码以获得更高的传输速率或是传输可靠性。因此，将空时码技术应用于带中继的卫星移动通信系统中有着较大的实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对带地面中继的卫星移动通信系统，提出一种空时码设计方法，设计出的空时码方案在发送符号和接送信号间有最大的平均互信息。卫星移动通信系统中的地面中继设施只具有转发的功能。

本发明方法的具体步骤是：

步骤(1)：确定空时码长度T，T为自然数，且T≥2；T越大，所设计的空时码的性能越好，但编译码复杂度也越高；

步骤(2)：通过遍历法设计中间变量α，得到构造矩阵A_k：

利用构造矩阵A_k解决发送符号{s_k，k＝1,2…T}与接收到的信号{y_k，k＝1,2…T}之间的平均互信息C(T,γ)最大化；

E(·)表示针对信道分布求平均，tr(·)表示求矩阵的迹，I_2T为维度为2T的单位矩阵，γ为平均发送信噪比，为等效信道矩阵，由构造矩阵A_k和信道矩阵H计算所得：

其中A_R,k表示A_k的实数部分，A_I,k表示A_k的虚数部分，H_R表示H的实数部分，H_I表示H的虚数部分；

步骤(3)：构造空时码的发送码字矩阵

本发明方法的设计原理如下：

在中继工作在简单转发情况下时，对于长度为T的空时码，其传输模型为：

其中Y＝[y₁y₂…y_T]^t，为接收向量；为发送码字矩阵，第一列表示卫星发送给移动终端的信号，第二列表示中继发送给移动终端的信号；H＝[h₁h₂]^t为信道矩阵，其中h₁表示卫星到移动终端的信道增益，h₂表示卫星经中继到移动终端的信道增益；N＝[n₁n₂…n_T]^t为移动终端处的加性高斯白噪声。在一般情况下，卫星到中继的信道状况远好于中继到移动终端的信道状况，此时N近似为T维单位复高斯白噪声。

发送矩阵的构造方式为：

将(5)代入(4)中得：

将接收向量表示为实部和虚部的组合形式：

其中Y_R表示接收向量的实数部分，Y_I表示接受向量的虚数部分，α_k表示s_k的实部，β_k表示s_k的虚部，N_R表示噪声向量的实数部分，N_I表示噪声向量的虚数部分。