[发明专利]一种毫米波空间调制方法与联合编码装置

说明书

技术领域

本发明设计了一种针对60GHz毫米波通信系统的空间调制方法，在此技术上进一步提出了一种高效的联合编码调制技术，显著提升了非线性射频功率放大器下的传输性能；通过对空间调制码的相位进行旋转优化，按照特定规则修正空间调制输出符号的星座点分布，有效增强了毫米波传输信号抵抗非线性失真的能力。在无需任何额外处理的情况下，该联合编码空间调制方案可进一步提升60GHz毫米波无线通信的传输效率，同时也有效改善了存在射频器件减损情况下的系统传输性能。属于通信领域。

背景技术

随着多媒体应用的发展，现有的短距离无线通信技术越来越不能满足人们需求，60GHz毫米波通信成为当前的研究热点。与其他短距离无线通信技术相比，60GHz毫米波通信技术的主要特征为：具有丰富的频谱资源，为Gbps量级的通信速率提供了条件，如美国将免许可的频率范围划分为7GHz(57GHz-64GHz)，日本也将划分7GHz(59.4GHz-62.9GHz)，而欧洲更是高达9GHz(57GHz-66GHz)；允许较大的等全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)，约为IEEE 802.11n的10倍及超宽带(Ultra Wide Band，UWB)的30000倍。由于60GHz毫米波通信的工作频点高、传输带宽大的特点，给相关硬件实现与设计带来巨大难题难，而射频器件的非理想特性也将造成一定的硬件减损(hardware impairments)，极大程度恶化了毫米波通信系统传输性能。这其中，毫米波射频功率放大器(Power Amplifier，PA)的非线性特性尤为显著。

当前应对毫米波非线性失真技术主要分为功率回退和外围电路设计两个方面。尽管功率回退法实现简单，但是这种方法大大制约了功放系统的工作效率，致使其传输性能十分有限。相比于功率回退法，采用外围反馈电路(大致分为负反馈技术、前馈技术和预失真技术)则能有限改善毫米波系统的射频器件非线性，同时提升了功放器件的传输效率与系统传输性能；然而都需要进行额外电路设计，如数字预失真技术需进行A/D转换和复杂的基带处理电路设计，大大增加系统的功耗与设计复杂度。

本发明首次设计了一种毫米波系统空间调制与联合编码方案，该方案在有效提升其传输效率的同时，通过优化其输出星座分布，极大限度改善了存在射频功放非线性失下的传输性能。首先，基于空间调制的正交时空编码(Spatially Modulated Orthogonal Space-Time Block Coding，SM-OSTBC)方案，提出了一种应对毫米波非线性失真的空间调制与联合编码方法与装置；通过优化设计空间调制码字，即SC码字(Spatial Constellation Codewords)的相位，进一步修正了编码输出的空间星座图分布特性，增强了抵抗系统非线性失真的能力。所提出的空间调制与联合编码方案有机结合了Alamouti空时分组码(Space-time block code，STBC)和SC编码，因而可获得更高频谱利用率，相比于传统的多天线系统其传输效率可提升至(n_T–2+log₂M)比特/信道利用(bits per channel use，bpcu)，其中n_T为激活的发射天线数目，M为调制阶数；于此同时，经过联合编码调制优化之后的星座图能有效克服非线性失真的影响，在无需额外处理的情况下极大提升了毫米波系统的传输性能。

发明内容

本发明设计了一种毫米波系统空间调制与联合编码方案，该方案基于SM-OSTBC模型，通过优化设计SC码字的相位，进一步修正了调制输出的空间星座图分布特性，有效增强了抵抗系统非线性失真的能力。本方法在毫米波传输系统中采用了Alamouti STBC编码和SC编码，并通过SM-OSTBC结构进一步提高了其系统频谱利用率与抗衰落特性；与此同时，通过对空间星座调制码相位进行旋转优化，按照特定规则修正空间星座调制输出符号的星座点分布，有效增强了传输信号抵抗非线性失真的能力。新方案在无需额外处理情况下，在功率回退3dB且误比特率(BER)为10^-4的条件下，可相比于传统的SM-OSTBC系统获得2dB的性能提升(见附图2)。综上所述，本发明将为应对毫米波非线性失真下的高效可靠传输提供一种极具应用潜力的方案。

本发明采用以下技术方案。

本发明基于SM-OSTBC方案，提出了一种应对毫米波非线性失真的空间调制与联合编码方法与装置，系统模型见附图1，具体的方案如下：