基于正交预编码的线性分散空时频编码-论文.pdf

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1、第34卷第4期杭州电子科技大学学报V01．34．No．420l4年7月JournalofHangzhouDianziUniversityJu1．2O14基于正交预编码的线性分散空时频编码张强．刘顺兰(杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州310018)摘要：在MIMO—OFDM系统中，将能够获得良好的频率分集增益的正交预编码与能获得满空时分集的线性分散码相结合，提出一种基于正交预编码的线性分散空时频编码方法，综合利用二者的优势，获得频率分集与空时分集的合理折中。仿真结果表明，系统误比特性能得到明显的提高。

2、关键词：多输入多输出正交频分复用；正交预编码；线性分散码；空时频编码中图分类号：TN919文献标识码：A文章编号：1001—9146(2014)04—0088—050引言空时频编码技术在MIMO．OFDM系统中扮演着重要的角色。正交空时频编码⋯和准正交空时频编码均是以牺牲频谱利用率为代价来换取最大的分集增益。分层空时编码E3J是以牺牲部分分集增益的代价来获得较高的频谱利用率。文献[4]引出了线性分散码的概念，该编码方案是同时考虑复用和分集来设计的，以期达到较好的性能。文献[5]针对准静态瑞利衰落信道，提出

3、了一种适合整个信噪比区间的线性分散码设计准则。文献[6]在文献[4]的基础上提出一种非方阵结构的线性分散编码方案，且可获得与文献[4]相同的码率，同时将其应用于快衰落信道中。文献[7]将线性分散码应用于单载波频率域均衡系统，获得了良好的分集和复用增益。针对MIMO—OFDM系统中现有的线性分散空时码编解码复杂度高的问题；文献[8]提出了一类正交线性分散码，在获得满空时分集增益的同时，大大简化了系统的编解码复杂度，但其并没有获得良好的频率分集增益。文献[9]在接收端采用简单的检测算法，设计出一种在相关瑞利衰

4、落信道下能获得满码率的线性分散编码方案。本文利用正交预编码¨的方法，结合正交线性分散码，获得空时分集增益和频率分集增益良好的折中，仿真结果证明，本文提出的方法能够使系统的误比特性能得到明显的提高。1系统模型在一个具有N副发送天线，N副接收天线的MIMO—OFDM系统中，设信道具有频率选择性，多径数为L+1，OFDM子载波个数为N，且发射天线i到接收天线j之间的信道信息的时域脉冲响应可表示为：hjIi=[hj，i(0)，hjIi(1)，⋯，h(L)](1)式中，T代表转置，h．．i各系数为服从零均值、方差均

5、为1／(L+1)的高斯分布的随机向量，则其频率响应为：收稿日期：2013～07—20作者简介：张强(1989一)，男，安徽芜湖人，在读研究生，信号与信息处理第4期张强等：基于正交预编码的线性分散空时频编码89L，(p)=∑hj'i(1)e(2)l：0式中，P=1，⋯，N。，j=1，⋯，N，i：1，⋯，N，，(p)为子载波P上发送天线i与接收天线j之间的频率响应。设在第n个OFDM符号周期的第P个子载波上发送的M×N维的空时码字为C，M为每个码字的持续时间，则N根接收天线上的信号为：Y(P)=CH(P)+W

6、(P)(3)y：(P)Y(P)yN1r(p)Hl_1(P)H2(P)．1H1(P)Y(P)y(P)y2(p)H1H2N．2(P)(P)HNrI2(P)式中，Y(P)=．2，H(P)=●●：：：●yTl(P)yT(p)T(p)Hl(P)H。w(P)HN(P)，W(P)为第P个子载波上的噪声矩阵，其维数为M×N，空时编码采用线性分散编码，其在子载波P上对应的编码矩阵C定义为一组M×N维的复基矩阵1[：。的线性组合，而权系数为子载波P上的KK个发送数据符号S=[s(p)，sz(p)，⋯，s(p)]，因此C=∑s

7、(p)，可见C完全由复基矩阵k=1决定。将C，代人式(3)，可得：KY(p)：∑s(p)H(p)+w(p)(4)k=12正交线性分散码式(4)中复基矩阵{)：可通过离散哈特莱变换矩阵或酉矩阵构造，这些变换矩阵的优点在于该矩阵行和列都是两两正交，本文采取离散哈特莱变换矩阵构造方法，则M×M维的离散哈特莱矩阵表达式为：1^J1cas(2lMcas(2(M一1)／M)=(5)：：1cas(2(M一1)／M)cas(27c(M一1)(M一1)／M)式中，cas(0)=cos(O)+sin(o)，不难得到A“A=I

8、，(·)H为求矩阵的共轭转置，定义Il’为矩阵A的第(k一1)N+1列到第2(k一1)N列所组成的M×N维矩阵，其中k=1，2，⋯，K，M=K×N．，从而证明：啪㈤因此码字矩阵C=．1’ksk(p)=[。，：，‘··，K](sIN)：A(sI)，其中表示kronecker乘积，译码端的码字设为e，码字误差矩阵AC=C一仑=A(eI。)，e=[e，(p)，e：(p)，⋯，eK(p)r，ek(p)=s(p)一(p)。Ac△c=(e