一种多输入多输出系统的传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种多输入多输出系统中的结合空时分组码和垂直分层空时编码的传输技术；本发明涉及空时分组码(Space-Time BlockCode,STBC)，垂直分层空时编码(Vertical Bell-labs Layered Space-Time,VBLAST)，发射端功率控制(Transmit Power Allocation,TPA)，空间调制(SM spatial modulation)，多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)等技术。

背景技术

在通信领域，多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)技术已经被广泛应用以提升系统的信道容量。空时分组码(Space-Time Block Code,STBC)和垂直分层空时编码(Vertical Bell-labs Layered Space-Time,VBLAST)是MIMO系统中的两种非常重要的技术并且被广泛研究，空时分组码能够提供发射分集，垂直分层空时编码可以为系统提供复用增益。同时，空间调制技术(SM,spatial modulation)被广泛研究，其基本思想是利用信道之间的差异性，通过天线索引传递信息。

近来，一种新的多输入多输出传输技术——垂直分层空时分组编码(Space-TimeBlock Code Vertical Bell-labs Layered Space-Time,STBC-VBLAST)被提出，其关键思想是将多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)系统中的一部分数据流进行空时分组编码，从而提升系统的分集增益，实现了频谱效率和误码率性能的折中。

然而，在传统的STBC-VBLAST系统中对每根发射天线分配了同样的功率，从而限制了系统的误码率性能，同时没有利用进行STBC的天线的索引来承载信息，限制了系统的频谱效率。基于传统的STBC-VBLAST的特性，本发明通过对发射端功率进行分配并且将空时分组码符号的星座集合进行旋转，同时应用了空间调制，利用系统中进行空时编码的天线索引携带信息，提升了传统的STBC-VBLAST系统的频谱效率并且降低了系统的误码率。

发明内容

本发明为传统的STBC-VBLAST系统提出了新的发射端功率控制方法和利用天线索引信息的新方法，与传统的STBC-VBLAST算法相比，能够同时提升系统的频谱效率并且降低系统的误码率。

为了便于理解，对本发明采用的新的发射端功率控制方法和利用天线索引信息的新方法进行如下说明：

传统的STBC-VBLAST系统框图如图1所示，系统中发射端有M根天线，而接收端为N根天线时。假设第i根天线与第j根天线之间的信道是准静态慢衰落瑞利信道，其对应的信道增益h

在发射机端，比特流将分成M-(n-1)G个子数据流，M-nG个子数据流在VBLAST层进行传输，G个子数据流在经过大小为n×m的STBC编码后在STBC层进行传输，被传输的矩阵可以表示为：

其中，该矩阵的长度为mL，

之后在接收端可以经过多种方法进行检测，下面给出STBC-VBLAST系统的最大似然检测(Maximum Likelihood,ML)算法，当调制阶数为S时，则在m个时隙内传输的码字共有

其中||y-HX

STBC-VBLAST实现了误码率和频谱效率的折中，然而，STBC-VBLAST技术没有有效地分配发射端功率，同时没有充分利用发射端进行STBC码块所对应的天线索引的信息，为了充分利用发射端的功率和空间调制信息，本发明提出了一种改进的STBC-VBLAST技术，也即基于功率分配和空间调制的改进STBC-VBLAST技术，简称为STBC-VBLAST-SM技术。

本发明的技术方案如下：

一种多输入多输出系统的传输方法，定义系统中发射端有M根天线，接收端有N根天线，信道矩阵为：

其特征在于，所述传输方法包括以下步骤：

发射端：

S1、在发射端需要对一部分符号流进行Alamouti编码，因此首先介绍进行Alamouti编码的过程，假设将要发送的符号为x

从M根发射天线中选择2根传输Alamouti码，则可选择天线组合的可能性数目为

S2、为了充分利用系统的自由度和增加Alamouti符号和VBLAST符号的星座点集合之间差异性，对发射矩阵进行功率分配，减小或增大分配到Alamouti符号上的能量占比，并且对Alamouti符号进行旋转，因此可以将发送的符号矩阵表示为：

其中，v

其中功率因子α的取值范围为α>0，在具体应用中可以根据实际情况选取适当的功率因子。

表示旋转矩阵，可以根据实际情况选取适当的旋转角θ，这里给出一种准则，当系统的调制阶数为2时，

E＝E

其中E

接收端：

S3、假设信道是准静态的，则接收信号可以表示为y＝HERP

其中，n表示噪声矩阵，大小为M×2且其中的元素都符合独立同分布的方差为σ

S4、将ERP

其中，||y-HX

本发明的有益效果为，本发明综合考虑发射端功率的分配，空时分组码所在天线的索引信息，在STBC-VBLAST系统中应用了发射端功率控制和空间调制，在只应用发射端功率控制的条件下降低了原有系统的误码率性能，在同时应用发射端功率控制和空间调制的时候相对于只应用了发射端功率控制的系统误码率性能没有明显的降低，相对于原有的STBC-VBLAST系统同时实现了误码率的降低和频谱效率的提高，同时，本发明还有与其他检测算法相结合的潜力。

附图说明

图1是传统的STBC-VBLAST系统框图；

图2是本发明提出的STBC-VBLAST-SM系统框图；

图3是发射天线数为4，接收天线数为4，调制方式为BPSK时，传统STBC-VBLAST算法与所提议的STBC-VBLAST-SM方法在应用ML检测器时的误码率性能比较示意图；

图4是发射天线数为3，接收天线数为3，调制方式为BPSK时，传统STBC-VBLAST算法与所提议的STBC-VBLAST-SM方法在应用ML检测器时的误码率性能比较示意图；

图5是发射天线数为3，接收天线数为3，调制方式为QPSK时，传统STBC-VBLAST算法与所提议的STBC-VBLAST-SM方法在应用ML检测器时的误码率性能比较示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方法：

以发射天线数为3，接收天线数为3，调制方式为BPSK为例，假设接收端能完美获取信道的状态信息

S1、从3根发射天线中选择2根传输Alamouti码，则可选择天线组合的可能性数目为

S2、为了充分利用系统的自由度和增加Alamouti符号和VBLAST符号的星座点集合之间差异性，对发射矩阵进行功率分配，这里选取功率因子α＝0.5，并且对Alamouti符号进行旋转，因为调制阶数为4，所以设旋转角θ＝0，因此可以将发送的符号矩阵表示为：

其中，v

而旋转矩阵R为三阶单位阵I

接收端：

S3、假设信道是准静态的，则接收信号可以表示为y＝HERP

其中，n表示噪声矩阵，大小为M×2且其中的元素都符合独立同分布的方差为σ

S4、将ERP

从而进一步得到发射符号的估计为