山西電子技術(shù)應(yīng)用實踐2006年第4期基于 MATLAB的差分空時酉群碼的仿真實現(xiàn)孔昭煜王玉龍張軍解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院南京2100070摘要 MATLAB是一個功能強大的仿真軟件被廣泛應(yīng)用于很多工程領(lǐng)域。首先介紹了差分空時酉群碼的編譯碼原理在此基礎(chǔ)上在 MATLAB中對瑞利慢袞落信道下的差分空時酉群碼的性能進行了仿真并與相同信道條件下具有理想信道估計的空時分組碼的性能進行了比較仿真和分析結(jié)論表明了差分空時碼的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞差分空時西群碼真中圖分類號:IP391.9文獻標識碼0引言例如,當nr=L=2時,令D,C=近年來差分空時碼 Differential Space-Time Code)受到廣泛關(guān)注。這是由于當接收端沒有信道狀態(tài)信息時它可10101則DC是BPSK調(diào)制星座A={1確保系統(tǒng)獲得滿天線分集因而可以減小接收設(shè)備的實現(xiàn)復(fù)1}的群碼信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系為雜度增加有效的傳輸帶寬。本文在分析了差分空時西群碼信息比特BPSK符號酉矩陣( Differential Space- Time Unitary Group(ode)編譯碼算法的基礎(chǔ)上,利用 MATLAB對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPSK差分空時酉群碼的性能進行了仿真仿真結(jié)果顯示了差分空時酉群碼的良好性能圖1BPSK時信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系差分空時酉群碼的編碼當nr=L=2時令D2000年 hughes提出了具有群結(jié)構(gòu)的空時碼。對于發(fā)11射天線數(shù)為n且調(diào)制星座為A的系統(tǒng)令C為一群L×LC=0酉矩陣其中L≥n。對于任何G∈C0110L0QPSK調(diào)制星座A={1,,-1,-j}的群碼,信息比特與GHG=GG=I(1)酉矩陣的映射關(guān)系為假設(shè)存在一個nr×L矩陣D使得對群中的任何一個信息比特K符號西矩陣酉矩陣G來說JG產(chǎn)生了一個n×L矩陣且這個矩陣的非零項是信號星座集A的元素。即01DG∈A"xL(對于所有G∈C)則矩陣集DC=DG|G∈C}就構(gòu)成了空時群碼。集合中的每個矩陣都在信號星座A上為nr根發(fā)射天線指定了長為L的空時傳輸碼字。圖2QPSK時信息比特與酉矩陣的映射關(guān)系如果矩陣D滿足對上述空時酉群碼應(yīng)用差分調(diào)制方案進行編砜(如圖3D DH=LIT(3)所示)那么可以得到信息空時調(diào)制(DG)(DG)=LI差分調(diào)制X=DX1=XG4X2=XG2X3=X2G…這種情況下式2)的群碼是空時酉群碼。圖3差分空時酉群碼42山西電子技術(shù)2006年在第t個編碼分組中將log2|C|個信息比特映射到群%瑞利慢衰落信道H參數(shù)碼C中并選擇酉矩陣Gn其中Z∈,12灬…,,C|-1}CH=rand( 2 1 sgr( 2 )+j* rand( 2 , 1 ysqr( 2)表示群C中矩陣數(shù)目。為了初始化差分傳輸在L個符號H=[HHJ周期上從m根發(fā)射天線發(fā)送X=D2差分編碼準則為%生成加性高斯白噪聲sig= sqrd 1/( 10( snr/10 )))群結(jié)構(gòu)確保了當X-1∈A"時X∈A"rn=sig *(randr( 1 2)+j* rand( 1 2))2差分空時酉群碼的譯碼%接收參考信號基于當前和先前接收信號矩陣的差分空時譯碼為Z,=arg maxReTrIR - RH]Ri)=tem( 1 i ) tem(2 i)arg maxReTriG y(6)其中R為m×L矩陣表示第t個發(fā)射分組的接收信號。R=R+NReIr代表跡的實部Q=,12灬,C|-1}空時酉群碼O=[10的最大似然差分譯碼的接收機框圖如圖4所示。接收機通過最大似然差分譯碼選擇群中最佳的酉矩陣再通過逆映G1=[01射確定出相應(yīng)的信息序列。10]Rrc()上for i= 1 'symbol per- frameRoTr[G .)1選擇最大值if bit- sed(i)==0G=GOReTr(Gd)G=GI圖4空時酉群碼的最大似然差分譯碼的接收機框圖3 MATLAB仿真實現(xiàn)%發(fā)送矩陣Ⅹ= X ref *(以上分析了差分空時酉群碼編譯碼箅法,下面利用%接收信號MATLAB對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPsK差分空時酉群碼的性能進行仿真。for il=1習(xí)3.1差分空時酉群碼編碼的仿真實現(xiàn)n=sig *(randn+j*randn)假設(shè)幀長度為130個符號一幀內(nèi)衰落參數(shù)不變,并且R new il)=tem( 1 il ) tem( 2 il )+ N在幀與幀之間相互獨立。對一幀信息序列進行編碼的代碼如下:R=[ R, new];%所有接收信號%初始化變量%更新參考信號ol- per frame= 130err sum frame=03.2差分空時酉群碼譯碼的仿真實現(xiàn)err sum bit=0利用式6所示的差分譯碼算法進行最大似然譯碼的代R氣[]碼如下%生成信息序列for n= 1 symbol_ per- framebit- seq=mod( round(( rand( 1 symbol- per- frame )for i=1 210))2)RIi)=K2興(n-1)+i)初始化差分傳輸RXi)R2*n+iD=[1-1第4期孔昭煜等基于 MATLAB的差分空時酉群碼的仿真實現(xiàn)43y=max yl y2)if ylmRx空時分組碼(其有理想信道鉆計)decode )=0非維菲decode)=1}→err-sumbit=err.sum-bit+ sun( mo((decode-bit_ seq)2));%計算誤比特數(shù)%計算誤比特率 ot frame_x為總共發(fā)射的幀數(shù)unitary ber( snr )=err_ sum bit/( tot_ frame_tx圖5瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收symbol. per- frameBPSK差分空時酉群碼性能對比曲線3.3性能分析息因而可以大大減小接收設(shè)備的實現(xiàn)復(fù)雜度。而在一些很仿真結(jié)果表瞅圖5)在瑞利慢衰落信道下兩發(fā)一收難準確估計信道或準確估計信道代價很高的場合差分方案的BPSK差分空時酉群碼與沒有分集但具有理想信道估計的優(yōu)勢就更加顯現(xiàn)出來。由此可以看出差分空時碼具有廣的單發(fā)單收的情況相比當信噪比較低時該方案性能略差,闊的應(yīng)用前景。當信噪比較高時該方案具有明顯的優(yōu)勢。由于差分空時分參考文獻組碼是在沒有信道狀態(tài)信息的情況下利用相鄰兩個接收信[1] Hughes B L. Differential space-time modulation[ J號的相關(guān)性進行譯碼的引入的噪聲功率是具有理想信道估IEEE Trans Inform Theory 2000 2567-2578計的相干檢測的噪聲功率的2倍因此與具有理想信道估計[2] Hochwald B m, Marzetta T L." Unitary space-time的相干檢測兩發(fā)一收空時分組碼相比,該方案的性能要差adulation for multenna communications IndbORayleigh flat fading"[J ] IEEE Trans Inform Theory結(jié)束語000543-564[3 Hochwald B M, Sweldens W. Differential unitary本文在分析了差分空時酉群碼編譯碼原理基礎(chǔ)上在MATLAB中對瑞利慢衰落信道下的兩發(fā)一收BPSK差分空space-time modulation"[J ]. IEEE Trans Communi時西群碼的性能進行了仿真和分析。仿真結(jié)果表明接收端不需要信道狀態(tài)信息的差分空時西群碼方案仍然可以獲得[4] Branka Vucetic, Jinhong Yuan著王曉海等譯空時編碼技朮M]機械工業(yè)出版社2004良好的誤比特性能。由于差分方案不需要知道信道狀態(tài)信Simulation Implementation of Differential Space-TimeUnitary Group Code Based on MATLABKong Zhao-yu Wang Yu-long Zhang JunInstitute of Communications Engineering Science and Technology University of PLA, Nanjing Jiangsu 210007, ChinaAbstract: MATLAB is a powerful simulating software that has been used extensively in many engineering fields. In this paperthe performances of differential space- time unitary group code is simulated on slow Rayleigh fading channel in MATLAB on the basisof introducing the principle of differential space- time unitary group code and compared with StBC of perfect channel estimates undersame channel conditions. The simulation and analysis result shows the advantage of differential STBCKey words differential space-time unitary group code simulation