[发明专利]空分复用多天线系统基于旋转星座图的编解码方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信多输入多输出（MIMO）天线技术领域，特别是相关信道中空分复用多天线系统基于旋转星座图的编解码方法。

技术背景

多天线技术是指在无线通信的发射端或接收端采用多副天线，同时结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。如果在发送端和接收端同时采用多根天线，则有可能在共享的无线信道上建立多条并行的信息传输通道，这就是MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，或称为空分复用（Spatial Multiplex）技术。目前最流行的用于MIMO系统的信号传输架构当属BLAST（Bell Labs Layered Space-Time，贝尔实验室分层空时）结构。Foschini等人又于1996年提出垂直分层空时编码（V-BLAST），它在发射端的编码及其简单，只需将一路信号拆分成多路并行信号，即分层，然后每根发射天线发送一路符号即可。

由于在V-BLAST系统中，将信号映射到星座点之后，不对其进行任何操作便进行发送，且各发射天线使用同频子载波，所以在接收端必然会造成信号的混叠。对单一信号而言，其它信号就像是“干扰信号”，为了从混叠信号中检测出单一信号，我们必须消除其它信号对其的影响。目前比较常见的信号检测算法有最大似然检测算法、球形译码法以及串行干扰消除算法等。

信号检测的准确性，与调制、叠加后星座点之间的距离有关，噪声会使得星座点偏离原来的位置，如果星座点之间的距离足够大，则在进行判决时误判的概率就降低了。文献《Interference Mitigation via Joint Detection》（刊载于IEEE.Journal on Selected Areas in Communications ，2011，29(6):1172-1184.作者Jungwon Lee，Dimitris Toumpakaris，Wei Yu）提到在特殊的信道情况下，会出现一种错误地板（error floor）现象。以2发射天线为例，天线1发送信号x₁，天线2发送信号x₁，当信号从两根发射天线到接收端之间的信道近乎相同时，x₁=+1，x₂=-1和x₁=-1，x₂=+1两种发射情况的合并符号都是0。显然，在这种情况下，即使是没有噪声，都无法识别发送信号。一般信号检测算法的误码率都会随着信噪比的提高而减小，也就是说信号检测一般是噪声受限的。但当遇到以上情况时，无论信噪比多高都会产生误码，也就是当信噪比达到一定的大小时，误码率就不会再降低，达到一个错误地板（error floor），这就是所谓的错误地板现象。这种特殊的信道情况包括信道相关性比较高的高斯信道，以及莱斯因子比较大的莱斯信道。

为了解决这一问题，需要在发射端对信号进行预处理，使得在接收端能够被分辨开，而旋转星座图就是高效的解决方法之一。旋转星座图的方法在通信领域中已经被广泛应用。如在专利《一种含有星座图旋转调制方式的串行级联编译码系统》中，该方法被用于交替对传输信号进行星座点映射，从而避免了QPSK调制中的180度相位跳变，降低了它经过非线性信道时引起的频谱扩散。该专利通过使用星座图旋转的方式，确保在加入一位奇偶校验位之后，还可以保持原来的调制阶数。其实质相当于一种时分多址。但是目前还从未有人将旋转星座图的方法引入到各路发送信号相互独立的空分复用多天线系统的信号调制中。

对空分复用多天线系统而言，使用旋转星座图的编码方法可以使得两根发射天线的星座点叠加图样不会出现星座点重叠的现象，从而避免了错误地板现象，提高了系统的误码性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种空分复用多天线系统基于旋转星座图的编解码方法，解决在相关信道中因为星座点重叠而出现的错误地板现象。

本发明的技术问题是这样加以解决的：

空分复用多天线系统中基于旋转星座图的编解码方法，该方法将基于旋转星座图的调制方法和空分复用多天线系统相结合，在发射端将传输信号进行串并转换并且映射到调制星座图上，然后将所有星座点以原点为圆心旋转设定角度，在接收端检测符号之后再将其反向旋转相同的设定角度，经星座图解调为信号序列后进行并串转换再将信号输出。

上述的空分复用多天线系统中基于旋转星座图的编解码方法，所述旋转星座图的调制方法具体是：发射端有m根发射天线，将长度为mk的信号序列按下式进行串并转换，分成m路独立长度为k的信号序列：