[发明专利]一种非相干的MIMO通信系统及通信方法

说明书

本发明涉及一种非相干的MIMO通信系统及其通信方法，解决的是抗衰落能力弱、性能差的技术问题，通过采用调频连续波(FMCW)信号中的上、下斜率调频信号组成的二进制正交键控(BOK)调制，接收端BOK随相解调，配合MIMO中的BLAST(分层空时码)检测，实现了MIMO环境下的随机相位非相干检测，通过多收发天线实现了非相干通信容量的成倍提升。该方法虽然需要估计MIMO信道矩阵，但该矩阵为实矩阵形式，从而也降低了信道估计的复杂度。在相位变化较快、或相位变化难以估计的衰落信道下能够有效地提高通信容量。

技术领域

本发明涉及MIMO通信领域，具体涉及一种非相干的MIMO通信系统及通信方法。

背景技术

非相干通信由于其对无线衰落信道造成的相位变化不敏感，适用于一些相位变化快、或相位随机性强且难以估计的通信环境。例如，移频键控信号(FSK)、幅度键控信号(ASK)、线性调频信号(LFM)、差分移相键控信号(DPSK)等一般适合采用非相干解调方法。广泛应用于VHF、UHF等散射通信、以及其它衰落和干扰环境通信应用中。MIMO无线通信是第四代和第五代移动通信的关键技术,一方面通过多天线的分集可以增强无线通信信号的抗衰落、抗干扰能力；一方面通过多天线收发的空分复用技术可以显著的提高无线通信的容量。

MIMO通信因为存在空分信道之间的相关性，因此往往采用相干检测的方法实现分集或空分复用。针对快衰落等无线通信环境，为了避免精确的信道估计和相位估计，往往采用非相干检测方法，但非相关检测会导致MIMO空分信道之间的相互干扰无法消除。

多天线通信系统中，当前非相干MIMO通信技术主要应用于高信噪比(SNR)环境下的弱相关MIMO信道环境，但在实际通信环境基本不可行。另外，通过设计特殊的信号星座、码本设计辅助差分检测方法，也可以在未知信道信息的条件下实现多天线信号检测，码本利用MIMO信道特性并考虑正交子空间来区分接收机侧的符号，这类方法当前仍停留在理论上，尚未足以实用化。除此之外，通过设计空时编码获得近正交信道特性，从而在未知信道矩阵条件下通过似然检测等非相干检测手段获得分集增益也是非相干MIMO研究的途径之一，但主要实现空间分集增益，而不是空分复用。

以上这些非相干MIMO通信方法的存在技术问题如下：首先，没有利用信道信息，对信号SNR要求较高，且星座、码本、空时码、算法性能严重受限于MIMO信道的相关特性；其次，快衰落引起的随机相位变化仍然会影响多天线信号的解调。

因此，提供一种能够解决上述问题的非相干的MIMO通信系统及通信方法就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的性能受限、抗干扰、抗衰落能力弱的技术问题。提供一种新的非相干的MIMO通信系统，该非相干的MIMO通信系统具有实现MIMO环境下的随机相位非相干检测，通过收发多天线实现了非相干通信容量的成倍提升、强抗干扰能力的系统。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种非相干的MIMO通信系统，所述MIMO通信系统包括含有N根发射天线和M根接收接收天线；N和M为正整数；所述发射天线连接有发射机，接收天线连接有接收机；发射机连接有波形映射单元输出端，波形映射单元输入端连接有正斜率调频连续波信号、负斜率调频连续波信号以及空时编码单元(分层空时码，BLAST编码)；接收机连接有正交随相检测模块。

本发明的工作原理：本发明利用调频连续波(FMCW)信号构造的二进制正交键控(BOK)信号，通过BOK正交非相干检测，结合多发射和多接收天线构成的BLAST-MIMO系统，采用实信道矩阵，实现了一种非相干的MIMO通信系统。采用FMCW信号构造BOK信号具体采用方法如下：设c＝{0,1}是二进制信元，以线性调频连续波(LFMCW)为例，通过正交的正负斜率调频信号映射二进制码元。通过非相干检测实现信元解调，检测输出为双极性信号2c-1。该解调方法的优点在于对多普勒频移，甚至接收机小频差也不敏感，且有较强的抗干扰能力。