專利名稱：：一種上行鏈路mimo-ldpc調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到多輸入多輸出(M頂0)無線通信系統(tǒng)，特別是上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：一MIM0(Multiple-InputMultiple-Out-put)表示多天線無線通信系統(tǒng)的多輸入多輸出技術(shù)，M頂O技術(shù)利用多天線來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對(duì)于普通的SISO(Single-I叩utSingle-Output)無線通信系統(tǒng)，MIMO無線通信系統(tǒng)還可以包括SIMO(Single-InputMultiple-Output)無線通信系統(tǒng)和MISO(Multiple-InputSingle-Output)無線通信系統(tǒng)。MBIO技術(shù)已被考慮用于802.lln和802.16e的無線通信系統(tǒng)。802.lln和802.16e是IEEE802.lx標(biāo)準(zhǔn)，802.lln和802.16e通過采用MIMO技術(shù)提高無線節(jié)點(diǎn)的吞吐量和無線傳輸?shù)目煽啃?。無線通信中的MIMO技術(shù)可支持空間復(fù)用，因?yàn)樗褂枚嗫臻g通道傳送和接收數(shù)據(jù)。只有移動(dòng)臺(tái)和基站具有多天線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時(shí)才能支持M頂O技術(shù)。無線基站或移動(dòng)臺(tái)的多個(gè)天線在天線間距大于一定數(shù)值時(shí)發(fā)送信號(hào)，如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在一定的散射體，可形成多個(gè)空間信道。使用單輸入單輸出(SISO)的單天線無線通信系統(tǒng)形成一個(gè)空間信道。MIMO空間復(fù)用技術(shù)允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收空間多路信號(hào)。M頂O空間復(fù)用技術(shù)允許無線基站或移動(dòng)臺(tái)的多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收，也就是說可利用MIMO空間信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，使頻譜利用率成倍地提高。利用MIMO技術(shù)可以提高信道的容量，同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIM0信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用M頂0信道提供的空間分集增益。實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用解碼的算法主要有貝爾實(shí)驗(yàn)室的BLAST算法、ZF算法、醒SE算法、ML算法。ML算法具有很好的譯碼性能，但是復(fù)雜度比較大，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的無線通信不能滿足要求。ZF算法簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)信道的信噪比要求較高。BLAST算法際上是使用ZF算法加上干擾刪除技術(shù)得出的，對(duì)于移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)，BLAST算法具有較高的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本。目前MIM0
技術(shù)領(lǐng)域：
另一個(gè)研究熱點(diǎn)就是空時(shí)編碼。常見的空時(shí)碼有空時(shí)塊碼、空時(shí)格碼。空時(shí)碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時(shí)間分集增益，從而降低信道誤碼率。但是，對(duì)于移動(dòng)臺(tái)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，空時(shí)編解碼算法同樣具有較高的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本?，F(xiàn)有M頂O系統(tǒng)設(shè)計(jì)集中于利用多天線和空時(shí)碼獲取空間分集增益和編碼增益，以改善接收信號(hào)的誤比特率性能。但是，現(xiàn)有的空時(shí)編解碼方法存在四個(gè)問題1.移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)需要占用多個(gè)時(shí)隙產(chǎn)生空時(shí)編信號(hào)，等價(jià)于占用了多個(gè)時(shí)分信道，降低了數(shù)據(jù)傳輸率；2.移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)需要進(jìn)行復(fù)雜的多空時(shí)編碼，這對(duì)于低復(fù)雜度和低成本的移動(dòng)臺(tái)是難以實(shí)現(xiàn)的；3.接收信號(hào)的誤比特率性能的改善實(shí)際上是在犧牲數(shù)據(jù)傳輸率的情況下取得的；4.未能為移動(dòng)臺(tái)在帶寬不變的情況下提供獨(dú)立的空間復(fù)用信道。MIM0信道的空分復(fù)用要求MIM0信道高度獨(dú)立，M頂0接收算法方可得到共信道干擾較小的解碼數(shù)據(jù)。但是在通常的實(shí)際應(yīng)用中，M頂O信道并非高度獨(dú)立，這將導(dǎo)致共信道干擾，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。而采用空時(shí)編碼方法解決這一問題，將大幅度增加移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和成本。本發(fā)明提出在上行鏈路的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)和基站接收機(jī)采用LDPC編解碼解決這一問題。低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC碼)是麻省理工學(xué)院RobertGallager于1962年在博士論文中提出的一種具有稀疏校驗(yàn)矩陣的分組糾錯(cuò)碼。LDPC好碼的性能可逼近香農(nóng)限，LDPC碼適用于本發(fā)明涉及的無線通信的M頂0信道。任何一個(gè)(n，k)分組碼，如果其信息向量與校驗(yàn)向量之間的關(guān)系是線性的，即能用一個(gè)線性方程來描述的，就稱為線性分組碼。低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC碼)是一種線性分組碼，它通過一個(gè)生成矩陣G將信息序列映射成發(fā)送序列，也就是碼字序列。對(duì)于生成矩陣G，完全等效地存在一個(gè)奇偶校驗(yàn)矩陣H，所有的碼字序列s構(gòu)成了H的零空間(nullspace),即HsT=0。LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H是一個(gè)稀疏矩陣，相對(duì)于行與列的長(zhǎng)度，校驗(yàn)矩陣每行、列中非零元素的數(shù)目(習(xí)慣稱作行重、列重)非常小，這也是LDPC碼之所以稱為低密度碼的原因。由于校驗(yàn)矩陣H的稀疏性以及構(gòu)造時(shí)所使用的不同規(guī)則，使得不同LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H中的1可能構(gòu)成短環(huán)。它使得LDPC碼在迭代譯碼時(shí)，出現(xiàn)不收斂的情況。LDPC好碼必須避免4環(huán)。LDPC碼是否存在4環(huán)可以通過下列定理1進(jìn)行檢驗(yàn)，定理l在YangXiao的論文中公開YangXiao,Moon-Holee，LowComplexityM頂O-LDPCCDMASystemsoverMultipathChannels,IEICETransactionsonCommunications2006E89-B(5):1713—1717;doi:10.1093/ietcom/e89-b.5.1713.定理l:給定LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H，該LDPC碼不存在4環(huán)的充分必要條件是HHT除對(duì)角線外的矩陣元素為0或1。當(dāng)H的行重和列重保持不變或盡可能的保持均勻時(shí)，稱這樣的LDPC碼為正則LDPC碼，反之如果列、行重變化差異較大時(shí)，稱為非正則的LDPC碼。研究結(jié)果表明正確設(shè)計(jì)的非正則LDPC碼的性能要優(yōu)于正則LDPC。
發(fā)明內(nèi)容為了解決MIM0系統(tǒng)上述問題，本發(fā)明提出上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)，使小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)臺(tái)在帶寬不變的情況下獲取多個(gè)獨(dú)立的空間信道,空時(shí)編碼不需要占用多個(gè)時(shí)隙，移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)不需要信道估計(jì)和信道矩陣計(jì)算。本發(fā)明提出的MIMO基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)優(yōu)于現(xiàn)有其它M頂0系統(tǒng)的誤碼率性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，本發(fā)明將M頂O基帶調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)限制為基站為兩個(gè)天線和移動(dòng)臺(tái)為兩個(gè)天線的情況。但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解，本發(fā)明的系統(tǒng)可以容易地推廣到兩個(gè)以上天線的MIM0基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明中使用的LDPC碼可為準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼或隨機(jī)LDPC碼。幾種準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的好碼設(shè)計(jì)方法已在下列文獻(xiàn)中公開[1]YangXiao，KiseonKim,Goodencodableirregularquasi—cyclicLDPCcodes,11thIEEESingaporeInternationalConferenceonCommunicationSystems,2008.ICCS2008,pp.1291-1296;[2]YingZhao，YangXiao，TheNecessaryandSufficientConditionofaClassofQuasi—CyclicU)PCCodeswithoutGirthFour,IEICETransactionsonCommunications,2009，E92_B(1):306-309.;[3]YangXiao,MoonHoLee，Constructionofgoodquasi-cyclicU)PCcodes,IETInternationalConferenceonWirelessMobileandMultimediaNetworksProceedings(IC麗MN2006)，2006,pp.172-175。無4環(huán)的隨機(jī)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣構(gòu)造方法，具有如下歩驟。步驟l:構(gòu)造一個(gè)M行2列零矩陣將特定數(shù)目的l隨機(jī)的放置在該矩陣的第1列和第2列上，檢驗(yàn)由第1列和第2列構(gòu)成的子矩陣是否滿足定理1，若滿足，進(jìn)到步驟2;若不滿足，調(diào)整第2列中1的位置，使調(diào)整后的第1列和第2列構(gòu)成的子矩陣是滿足定理l，并進(jìn)到步驟2。步驟2:擴(kuò)展步驟2的M行2列矩陣將特定數(shù)目的1隨機(jī)的放置在歩驟2得到矩陣的第3列上，檢驗(yàn)M行3列矩陣是否滿足定理1，若滿足，進(jìn)到步驟3;若不滿足，調(diào)整第3列中1的位置，使調(diào)整后的M行3列矩陣滿足定理1，并進(jìn)到步驟3。步驟3:對(duì)于n二4，…，N，采用類似步驟2的方法，對(duì)M行n-l列矩陣進(jìn)行擴(kuò)展將特定數(shù)目的l隨機(jī)的放置在矩陣的第n列上，檢驗(yàn)M行n列矩陣是否滿足定理1，若滿足，n+l，返回步驟3，直至IJ『N;若不滿足，調(diào)整第n列中l(wèi)的位置，使調(diào)整后的M行n列矩陣滿足定理l，n+l，返回步驟3。在步驟1到步驟3中，要使每行中的'l'的個(gè)數(shù)盡量均勻，要避免全'0'行和僅含一個(gè)'l'的行的出現(xiàn)，要使最后得到的無4環(huán)的隨機(jī)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣為滿秩。本發(fā)明實(shí)施例采用上述算法設(shè)計(jì)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣。LDPC碼的生成矩陣的構(gòu)造方法，具有如下步驟。步驟l:調(diào)整LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的列，使H=[AB](1)子矩陣A為非奇異步驟2:子矩陣A的逆矩陣與B相成，得到生成矩陣G=[A-'BI](2)LDPC碼的編碼方法，具有如下步驟。將數(shù)據(jù)比特向量b^6(1)L6(M)]與生成矩陣相乘，可得到LDPC編碼信號(hào)。假設(shè)數(shù)據(jù)比特向量b被放置在編碼序列的尾端而校驗(yàn)比特向量p則占據(jù)編碼序列的前端，也就是s=bG=[pb](3)經(jīng)過編碼得到的向量s就是要傳輸?shù)腖DPC編碼信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)采用上述算法進(jìn)行LDPC編碼。本發(fā)明中，基站接收機(jī)的LDPC碼的解碼采用概率傳播算法，也稱和積算法或置信傳播算法。該解碼算法已在D.MacKay的論文中公開D.MacKay"Gooderror-correctingcodesbasedonverysparsematrices,，，IEEETrans.InformationTheory,Vol.45，March.1999，pp.399-431.定義矩陣行中非零比特的列號(hào)W(附)三{w:HT=1)(4)表示與校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)m相鄰的信息節(jié)點(diǎn)的集合，對(duì)于每一個(gè)m，集合中都有j個(gè)元素。置信傳播算法的解碼過程如下。步驟l.初始化源比特序列6(w)的似然概率為《和(，把它們分別初始化為/。和/'=1/(1+exp(-2ay/o"2)(5a)"=1—/"1,其它情況(5b)其中凡為解碼器的輸入，"為發(fā)送信號(hào)的功率，a、W。/2是信道噪聲的方差，噪聲功率。步驟2.水平迭代對(duì)每個(gè)行校驗(yàn)m和每個(gè)"EN(歷)，計(jì)算概率《和^。先計(jì)算<X/=<7Q—"i(6)然后計(jì)算&柳^=n^^,"'ew(w""(7)然后得到;°=(l+&)/2(8a)和D/2(8b)步驟3.垂直迭代利用在步驟2中計(jì)算所得值rl和^更新概率值^和C?！?=',,。nc'eM(")\w(9a)和^=/'n^,w'eM(")\w(9b)ii其中^為歸一化系數(shù)使得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>同時(shí)計(jì)算偽后驗(yàn)概率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>步驟4.嘗試解碼當(dāng)《',=1時(shí)令^=1，反之^'=0，m二0。如果校驗(yàn)方程11,=0，則解碼成功并結(jié)束，反之則回到歩驟2。一旦解碼成功(滿足終止條件或達(dá)到最大循環(huán)次數(shù))，從r^pb]得到可用信息比特向量b。本發(fā)明的實(shí)施例的基站接收機(jī)采用上述算法進(jìn)行LDPC解碼。本發(fā)明的MIM0系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信道的空間復(fù)用，提高頻譜的利用率。如果基站和移動(dòng)臺(tái)均采用兩個(gè)以上的天線，那么基站天線功率覆蓋的每一移動(dòng)臺(tái)可獲得兩個(gè)以上的空間信道。但這是基于基站(BS)和移動(dòng)站點(diǎn)(MS)之間的空間信道是完全不相關(guān)的假設(shè)，要求M頂O信道矩陣的行向量互不相關(guān)。在大多數(shù)的應(yīng)用情況下，MIMO信道矩陣的行向量并非不相關(guān)，這就產(chǎn)生了MIMO信道中的共信道干擾，使得誤碼率性能不能滿足通信要求。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明提出基站接收機(jī)利用逆信道矩陣來對(duì)空間信號(hào)解調(diào)。本發(fā)明中，移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)未采用多時(shí)隙空時(shí)編碼，而用基帶電路直接發(fā)射兩路LDPC碼編碼信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，本發(fā)明提出的MIM0-LDPC基站及其連接的多個(gè)移動(dòng)臺(tái)均具有兩個(gè)天線，基站兩個(gè)天線間距為發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)的10倍，移動(dòng)臺(tái)兩個(gè)天線間距為發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)的4倍。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)按照如下步驟發(fā)射信號(hào)步驟l):第*個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流為{1)"和>^，第)t個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)將兩個(gè)信道的數(shù)據(jù)流使用兩個(gè)LDPC碼進(jìn)行編碼，得到LDPC編碼信號(hào)s")和s^:其中G，和G,是LDPC碼的生成矩陣，p;"和pf)為校驗(yàn)碼向量，b;"和b^)為信息比特向量，用戶/t的兩空間信道使用兩個(gè)不同的LDPC碼，G，和G,對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣為H,和H"這里，G,和H,的對(duì)應(yīng)關(guān)系由式(1)和式(2)確定:令式(l)中的H^，由式(2)即得G,;同理，62和112的對(duì)應(yīng)關(guān)系由式(1)和式(2)確定令式(2)中的H二H，—，由式(2)即得G,。步驟2):移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)對(duì)LDPC碼編碼信號(hào)si"和s(/)，k二l，…，K進(jìn)行射頻調(diào)制，得到射頻調(diào)制信號(hào)"s"))和,(s(/))，再由移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的兩天線分別發(fā)射。與移動(dòng)臺(tái)連接的MIM0基站按照如下步驟得到還原數(shù)據(jù)步驟3)M頂0基站接收機(jī)使用現(xiàn)有技術(shù)的本地射頻解調(diào)電路，從兩天線接收的射頻信號(hào)if)和ifr2(4).《)e《))+中提取基帶信號(hào)r'(if))和r'(rf))，r'(，)和r^)表示進(jìn)行射頻解調(diào)，其中<>和!i^分別為第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的天線1和天線2信道的基帶噪聲向量。歩驟4)MIM0基站接收機(jī)使用逆矩陣對(duì)基帶信號(hào)r'(if))和r'(if))進(jìn)行基帶空間解調(diào)，—i《4，r'(r2(")_yi"和y;"是基帶空間解調(diào)信號(hào)；步驟5)M頂0基站接收機(jī)使用置信傳播算法的解碼的本地LDPC解碼器計(jì)算可行的要求是對(duì)接收的基帶空間解調(diào)信號(hào)yi"和y(^進(jìn)行解碼，提取移動(dòng)臺(tái)發(fā)射數(shù)據(jù)流b;"和b、"，無誤碼時(shí)具有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中p")和p『為校驗(yàn)碼向量，b廣和b『為信息比特向量。上述基站的兩個(gè)天線間距分別為10-15倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，移動(dòng)臺(tái)的兩個(gè)天線間距分別為4倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，使基站接收機(jī)的基帶空間解調(diào)的計(jì)算可行,《)《).非奇異，而奇異的要求《)《)是信道矩陣中的行向量不相關(guān)。本發(fā)明中，基站的兩個(gè)天線間距為10-15倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，移動(dòng)臺(tái)的兩個(gè)天線間距為4倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)可以確保道矩陣中的行向量不相關(guān)，故的計(jì)算可行。上述的歩驟l)中還包含步驟各移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)用的LDPC碼的生成矩陣G,和G,滿足條件1)G,不等于G,;2)G,和G2生成矩陣的行向量{gfc(/)，e{1，2,...,M}，A:=1，2}的最小碼重為Wmin(gJ^",2，任意和^(0+g^V,y"l,2,…,Mh"1,2》的最小碼重為W她(gJ/)+g^'))X2，均無低數(shù)值情況；3)G,和G,對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣為H,和H2均無4環(huán)，即H,Hf和H,H〖除對(duì)角線外的元素值為0或1;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>上述的歩驟2)中的信道矩陣參數(shù)《Uy^l,a由M頂O-LDPC基站通過上行導(dǎo)引序列估計(jì)。上行導(dǎo)引序列是移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)幀之間插入的導(dǎo)引數(shù)據(jù)幀?；窘邮諜C(jī)根據(jù)各移動(dòng)臺(tái)發(fā)射上行導(dǎo)引序列可以估計(jì)其上行鏈路的基帶信道參數(shù)。上述的步驟3)中的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)對(duì)基帶調(diào)制信號(hào)si"和s^，k^，…，K進(jìn)行射頻調(diào)制，得到射頻調(diào)制信號(hào)"sf))和"s(/))。射頻調(diào)制未做限制，可采用現(xiàn)有調(diào)幅、調(diào)相、跳頻等技術(shù)。^i")和^(/))表示射頻調(diào)制后的信號(hào)。上述的步驟4)中MIMO基站接收機(jī)使用現(xiàn)有技術(shù)的本地射頻解調(diào)電路提取基帶的LDPC編碼信號(hào)yi"和y^，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>(，)表示射頻解調(diào)，可采用現(xiàn)有調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻對(duì)應(yīng)的解調(diào)技術(shù)。上述的步驟5)中M頂O基站接收機(jī)的本地LDPC解碼器的校驗(yàn)矩陣為H，和H2。在采用本發(fā)明MIMO-LDPC技術(shù)的M頂O系統(tǒng)沒有增加額外的時(shí)隙，僅在原有信道實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理及特性，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。下面通過附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖1是MIMO信道與上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)框圖。圖2是上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)系統(tǒng)框圖。圖3是上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)框圖。圖4是上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射與基站接收步驟流程圖。圖5是無4環(huán)的隨機(jī)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣構(gòu)造方法設(shè)計(jì)的校驗(yàn)矩陣。圖6是圖4的校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)的生成矩陣。圖7是圖6的生成矩陣的碼重分布。圖8是圖7的生成矩陣的碼距分布。圖9是使用本發(fā)明系統(tǒng)和未使用本發(fā)明的系統(tǒng)的誤碼性能比較曲線圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。圖1是MIMO信道與上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)框圖。如圖1所示，移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)通過移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)天線l和發(fā)射機(jī)天線2，發(fā)射射頻調(diào)制信號(hào)/(si")和"《))，其中^)和s^為L(zhǎng)DPC碼編碼信號(hào)，見圖2，*)=b"g|=[p;*'b;"]。。(*>-h(nb「G2=對(duì)^和S(/)進(jìn)行射頻調(diào)制后得到"sf))和"s(/))。移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)所發(fā)射的兩路空間信號(hào)"si")和r(sft經(jīng)過空間信道由基站接收機(jī)通過基站接收機(jī)的天線1和天線2接收，分別為射頻調(diào)制信號(hào)if)和if)，空間信道用矩陣示，接收的射頻調(diào)制信號(hào)if)和rf)與發(fā)射的射頻調(diào)制信號(hào)"sf))和"s(/))具有如下關(guān)系，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中n!"和iif分別為第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的天線1和天線2信道的基帶噪聲向量?；窘邮諜C(jī)中的射頻解調(diào)電路可從射頻調(diào)制信號(hào)if)和if)中提取基帶信上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2，上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)基站接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。圖2是上行鏈路M頂0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)框圖。步驟1)如圖2所示，上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的第yt個(gè)移動(dòng)臺(tái)的發(fā)送數(shù)據(jù)流為^"}和{1^}，第^個(gè)移動(dòng)臺(tái)對(duì)發(fā)給基站的兩數(shù)據(jù)流編碼，得到LDPC編碼信號(hào)s"和s^:S(2"=b(2"G2=[pfW]其中G,和G,是LDPC碼的生成矩陣，p;"和pf)為校驗(yàn)碼向量。第^個(gè)移動(dòng)臺(tái)的兩空間信道使用兩不同的LDPC碼，G,和G2對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣為H,和H,。這里，G,BH,的對(duì)應(yīng)關(guān)系由式(1)和式(2)確定令式(1)中的H:H,，由式(2)即得G1;同理，G,和H2的對(duì)應(yīng)關(guān)系由式(1)和式(2)確定令式(2)中的11=112，由式(2)即得G"步驟2)第)l個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)對(duì)LDPC碼編碼信號(hào)s!"和4"，k二l，…，K進(jìn)行射頻調(diào)制，得到射頻調(diào)制信號(hào)"sf))和"《))，再由移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的天線1、天線2分別發(fā)射。圖3是上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)框圖。上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)與第A個(gè)移動(dòng)臺(tái)連接的MIM0系統(tǒng)的基站按照如下步驟得到還原數(shù)據(jù)步驟3)上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站接收機(jī)使用現(xiàn)有技術(shù)的本地射頻解調(diào)電路從r"和rf)提取基帶信號(hào)r'(if))和r>f>);步驟4)上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站接收機(jī)使用逆矩陣對(duì)基帶信號(hào)r1(if>)和r1(rf"進(jìn)行基帶空間解調(diào)，y，-1<_'(if)).《)(其中r、，)表示射頻解調(diào)；步驟5)上行鏈路MB10-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站接收機(jī)使用置信傳播算法的本地LDPC解碼器對(duì)接收的基帶信號(hào)yi"和y(2"進(jìn)行解碼，提取第*個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射數(shù)據(jù)流b;"和bf，無誤碼時(shí)具有可行。圖4是本發(fā)明上行鏈路移動(dòng)臺(tái)發(fā)射與基站接收步驟流程圖。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明提出的上行鏈路MIM0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的有效性。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式的MIM0系統(tǒng)中，上行鏈路基站和移動(dòng)臺(tái)均使用兩個(gè)天線來發(fā)射和接收，基站發(fā)射機(jī)已獲得最佳信道估計(jì)，信道矩<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式的系統(tǒng)仿真中，每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的LDPC碼編碼數(shù)據(jù)直接射頻調(diào)制后發(fā)射，見圖2。每個(gè)移動(dòng)臺(tái)均使用碼長(zhǎng)為600的隨機(jī)LDPC碼，采用無4環(huán)的隨機(jī)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣構(gòu)造方法設(shè)計(jì)，其校驗(yàn)矩陣的形式見圖5，圖5中x軸和y軸為校驗(yàn)矩陣的位置變量，z為校驗(yàn)矩陣的元素值；生成矩陣的形式見圖6，圖6中x軸和y軸為生成矩陣的位置變量，z軸為生成矩陣的元素值；生成矩陣的碼重分布形式見圖7，圖7中x軸為生成矩陣行向量的碼重，y軸為生成矩陣的碼重分布；生成矩陣的碼距分布形式見圖8，圖8中x軸為生成矩陣行向量的碼距，y軸為生成矩陣的碼距分布。生成矩陣的最小碼重Gwmin=73,生成矩陣的最小碼距Gdmin=49。為了驗(yàn)證上行鏈路M頂0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)可用，選擇現(xiàn)有的MIM0空bH=0，和H=0其中p「和p『為校驗(yàn)碼向量，b廣和b『為信息比特向量。上述基站的兩個(gè)天線間距為10-15倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，移動(dòng)臺(tái)的兩個(gè)天線間距為4倍的發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，使基站接收機(jī)的空間解調(diào)的計(jì)算時(shí)編解碼系統(tǒng)和本發(fā)明提出的上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比較，兩者使用相同的帶寬，空間復(fù)用信道均為2個(gè)。在系統(tǒng)仿真中，本發(fā)明提出的上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)與現(xiàn)有MIM0空時(shí)編解碼(STBC)系統(tǒng)在相同的信噪比和信道條件下發(fā)射200個(gè)長(zhǎng)度為600的數(shù)據(jù)幀，獲得的誤碼率結(jié)果如圖9所示。圖9是使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)和未使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)的誤碼性能比較曲線圖。橫軸表示信噪比，單位是分貝(dB)，縱軸表示誤碼率，單位是比值。其中上面的曲線表示未使用本發(fā)明方法的M頂0空時(shí)分組編解碼(STBC)系統(tǒng)的誤碼曲線，下方的曲線表示使用本發(fā)明方法的系統(tǒng)的誤碼曲線。觀察圖9中的仿真結(jié)果，可以看到采用目前的MIMO空時(shí)編解碼系統(tǒng)方案，基站接收機(jī)在信噪比為17.3分貝時(shí)的誤碼率為2.5"0-4。而本發(fā)明的上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)卻得到了很好的誤碼率性能。當(dāng)信噪比為13.5分貝時(shí)，誤碼率為2.5xl0"，在使用同樣帶寬的情況下獲得3.8分貝的編碼增益。在同樣的信噪比二16分貝時(shí)，采用目前的M頂O空時(shí)編解碼系統(tǒng)方案，基站接收機(jī)的誤碼率為2.5x10-4，而本發(fā)明的上行鏈路M頂0-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的基站接收機(jī)的誤碼率為8.3x10-6。所以，本發(fā)明提出的上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)是有效的，在空間復(fù)用的情況下可獲得良好的誤碼率性能。采用本發(fā)明上行鏈路MIMO-LDPC調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)沒有增加額外的時(shí)隙，僅在原有信道實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用。盡管在上行鏈路中，MIMO信道并非完全不相關(guān)，但通過本發(fā)明的系統(tǒng)可得到較高的通信容量和較好BER(錯(cuò)誤比特率)性能。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些具體實(shí)施方式僅是舉例說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的情況下，可以對(duì)上述方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進(jìn)行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實(shí)質(zhì)相同的方法執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。權(quán)利要求1、一種上行鏈路MIMO-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基站和與基站連接的多個(gè)移動(dòng)臺(tái)，其中基站具有基站接收機(jī)、基站第一天線、基站第二天線，多個(gè)移動(dòng)臺(tái)中的每個(gè)移動(dòng)臺(tái)具有移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)、移動(dòng)臺(tái)第一天線、移動(dòng)臺(tái)第二天線，其特征在于，多個(gè)移動(dòng)臺(tái)中的第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)按照如下步驟發(fā)射信號(hào)步驟1)第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)流為{b1(k)}和{b2(k)}，第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)將兩個(gè)信道的數(shù)據(jù)流使用兩個(gè)LDPC碼進(jìn)行編碼，得到LDPC編碼信號(hào)s1(k)和s2(k)<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>s</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>b</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><msub><mi>G</mi><mn>1</mn></msub></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>s</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>b</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><msub><mi>G</mi><mn>2</mn></msub><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>其中G1和G2是LDPC碼的生成矩陣，第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)的兩個(gè)空間信道使用兩個(gè)不同的LDPC碼，G1和G2對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣為H1和H2；步驟2)第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)對(duì)LDPC碼編碼信號(hào)s1(k)和s2(k)，k＝1，…，K進(jìn)行射頻調(diào)制，得到射頻調(diào)制信號(hào)t(s1(k))和t(s2(k))，再由移動(dòng)臺(tái)第一天線、移動(dòng)臺(tái)第二天線分別向基站接收機(jī)發(fā)射；步驟3)基站接收機(jī)從r1(k)和r2(k)提取第k個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的基帶信號(hào)t-1(r1(k))和t-1(r2(k))；步驟4)基站接收機(jī)使用逆矩陣對(duì)基帶信號(hào)t-1(r1(k))和t-1(r2(k))進(jìn)行空間解調(diào)，<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>y</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>11</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>21</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>12</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd><mtd><msubsup><mi>h</mi><mn>22</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msup><mi>t</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><msup><mi>t</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>r</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>其中t-1(·)表示射頻解調(diào)，獲得基帶信號(hào)y1(k)和y2(k)；步驟5)基站接收機(jī)對(duì)接收的基帶信號(hào)y1(k)和y2(k)進(jìn)行解碼，提取移動(dòng)臺(tái)發(fā)射數(shù)據(jù)流b1(k)和b2(k)，無誤碼時(shí)具有<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>H</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>p</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>b</mi><mn>1</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>和<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>H</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>p</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msubsup><mi>b</mi><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo></mrow>]]></math></maths>其中p1(k)和p2(k)為校驗(yàn)碼向量，b1(k)和b2(k)為信息比特向量。2、如權(quán)利要求1所述上行鏈路M頂0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，步驟l)中還包含步驟各個(gè)移動(dòng)臺(tái)編碼用的LDPC碼生成矩陣G,和G,滿足條件1)G，不等于G^2)G,和G2生成矩陣的行向量{gA:(/)，e{U,...,M},^:=l,2}的最小碼重為w匪(gp,"1,2，任意和{§^)+^(力,/,六{1,2,.."似},^=1,2}的最小碼重為wmm(g^(0+*=1,2，均無低數(shù)值情況；3)G,和G,對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)矩陣為H,和H2均無4環(huán)，即H^和H2H〖除對(duì)角線外的元素值為0或1。3、如權(quán)利要求1所述上行鏈路M頂0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，步驟1)中各個(gè)移動(dòng)臺(tái)對(duì)其兩空間信道使用不同的LDPC碼的生成矩陣G,和02。4、如權(quán)利要求3所述移動(dòng)用戶對(duì)其兩空間信道使用不同的LDPC碼的生成矩陣G,和G,，其特征在于，G,和G2對(duì)應(yīng)的隨機(jī)LDPC碼校驗(yàn)矩陣構(gòu)造方法，具有如下步驟步驟l:構(gòu)造一個(gè)M行2列零矩陣將特定數(shù)目的l隨機(jī)的放置在該矩陣的第1列和第2列上，檢驗(yàn)由第1列和第2列構(gòu)成的子矩陣是否滿足第一條件，若滿足，進(jìn)到步驟2;若不滿足，調(diào)整第2列中1的位置，使調(diào)整后的第1列和第2列構(gòu)成的子矩陣滿足第一條件，并進(jìn)入步驟2;其中，第一條件是對(duì)于給定LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H，該LDPC碼不存在4環(huán)的充分必要條件是HHT除對(duì)角線外的矩陣元素為0或1;步驟2:擴(kuò)展步驟2的M行2列矩陣將特定數(shù)目的1隨機(jī)的放置在步驟2得到矩陣的第3列上，檢驗(yàn)M行3列矩陣是否滿足第一條件，若滿足，進(jìn)到步驟3;若不滿足，調(diào)整第3列中1的位置，使調(diào)整后的M行3列矩陣滿足第一條件，并進(jìn)到步驟3;步驟3:對(duì)于『4，…,N，采用步驟2的方法，對(duì)M行n-l列矩陣進(jìn)行擴(kuò)展將特定數(shù)目的l隨機(jī)的放置在矩陣的第n列上，檢驗(yàn)M行n列矩陣是否滿足第一條件，若滿足，則n+l，然后返回步驟3，直到『N;若不滿足，調(diào)整第n列中l(wèi)的位置，使調(diào)整后的M行n列矩陣滿足第一條件，貝l」n+l，然后返回步驟3;在上述步驟1到歩驟3中，要使每行中的'l'的個(gè)數(shù)盡量均勻，要避免全'0'行和僅含一個(gè)'1'的行的出現(xiàn)，使最后得到的無4環(huán)的隨機(jī)LDPC碼的校驗(yàn)矩陣為滿秩。。5、如權(quán)利要求1所述上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，第一基站天線和第二基站天線的間距為發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)的10倍，第一移動(dòng)臺(tái)天線和第二移動(dòng)臺(tái)天線的間距為發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)的4倍，使基站接收機(jī)的基帶空間解調(diào)「,:,。計(jì)算可行。6、如權(quán)利要求1所述上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，步驟5)中使用的校驗(yàn)矩陣A和H2和編碼矩陣G,和G,對(duì)應(yīng)，具有!^[=0^=1,2<7、如權(quán)利要求1所述上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，步驟3)中的信道矩陣參數(shù)《),/,^{1,2}由基站接收機(jī)通過上行導(dǎo)引序列估計(jì)，所述上行導(dǎo)引序列是移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)幀之間插入的導(dǎo)引數(shù)據(jù)幀。8、如權(quán)利要求7所述上行鏈路MIM0-LDPC基帶調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，基站接收機(jī)根據(jù)各個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的上行導(dǎo)引序列估計(jì)其上行鏈路的基帶信道參數(shù)。全文摘要本發(fā)明涉及一種上行鏈路MIMO空時(shí)編解碼基帶系統(tǒng)。MIMO基站覆蓋的小區(qū)內(nèi)不同移動(dòng)臺(tái)所處的空間位置不同，可以得到不同的信道參數(shù)矩陣。移動(dòng)臺(tái)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行LDPC編碼和射頻調(diào)制后發(fā)射；MIMO基站接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行射頻解調(diào)，然后使用不同移動(dòng)臺(tái)至基站的信道矩陣參數(shù)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行空間解調(diào)，再進(jìn)行LDPC解碼得到還原數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了應(yīng)用此方法的上行鏈路MIMO空時(shí)編解碼基帶系統(tǒng)電路。采用本發(fā)明使每一連接用戶獲得兩個(gè)獨(dú)立的空間信道，可提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率，并簡(jiǎn)化MIMO移動(dòng)臺(tái)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)。文檔編號(hào)H04L1/06GK101567717SQ200910082508公開日2009年10月28日申請(qǐng)日期2009年4月23日優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日發(fā)明者揚(yáng)肖申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)