一種高傳輸速率和帶寬利用率的MIMO Multi-h CPM無(wú)線通信方法
【專(zhuān)利摘要】一種高傳輸速率和帶寬利用率的MIMO?Multi-h?CPM無(wú)線通信方法，涉及無(wú)線通信領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有無(wú)線通信方法針對(duì)CPM解調(diào)的解調(diào)速度慢、實(shí)時(shí)性低、接收機(jī)的硬件開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題。所述無(wú)線通信方法首先將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行編碼得到編碼信號(hào)；將得到的編碼信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后得到Nt路符號(hào)數(shù)據(jù)流；將每一路符號(hào)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行Multi-h?CPM調(diào)制，得到欲發(fā)送的Nt路M進(jìn)制的調(diào)制信號(hào)s(t；α)；將得到的Nt路調(diào)制信號(hào)采用Nr根發(fā)射天線發(fā)射至Nt×Nr衰落信道；Nt根接收天線接收Nt路調(diào)制信號(hào)；將Nt路調(diào)制信號(hào)加載熱噪聲；將加載熱噪聲后的信號(hào)進(jìn)行基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)；將基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)后的Nt路信號(hào)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后輸出。本發(fā)明適用于無(wú)線通信。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種高傳輸速率和帶寬利用率的ΜΙΜΟ Multi-h CPM無(wú)線通 信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化進(jìn)程步伐的推進(jìn)，視頻、圖像等大數(shù)據(jù)量的業(yè)務(wù)要求逐漸取 代了原始的語(yǔ)音通信工作，由此對(duì)傳輸系統(tǒng)的速率要求越來(lái)越高。對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng) 而言，較高的傳輸速率占用的無(wú)線頻譜的帶寬就相當(dāng)?shù)膶?，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和有限的 頻譜資源產(chǎn)生了巨大的矛盾。因此，在實(shí)際應(yīng)用需求的推動(dòng)下，新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的研制 與開(kāi)發(fā)得到了蓬勃的發(fā)展，不但對(duì)通信系統(tǒng)的頻譜利用率、傳輸數(shù)據(jù)的速率提出了很高的 要求，同時(shí)還對(duì)通信系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下，仍然能夠可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸做了規(guī)定。高速 發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和飛速進(jìn)步的無(wú)線通信技術(shù)，給無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展提出了更新更高的要 求，實(shí)現(xiàn)不同通信體制和通信技術(shù)"無(wú)縫"的連接將是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，提供更 高質(zhì)量和更具個(gè)性化的個(gè)人服務(wù)業(yè)務(wù)。
[0003] 在不增加系統(tǒng)帶寬的條件下，利用ΜΜ0技術(shù)能夠使得通信系統(tǒng)的信道容量得以 提高，從而提高移動(dòng)傳輸系統(tǒng)的頻譜利用率。ΜΜ0技術(shù)同時(shí)能夠提高信道的可靠性，降低 誤碼率。前者是利用ΜΜ0信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用ΜΜ0信道提供的空間分 集增益。達(dá)到或接近信道理論容量的一種行之有效的方法是采用空時(shí)編碼（Space Time coded，STC)技術(shù)?？諘r(shí)網(wǎng)格編碼（Space Time Trellis coded，STTC)是一種具有較大編 碼增益，較高的頻譜利用率和較大分集增益的空時(shí)編碼方式，對(duì)信道衰落效應(yīng)具有一定的 克制能力，而且這種空時(shí)編碼方式容易與外碼相結(jié)合，聯(lián)合其他的發(fā)射分集、調(diào)制方式等設(shè) 計(jì)。
[0004] 與傳統(tǒng)的BPSK調(diào)制不同，CPM的相位是連續(xù)變化的，因而它的頻譜比較窄，帶寬利 用率比較高。另外，CPM是一種恒包絡(luò)調(diào)制，可直接應(yīng)用于高性?xún)r(jià)比的非線性功放，從而節(jié)省 硬件成本。同時(shí)，CPM符號(hào)間具有記憶性，因而具有一定的編碼增益。在遙測(cè)遙控領(lǐng)域，近年 來(lái)，由于CPM體制具有恒定包絡(luò)和更高的頻譜利用率等方面的優(yōu)勢(shì)，使美國(guó)軍方放棄了沿 用數(shù)十年的PCM/FM體制，取而代之的正是CPM體制。Nova公司還在美軍方的ARTM組織和 Edward空軍基地的支持下研究頻譜利用性能更好的Multi-h CPM體制。Multi-h CPM是對(duì) CPM的一種改進(jìn)，其通過(guò)循環(huán)改變調(diào)制指數(shù)，可以增加信號(hào)間的歐氏距離，從而比傳統(tǒng)CPM 進(jìn)一步降低了誤碼率，同時(shí)也使其頻譜的帶外滾降速度更快，頻譜利用率更高。Multi-hCPM 就是被美國(guó)ARTM Tier II系統(tǒng)所選用的CPM的備選方案之一，其調(diào)制指數(shù)在h = 4/16和 h = 5/16之間循環(huán)變化。原來(lái)的PCM/FM的頻譜利用率僅是該體制的三分之一，ARTM的聯(lián) 合計(jì)劃辦公室已將其選為下一代遙測(cè)新體制的目標(biāo)。
[0005] 然而，CPM和Multi-h CPM優(yōu)良的帶寬利用率和誤碼性能是以接收機(jī)的高復(fù)雜 度為代價(jià)的。由于CPM符號(hào)間存在記憶性，最優(yōu)的解調(diào)器往往采用最大似然法（Maximum Likelihood Sequence Detection, MLSD)。由于MLSD 方法的運(yùn)算量過(guò)大，因而米用 Viterbi 方法（Viterbi Algorithm，VA)可以極大降低運(yùn)算量。盡管如此，VA方法的復(fù)雜度仍然隨 著CPM信號(hào)的進(jìn)制數(shù)Μ和相關(guān)長(zhǎng)度L成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這就限制了 VA方法的進(jìn)一步應(yīng)用。因 而，降低接收機(jī)的運(yùn)算復(fù)雜度是實(shí)現(xiàn)CPM和Multi-h CPM的關(guān)鍵。VA方法的復(fù)雜性主要來(lái) 源于前端數(shù)量巨大的匹配濾波器和后端Viterbi譯碼器巨大的狀態(tài)數(shù)，因此降低VA方法的 復(fù)雜度主要集中于如何減少匹配濾波器的數(shù)量和狀態(tài)數(shù)。目前，CPM的低復(fù)雜度解調(diào)方法 主要有：頻率響應(yīng)函數(shù)截?cái)喾?、脈沖幅度調(diào)制（Pulse Amplitude Modulation, PAM)分解法、 減少狀態(tài)序列檢測(cè)法（Reduced State Sequence Detection, RSSD)等。其中，只有PAM分 解法能夠減少接收機(jī)前端匹配濾波器的數(shù)量，因而其受到廣泛的關(guān)注。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有無(wú)線通信方法針對(duì)CPM解調(diào)的解調(diào)速度慢、實(shí)時(shí)性低、接收 機(jī)的硬件開(kāi)銷(xiāo)大的問(wèn)題，提出了一種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通 /[目方法。
[0007] -種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通信方法，它的信號(hào)發(fā)射 方法：
[0008] 步驟一、將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，得到編碼信號(hào)；
[0009] 步驟二、將步驟一得到的編碼信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后得到Nt路符號(hào)數(shù)據(jù)流；
[0010] 步驟三、將每一路符號(hào)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行Multi-h CPM調(diào)制，得到欲發(fā)送的Nt路Μ進(jìn) 制的調(diào)制信號(hào)s(t;a);
[0011] 步驟四、將步驟三得到的Nt路調(diào)制信號(hào)分別采用Nr根發(fā)射天線發(fā)射至N t X Nr衰落 信道；
[0012] 它的信號(hào)接收方法：
[0013] 步驟五、采用Nt根接收天線接收來(lái)自步驟四的Nt路調(diào)制信號(hào)；
[0014] 步驟六、將Nt路調(diào)制信號(hào)分別加載熱噪聲；
[0015] 步驟七、將步驟六中加載熱噪聲后的每一路信號(hào)進(jìn)行基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)；
[0016] 步驟八、將步驟七中進(jìn)行基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)后的Nt路信號(hào)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后 輸出。
[0017] 步驟一中所述的基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，得到編碼信號(hào)的步驟為：
[0018] 步驟一一、將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行空時(shí)網(wǎng)格編碼，獲得Nt路空時(shí)編碼信號(hào)；
[0019] 步驟一二、將每一路空時(shí)編碼信號(hào)輸入至一個(gè)線性連續(xù)相位編碼器，獲得Nt路矢 量信號(hào)；
[0020] 步驟一三、將Nt路矢量信號(hào)輸入至無(wú)記憶調(diào)制器后編碼輸出。
[0021] 步驟三中將每一路符號(hào)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行Multi-h CPM調(diào)制，得到欲發(fā)送的Nt路Μ 進(jìn)制調(diào)制信號(hào)s(t;a)的過(guò)程為：
[0022] 步驟三一、用PAM分解的線性疊加形式表示二進(jìn)制單指數(shù)CPM信號(hào)，即：

【權(quán)利要求】
1. 一種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通信方法，其特征在于，它 的信號(hào)發(fā)射方法： 步驟一、將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，得到編碼信號(hào)； 步驟二、將步驟一得到的編碼信號(hào)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后得到Nt路符號(hào)數(shù)據(jù)流； 步驟三、將每一路符號(hào)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行Multi-h CPM調(diào)制，得到欲發(fā)送的Nt路Μ進(jìn)制 調(diào)制信號(hào)s(t;a); 步驟四、將步驟三得到的Nt路調(diào)制信號(hào)分別采用隊(duì)根發(fā)射天線發(fā)射至NtX隊(duì)衰落信 道； 它的信號(hào)接收方法： 步驟五、采用Nt根接收天線接收來(lái)自步驟四的Nt路調(diào)制信號(hào)； 步驟六、將Nt路調(diào)制信號(hào)分別加載熱噪聲； 步驟七、將步驟六中加載熱噪聲后的每一路信號(hào)進(jìn)行基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)； 步驟八、將步驟七中進(jìn)行基于PAM分解的最優(yōu)檢測(cè)后的Nt路信號(hào)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后輸 出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通 信方法，其特征在于，步驟一中所述的將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行編碼，得到編碼信號(hào)的步 驟為： 步驟一一、將基帶信號(hào)比特?cái)?shù)據(jù)流進(jìn)行空時(shí)網(wǎng)格編碼，獲得Nt路空時(shí)編碼信號(hào)； 步驟一二、將每一路空時(shí)編碼信號(hào)輸入至一個(gè)線性連續(xù)相位編碼器，獲得Nt路矢量信 號(hào)； 步驟一三、將Nt路矢量信號(hào)輸入至無(wú)記憶調(diào)制器后編碼輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通 信方法，其特征在于，步驟三中將每一路符號(hào)數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行Multi-h CPM調(diào)制，得到欲發(fā) 送的Nt路Μ進(jìn)制調(diào)制信號(hào)s (t ; α )的過(guò)程為： 步驟三一、用ΡΑΜ分解的線性疊加形式表示二進(jìn)制單指數(shù)CPM信號(hào)，即：
，其中，Τ為二進(jìn)制符號(hào)的周期，Q為進(jìn)制數(shù)，η為符號(hào)間隔，t為 時(shí)間； 步驟三二、求解PAM分量的系數(shù)
實(shí)PAM分量
0彡η彡Nh-1，其中，的二進(jìn)制表示形式的第i 位，
v(k, j, t)= j+m+L β k' j, w (n，j，t) = (n+m- (j+m) modL) modNh,
步驟三三、用PAM分解的線性疊加形式表示M進(jìn)制多指數(shù)CPM信號(hào)
，其中，第1個(gè)二進(jìn)制CPM的調(diào)制指數(shù)為
二進(jìn)制 碼元為a i ; 步驟三四、對(duì)第1個(gè)二進(jìn)制CPM分量應(yīng)用二進(jìn)制PAM分解得到
其中，
為第1個(gè)二進(jìn)制CPM分量 的PAM分量，
為第1個(gè)二進(jìn)制CPM分量的PAM系數(shù)， 步驟三五、求解
和
得到欲發(fā)送的Μ進(jìn)制的調(diào)制信號(hào)s (t ; α )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高傳輸速率和帶寬利用率的MMO Multi-h CPM無(wú)線通 信方法，其特征在于，步驟七中將步驟六加載熱噪聲后的每一路信號(hào)進(jìn)行基于PAM分解的 最優(yōu)檢測(cè)的過(guò)程為： 步驟七一、Nt個(gè)匹配濾波器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 步驟七二、對(duì)每一路濾波后的信號(hào)進(jìn)行基于Viterbi的解調(diào)檢測(cè)； 步驟七三、對(duì)步驟六二解調(diào)檢測(cè)后的信號(hào)進(jìn)行判決，輸出碼元。
【文檔編號(hào)】H04B7/08GK104104418SQ201410386951
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】吳芝路, 楊麗, 任廣輝, 江立輝, 何勝陽(yáng), 支毳鵬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)