专利名称：一种blast收发系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及收发系统，具体地说是用于多天线MIMO无线通信的BLAST收发系统。
系统。
背景技术：
近年来，随着信息通信技术及其应用系统的迅速发展，使移动通信、无线通信、多媒体信息服务和因特网，为实现任何人在任何时间、任何地点进行任何种类的信息交互，提供了方便。但现有的第三代移动通信系统已经难以满足未来移动通信高速率、多业务、高质量的通信和数据传输需求，为此人们又提出了超3G或4G的概念，多个国际标准化组织和论坛也在积极开展未来移动通信的研究。例如，国际电信联盟—无线电通信部ITU-R在对第三代无线通信的全球标准IMT-2000的未来发展和超IMT-2000系统的文件中指出IMT-2000陆地无线接口的能力在2005年左右将扩展到近30Mbps；设想的在2010年左右超IMT-2000的新系统在高速移动条件下将支持约100Mbps的峰值速率，在低速移动条件下将支持约1Gbps的峰值速率。
当前广泛认同的支持未来移动通信高速率要求的一大技术关键是多输入多输出MIMO系统，MIMO技术可以在不增加系统带宽和传输功率的前提下，成倍地提高无线信道的信道容量。根据信息论，如果不同发射—接收天线对之间的信道衰落相互独立，在相同的发射功率和带宽下，一个拥有M个发射天线和N个接收天线的MIMO系统能达到的信道容量为现有的单天线系统的min(M，N)倍，从而提供了当前其它技术无可比拟的容量提升潜力。使用MIMO通常可以获得两种增益分集增益以及复用增益。为了实现高速数据的传输，需要获得尽可能大的复用增益。最早由贝尔实验室提出的BLAST系统，采用不同发射天线发射不同的子数据流，获得了最大复用增益。
目前，围绕BLAST系统的基本机构衍生出了多种发射系统结构，例如采用对角分层空时结构的D-BLAST，采用螺旋分层空时结构的T-BLAST等；结合编码方案实现的系统有垂直编码BLAST系统V-BLAST，水平编码BLAST系统H-BLAST。随着Turbo码的出现，迭代技术逐渐为人们所关注，发端与Turbo编码结合的各种BLAST系统相应产生，且因其接收端通过迭代方式有效的实现检测与译码，不仅降低了复杂度而且极大的提高了系统性能而成为研究的热点。特别是水平编码结构和垂直编码结构的TurboBLAST系统因其结构简单易于实现而成为普遍研究的对象。参照图1，传统的Turbo编码V-BLAST系统首先对信号进行Turbo编码，该Turbo编码包括两个分量卷积编码器，待发送信号经过第一分量编码器1编码，交织后的待发送信号经过第二分量编码器2编码，编码后的码字经过删余后并串变换为一数据流，通过空时变换分流到M路发射天线上。垂直结构的Turbo BLAST采用先进行统一Turbo编码再串并变换到各天线，可以获得最大的分集增益，如图4所示。该垂直结构的Turbo BLAST系统接收结构，接收端在经过软输入软输出SISO检测器后，通过空时反变换得到串行的数据流的软信息，之后通过典型的Turbo译码单元译码并反馈至检测器形成迭代。这种接收结构由于各天线的处理方式相同因此接收端在进行检测时不易采用分层处理的方式，且较难检测。
参照图2，现有的水平编码结构Turbo BLAST系统H-BLAST先将数据进行空时变换分流到M路各天线上，再在各天线分别进行Turbo编码，图5所示。该传统H-BLAST系统接收结构，接收端经过SISO检测器后，首先对每分支上的数据流进行Turbo迭代译码，迭代过程中译码输出的外信息反馈至前端SISO检测器，迭代完成后再将M路数具流经过空时反变换变为最终解调的信息序列。由于各天线采用独立编码，接收端的信号易于采用分层检测的方式，实现起来简单灵活，但是不能获得最大分集增益，系统性能取决于最差一层的性能。总体性能比垂直结构的Turbo BLAST系统差。
现有的大量文献多是对基于现有的水平或垂直编码结构进行研究，重点放在如何在接收端采用更低的复杂度实现迭代。有关发端结构的设计的研究比较少，因此若能设计较好的发端结构，并配合相应的迭代接收结构，通过联合设计，结合几种现有的系统的优点则可以提高系统整体性能，并且使得应用的范围更加广泛。
发明的内容本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种改进的BLAST收发系统，以分层处理的方式获得最大分集增益，实现MIMO无线通信系统的高速数据传输。
实现本发明目的的技术思路是将H-BLAST系统和V-BLAST系统的优点相结合，借以Turbo编码的思想，即参考Turbo编码的结构设计一种改进的BLAST系统，通过统一编码和在各天线分支上进行独立编码，以获得较大的分集增益与更为灵活的编码方案，对不同天线上数据实现不同等级的保护。
本发明对于有M个发射天线N个接收天线的收发系统，有其独立对应的发射系统结构和接收系统结构。
所述的BLAST发射系统，包括编码器、交织器、并串转换器、调制器、空时变换器，其中发射机通过统一编码器将待发送数据 进行统一编码x‾=encoder{u‾},]]>统一编码并经过删余后的一路码字序列 包括信息比特序列 和校验比特序列 该一路码字序列x‾=encoder{u‾}]]>通过空时变换器分为M组，每组包含 i＝1，2...M；每组的信息比特序列 通过各自支路编码器编码后输出的码字 与每组的校验比特序列 同时进入并串转换器，合为一路码字 输出，通过交织器、调制器发射到天线。这里各自支路编码器可以与统一编码器相同，也可以不同，各自支路编码器可以互不同，进行独立编码。
所述的BLAST接收系统，包括软输入软输出检测器、译码器、交织器、解交织器，并串转换器、空时变换器、空时反变换器，软输入软输出检测器将接收的信号分为M路码字序列对应的比特外信息，输入到各路解交织器，输出每一路的比特支路外信息序列 其中每路的支路外信息序列 经过串并变换分出M路第一外信息序列 和第二外信息 该 为M路对应校验比特序列 的外信息序列， 为M路对应码字序列 的外信息序列；M路的第一外信息序列 经过空时反变换后合为一路总校验比特外信息序列 作为统一译码器译码的总码字先验信息；M路的第二外信息序列 和各支路的先验信息序列 同时输入给各自对应的译码器进行软译码；每路译码器输出支路译码信息比特外信息 和支路译码校验比特外信息 两个信息，该 输送到软输入软输出检测器，该 信息通过空时反变换器变为一路总信息比特先验信息 输送到统一译码器；统一译码器接收总码字先验信息 和总信息比特先验信息 通过软译码输出总反馈信息比特外信息 和总反馈码字外信息 信息，再分别将所述的 信息和 信息反馈到各支路译码器的输入端和输出端，按照设定的反馈次数反馈后，最终输出信息比特软信息 并通过判决得到估计的数据序列 上述接收系统，其中所述的第二外信息序列 作为每路译码器译码的码字先验信息，输入给各自对应的译码器进行软译码。
上述接收系统，其中所述的各支路的先验信息序列 是由统一译码器软译码输出的总反馈信息比特外信息序列 经过空时变换后的支路先验信息序列。
上述接收系统，其中所述的支路译码校验比特外信息 输入到软输入软输出检测器，是将该支路译码校验比特外信息 与后级统一译码器反馈的经空时变换后的分支校验比特外信息 通过并串变换后合为一路外信息序列 再经过该支路交织器后反馈到前端软输入软输出检测器作为检测器的码字先验信息。
上述接收系统，其中所述的统一译码器通过软译码输出的总反馈码字外信息 包括总反馈校验比特外信息 和码字中获得的信息比特外信息 将总反馈校验比特外信息 通过空时变换分为M路分支校验比特外信息 分别反馈至各支路译码器的输出端。
上述接收系统，其中所述的统一译码器输出的总反馈信息比特外信息 通过空时变换分为M路支路先验信息序列 反馈至各支路译码器的输入端。
本发明与现有的技术相比，具有如下优点(1)本发明由于采用将现有的V-BLAST系统与H-BLAST系统相结合，在统一编码内进行统一编码，因而可以兼具V-BLAST获取最大分集增益和H-BLAST实现灵活的特点；同时由于本发明采用在各天线分支上进行独立编码，故可使接收端的检测使用分层检测算法；
(2)本发明与现有简单的混合级联BLAST系统相比克服了码率低以及接收端迭代复杂的缺点，使接收端的迭代方式更为灵活，即可以对软输出检测器以及并行独立译码器组和统一译码器之间采取不同的迭代方式，在信道条件好的情况下减小了迭代的运算量；(3)本发明的发射系统具有通用性，可以与MIMO自适应传输技术结合以及与现有的MIMO-OFDM或MIMO-MC-CDMA系统相结合，实现高速数据传输。
图1是传统V-BLAST发射结构框图；图2是传统H-BLAST发射结构框图；图3是本发明发射结构框图；图4是传统V-BLAST接收系统结构框图；图5是传统H-BLAST接收系统结构框图；图6是本发明接收系统结构框图；图7是本发明采用BPSK调制时与传统BLAST接收机性能仿真比较图；具体实施方式
以下参照附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
为了描述方便，本实施例设定8个发射天线和8个接收天线，编码器分为1个统一编码器和8个支路编码器，该统一编码器和支路编码器可以使用卷积码或使用Turbo码等网格码，最简单的是使用卷积码中的系统卷积码。接收系统进行检测译码的迭代次数设定为3。实际系统可以根据需要选择不同的天线数和迭代次数。
参照图3，本发明发射机首先通过统一编码器对待发送数据 进行统一编码即x‾=encoder{u‾},]]>该输出码字 包括信息比特 和校验比特 对校验比特进行删余后的码字为 该码字包括 删余后的码字经过空时变换复用到8个天线分支上，对信息比特序列 和校验比特序列 分别进行空时变换，变换后的信息比特序列和校验比特序列分别表示为 和 i＝1，2..8。对于每个天线分支i，信息比特序列 通过支路编码器进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行串并变换，合为一路码字序列 再通过交织及编码映射后最终从各天线上发射出去；即第一根天线的信息比特序列 通过第一支路编码器1进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第一个交织器及第一个调制器后，从第一根天线上发射出去；第二根天线的信息比特序列 通过第二支路编码器2进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第二个交织器及第二个调制器后，从第二根天线上发射出去；第三根天线的信息比特序列 通过第三支路编码器3进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第三个交织器及第三个调制器后，从第三根天线上发射出去；第四根天线的信息比特序列 通过第四支路编码器4进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第四个交织器及第四个调制器后，从第四根天线上发射出去；第五根天线的信息比特序列 通过第五支路编码器5进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第五个交织器及第五个调制器后，从第五根天线上发射出去；第六根天线的信息比特序列 通过第六支路编码器6进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第六个交织器及第六个调制器后，从第六根天线上发射出去；第七根天线的信息比特序列 通过第七支路编码器7进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第七个交织器及第七个调制器后，从第七根天线上发射出去；第八根天线的信息比特序列 通过第八支路编码器8进行编码，输出码字序列 将该码字序列 和校验比特序列 进行并串变换，合为一路码字序列 再依次通过第八个交织器及第八个调制器后，从第八根天线上发射出去。
参照图6，本发明的接收的结构不同于传统的V-BLAST和H-BLAST系统。需要对接收到的信号先经过复用变换，经复用分开的信号送至不同的单元处理。仍以8根接收天线为实例，具体过程为(1)前端SISO检测器输出的8路外信息为 i＝1，2..8，每一路外信息序列 首先经过串并变换分为对应支路编码器的第二外信息序列 和第一外信息序列 各路第一外信息序列 再依次通过解交织和空时反变换合并为一路校验比特外信息序列 作为统一译码器的总码字先验信息。
(2)各支路上由前端并串变换输出的第二外信息序列 经解交织后，作为支路译码器软译码的码字先验信息 每个支路上的支路译码器进行软译码还需要信息比特先验信息 该先验信息由后级统一译码器输出的总信息比特外信息序列 经过空时变换为支路外信息序列 反馈到支路译码器输入端。
(3)8个支路译码器与统一译码器之间通过反馈的外信息序列构成迭代环路。在初次迭代时，由于统一译码器没有反馈支路外信息序列，因此初始认为支路外信息序列为0，具体可以表示为 支路译码器根据编码结构计算对应比特的外信息LeD[xs_i,k\ci,k]=LD[xs_i,k\cl,k]-LaD[xs_i,k\cl,k]]]>式中xs_i，k，ci，k分别表示序列 和 中第k个比特，LD[xs_i，k\ci，k]为译码器计算的序列中每比特的软信息，LaD[sx_i，k]为支路信息比特序列中每比特先验信息，LaD[ci，k]为由前级SISO检测器获得的码字外信息序列中每比特的先验信息。
(4)各支路译码器输出支路码字外信息序列 和支路信息比特外信息序列 该支路码字外信息序列 与后级统一译码器经空时变换后反馈的支路码字先验信息 经过并串变换，再通过本支路的交织器后作为检测器先验信息序列 反馈至前端SISO检测器形成迭代环路；8个支路的信息比特外信息 经过空时变换作为后级统一译码器的总信息比特先验信息序列 即LaD[u‾]=T({LeD[x‾′s_i],....LeD[x‾′s_8]})]]>T表示空时变换，这里仅以最简单的并串变换为例。
(5)统一译码器输出总信息比特外信息 和总码字外信息 经过空时变换分别将序列 和 由一路变为8路后，反馈至支路译码器输入端和支路译码器输出端，分别作为支路译码器输入端的支路信息比特先验信息序列 和支路译码器输出端的支路校验比特先验信息 形成迭代环路。
(6)按照以上方式，对应的外信息可以首先在支路译码器组和统一译码器之间传递，迭代1次后将获得的外信息反馈至前端检测器，构成另一级迭代环路，迭代3次后向统一译码器输出信息比特软信息LD[u‾]=LeD[u‾]+LaD[u‾]]]>经判决输出最终检测序列 本发明的技术效果可通过以下仿真进一步详细描述。
参照图7，本发明在平坦瑞利衰落信道上对传统的一个8发8收的MIMO系统，采用BPSK调制下进行仿真。接收端的信号可表示为，Y＝HS+N其中信道矩阵H中的每个元素为相互独立的复高斯随机变量，S表示8个发射天线上发射的信号矢量，N为噪声矢量，其中每个元素为相互独立的复高斯随机变量，Y为接收端接收的信号矢量。仿真中系统的每根天线发送相互独立的信号，按帧发送信号，每帧512个符号。译码器之间迭代次数设定为1次，译码器与检测器之间的迭代次数设定为3次。每根接收天线上的平均信噪比从-2dB变到3dB，以不同信噪比下的系统误比特率作为比较对象。图7中分别显示了传统V-BLAST系统、H-BLAST系统以及本发明系统在译码器与检测器之间迭代次数为1次、2次、3次情况下的误比特性能，横坐标表示信噪比SNR，纵坐标表示误比特率BER。本发明系统的曲线在图7中用缩写TLBLAST表示。可以看出随着信噪比的提高，系统的误比特率变小，系统性能变好。通过对比图7中进行1次迭代时各系统的误比特率曲线，以及2次迭代，3次迭代时各系统的误比特率曲线，也可以看出在达到相同误比特率的情况下，本发明所需的信噪比要低于传统BLAST系统所需的信噪比，因此本发明每次迭代后的性能要优于传统BLAST系统。由于仿真中发端的每个天线上的编码采用相同的编码方式，因此当发端已知信道信息采用自适应编码时本发明系统的性能将会进一步提高。
英文缩语说明MIMO 多输入多输出SISO 软输入软输出BLAST 贝尔实验室分层空时结构D-BLAST 对角结构BLASTT-BLAST 螺旋结构BLASTV-BLAST 垂直结构BLASTH-BLAST 水平结构BLASTTLBLAST 类Turbo结构BLASTMIMO-OFDM 多输入多输出频分正交复用MIMO-MC-CDMA 多输入多输出多载波码分多址
权利要求
1.一种BLAST发射系统，包括编码器、交织器、并串转换器、调制器、空时变换器，其特征在于发射机通过统一编码器将待发送数据 进行统一编码x‾=encoder{u‾}]]>，统一编码并经过删余后的一路码字序列 包括信息比特序列 和校验比特序列； 该一路码字序列x‾=encoder{u‾}]]>通过空时变换器分为M组，每组包含{x‾s_i,x‾p_i},i=1,2...M;]]>每组的信息比特序列 通过各自支路编码器编码后输出的码字 与每组的校验比特序列 同时进入并串转换器，合为一路码字 输出，通过交织器、调制器发射到天线。
2.一种BLAST接收系统，包括软输入软输出检测器、译码器、交织器、解交织器，串并转换器、空时变换器、空时反变换器，软输入软输出检测器将接收的信号分为M路码字序列对应的比特外信息，输入到各路解交织器，输出每一路的比特支路外信息序列LeM[w‾i]i=1,2...M,]]>其特征在于每路的支路外信息序列 经过串并变换分出M路第一外信息序列 和第二外信息 ，该 为M路对应校验比特序列 的外信息序列， 为M路对应码字序列 的外信息序列；M路的第一外信息序列 经过空时反变换后合为一路总校验比特外信息序列 作为统一译码器译码的总码字先验信息；M路的第二外信息序列 和各支路的先验信息序列 同时输入给各自对应的译码器进行软译码；每路译码器输出支路译码信息比特外信息 和支路译码校验比特外信息 两个信息，该 输送到软输入软输出检测器，该 信息通过空时反变换器变为一路总信息比特先验信息 输送到统一译码器；统一译码器接收总码字先验信息 和总信息比特先验信息 通过软译码输出总反馈信息比特外信息 和总反馈码字外信息 信息，再分别将所述的 信息和 信息反馈到各支路译码器的输入端和输出端，按照设定的反馈次数反馈后，最终输出信息比特软信息 并通过判决得到估计的数据序列
3.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于第二外信息序列 作为每路译码器译码的码字先验信息，输入给各自对应的译码器进行软译码。
4.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于各支路的先验信息序列 是由统一译码器软译码输出的总反馈信息比特外信息序列 经过空时变换后的支路先验信息序列。
5.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于所述的支路译码校验比特外信息 输入到软输入软输出检测器，是将该支路译码校验比特外信息 与后级统一译码器反馈的经空时变换后的分支校验比特外信息 通过并串变换后合为一路外信息序列 再经过该支路交织器后反馈到前端软输入软输出检测器作为检测器的码字先验信息。
6.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于统一译码器通过软译码输出的总反馈码字外信息 包括总反馈校验比特外信息 和码字中获得的信息比特外信息 将总反馈校验比特外信息 通过空时变换分为M路分支校验比特外信息 分别反馈至各支路译码器的输出端。
7.根据权利要求2所述的接收系统，其特征在于统一译码器输出的总反馈信息比特外信息 通过空时变换分为M路支路先验信息序列 反馈至各支路译码器的输入端。
全文摘要
本发明公开了一种BLAST收发系统。该系统发射端包括编码器、交织器、并串转换器、调制器、空时变换器，接收端包括软输入软输出检测器、译码器、交织器、解交织器，并串转换器、空时变换器、空时反变换器。该发射端统一编码后的序列经过空时映射到不同天线上再进行独立编码后发射，并用类似Turbo编码方式级联统一编码器和支路编码器；该接收端对接收到的信号经软输出检测后，分别解复用为各支路译码器的码字先验信息及统一译码器的校验比特先验信息，支路译码器对各分支序列软译码后，输出信息比特外信息，再经并串变换后作为统一译码器的信息比特先验信息进行软译码，最终判决输出。本发明具有误码率低和编码灵活的优点，可用于MIMO无线高速传输通信系统。
文档编号H04B1/16GK101072039SQ20071001809
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者李建东, 陈亮, 赵琳靖, 庞继勇, 董伟 申请人:西安电子科技大学