基于Watterson模型的相關(guān)信道下Goldencode性能研究論文
摘 要：完美空時(shí)編碼Golden code可以兼顧系統(tǒng)的有效性和可靠性，極大的提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的性能，因此將Golden code應(yīng)用于寬帶短波通信系統(tǒng)中提高系統(tǒng)的性能顯的十分必要;同時(shí)，在實(shí)際生活中各個(gè)信道直接很難做到獨(dú)立�；诖�，研究了信道相關(guān)性對Golden code空時(shí)編碼的性能影響。
關(guān)鍵詞：短波通信 Golden code 相關(guān)信道 空時(shí)編碼
短波通信以其機(jī)動靈活，抗毀滅性強(qiáng)以及設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)在國民經(jīng)濟(jì)，國防，軍隊(duì)建設(shè)中有著不可替代的作用。但信道差，帶寬窄的缺點(diǎn)使得短波通信傳輸速率低，質(zhì)量不高。MIMO技術(shù)可以在不增加帶寬的前提下提高信道可靠性，降低誤碼率。關(guān)于MIMO技術(shù)來改善短波通信性能已經(jīng)做出了大量的研究[1,2]，空時(shí)編碼作為MIMO中的一種不可或缺的技術(shù)，將其應(yīng)用于短波通信顯的十分必要。目前，廣泛研究的空時(shí)編碼技術(shù)可以分成兩類，一類是可以提高系統(tǒng)容量的空間復(fù)用技術(shù)，代表是分層空時(shí)碼，另一類是提高鏈路增益空時(shí)編碼技術(shù)，如空時(shí)塊碼。而Golden code即可實(shí)現(xiàn)復(fù)用增益同時(shí)有具有滿分集增益，相對于其他空時(shí)編碼有著明顯的優(yōu)勢，因此選擇將Golden code應(yīng)用于寬帶短波通信系統(tǒng)中來改善系統(tǒng)的性能。然而，在實(shí)際生活中各個(gè)信道間保持相互獨(dú)立是很難實(shí)現(xiàn)的[3,4]，因此考慮信道間相關(guān)性對整個(gè)系統(tǒng)的影響顯的十分必要。
1 系統(tǒng)模型
本文采用Golden code在[1]中提出的兩幅發(fā)送天線2幅接收天線的模型，如圖1所示。
表示從 根接收天線與 根發(fā)送天線之間的信道和 表示發(fā)送的符號[5]。
那么，第一個(gè)時(shí)隙所接收的信號可以表示為
假設(shè)在第二個(gè)時(shí)隙信道保持恒定，那么第二個(gè)時(shí)隙所接收的信號表示為
從上述等式中我們可以看出矩陣的對角線元素就是接收端信道的增益，也就是說， 是發(fā)送天線之間的相關(guān)項(xiàng)。如果發(fā)送天線之間相互獨(dú)立，那么 , .
2 信道模型
在實(shí)際的信道傳播中，信道模型可以看成是有限數(shù)量的相互相關(guān)的離散信號模型的組合。輸入信號要經(jīng)過有限階數(shù)的延遲，這些延遲都是可調(diào)整的;每階的信號有一個(gè)合適的階增益對它進(jìn)行幅度和相位調(diào)制，相當(dāng)于在每條路徑上加了頻率擴(kuò)展和多普勒頻移，這些調(diào)制信號在輸出端相加輸出。這個(gè)模型的時(shí)變頻響可表示成, 式中：表示路徑標(biāo)號，表示第i條路徑的延遲時(shí)間，n表示路徑總數(shù)，和表示相互獨(dú)立的隨機(jī)過程;用抽頭增益的相關(guān)函數(shù)來表示每階增益。
3 相關(guān)性分析
表示發(fā)送端天線到接收天線1的相關(guān)性系數(shù). 表示發(fā)送端天線到接收天線2的相關(guān)性系數(shù).。假設(shè)每個(gè)接收天線的.發(fā)送相關(guān)性是一樣的，同時(shí)對于一個(gè)接收天線來說信道增益是一個(gè)常數(shù)1。那么，空間相關(guān)的萊斯MIMO信道可以表示為[1]：
其中K 表示萊利因子， 和 分別表示直射徑(LOS)和非直射徑(NLOS) 部分。標(biāo)準(zhǔn)化MIMO信道矩陣 . 非直射徑信道矩陣可以表示為
其中 包含獨(dú)立復(fù)雜的獨(dú)立同分布高斯項(xiàng)，其均值為0方差為1。S和R分別表示發(fā)射和接收相關(guān)矩陣，經(jīng)過特征值分解，得到：
對于線性接收的Golden code空時(shí)編碼來說，MIMO信道被有效的解耦成Nt個(gè)并行數(shù)據(jù)流，容量可用下式表示：
為第K個(gè)數(shù)據(jù)流上經(jīng)過處理的信噪比. 如果使用最小均方誤差(MMSE)或迫零線性接收的方法，那么 可以分別表示為， 其中 表示第K個(gè)對角線元素，為了使得運(yùn)算簡單，在這里使用迫零算法，那么在Watterson相關(guān)信道下的概率分布函數(shù)為
比特差錯(cuò)概率：
M表示調(diào)制階數(shù)
結(jié)論：根據(jù)相關(guān)系數(shù)構(gòu)造MIMO相關(guān)信道矩陣，根據(jù)相關(guān)矩陣，推導(dǎo)的公式，求出值帶入上式即可求出相關(guān)性帶來的符號差錯(cuò)概率。
值得注意的是對于 可以基于聯(lián)合概率密度函數(shù)的期望進(jìn)行分析：
功率密度函數(shù)是隨機(jī)變量交叉的傅立葉變換
表示傅立葉變換。但這是一個(gè)超維積分，無法得到解析解。
4 小結(jié)
本文研究了基于Watterson信道模型的下信道間相關(guān)性對Golden code性能的影響，從理論上分析了相關(guān)信道下的比特差錯(cuò)率性能并進(jìn)行了仿真。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明：由于信道間相關(guān)性的存在，在寬帶短波信道這種惡劣信道環(huán)境下，系統(tǒng)性能下降的十分明顯。所以，通過何種技術(shù)手段來降低信道間相關(guān)性對Golden code 的影響，是后續(xù)研究中的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]S.Xu,H.Zhang,H.Yangand H.Wang.Newconsiderations for high frequency communications[C]//Communications, 2004 and the 5th International Symposium on Multi-Dimensional Mobile Communications Proceedings. The 2004 Joint Conference of the 10th Asia-Pacific Conference on. IEEE, 2004(1): 444-447.
[2]Y. Jie,L.Yong andW. Na. The Study on L-STBC-OFDM in HF Communication System[C]//Optoelectronics and Image Processing (ICOIP), 2010 International Conference on. IEEE, 2010(2): 641-644.
[3]M. Uysal, C.N. Geo
【基于Watterson模型的相關(guān)信道下Goldencode性能研究論文】相關(guān)文章：
基于蛛網(wǎng)模型的集團(tuán)國際戰(zhàn)略化研究論文05-31
基于CMMI的軟件開發(fā)模型應(yīng)用研究論文11-04
國外基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境比較研究論文04-13
基于模型的軟件測試技術(shù)探析論文05-03
周邊績效模型研究論文12-01