多层空时码的半定松弛准最大似然解码研究.pdf

多层空时码的半定松弛准最大似然解码 孙艳华吴伟陵 北京邮电大学北京 100876。email：sunashefly@163．com． 摘要：为了取得高的数据率同时利用发送分集，多层空时码将V．BLAST的分层传输技术和 空时分组码相结合．然而多层空时码层与层之间强的干扰导致了串行干扰删除这样简单的次 优检测算法不能取得好的性能，而最优的最大似然检测由于高的复杂度限制了其应用范围。 本文采用基于半定松弛的检测算法能够在多项式的时间内很好的逼近最大似然解，仿真结果 证明与串行干扰删除或迫零检测相比，半定松弛的方法获得了接近最优的性能． 关键词：多层空时码准最大似然检测半定松弛 1 引言 近年来信息理论的研究结果表明：多人多出侧【mIo)系统可以获得比单发单收系统更高的 容量…。MIMO空时信号处理技术，通常可分为两类：空间复用和空时码。前者最好例子是 ‘51(STBC)等等。 BLAST系统将信源数据分为多个数据子流，分别用不同的发射天线发射出去。空时码从 空间和时间上在信号间引入了相关性以此来获得分集增益和编码增益，为了同时利用容量和 time 分集增益，多层空时编码(Multi-stratum space 种混合的空时传输技术。其基本原理就是将数据流分成并行的子数据流(也叫做层)，每个层 由于采用了STBC技术获得了全分集，层与层之间数据的正交叠加产生独立的发送符号，这 是MIMO系统取得高数据率的前提条件。 通常，层与层之间甚至在不相关信道的情况下也会产生严重的干扰，因此串行干扰删除 检测并不能产生好的性能，而最大似然检测的复杂度又太高，限制了实际可行性。本文将半 定松弛算法刚17】(SDR)应用到多层空时码的解码中，取得了接近最大似然的性能。首先介绍 他次优检测算法的性能比较，最后为本文的小结。 本文涉及的符号含义如下：小写斜体字母、大写斜体字母分别代表复数列矢量和矩阵， 带下标d的字母代表实数值，上标T，H，圆分别表示矩阵转置、共轭转置，和Kronecker积， Q(．】表示量化到调制星座中最近的符号。最后，对任意一个复数m×n矩阵A，那么A各行的 实部和虚部交替构成实的2mxn矩阵A。。 ·165· 2 MSSTC系统模型 2．1 MIMO信道模型 我们考虑一个单用户MIMO系统，M个发射天线，N个接收天线，接收信号是M个发送 信号经过信道后与噪声叠加而成，用矩阵的形式表示为：r=Hs+n，发送信号矢量 s=【s。，s：，…，％】r，假设信道日为平坦块衰落，即在一帧中不变化，帧与帧之间独立变化，信 道元素是一个零均值方差为1的独立高斯随机变量，同时假设理想信道估计即接收端完全已 知信道，‘噪声是独立同分布的零均值，实部虚部方差为Ⅳo12的复高斯随机变量。 2．2空时分组码基本结构及其解码 两发射分集的方案。它采用两个天线，能够实现完全发射分集。后来V．Tarokh应用正交设计 理论推广到任意的发射天线瞪j。 由于复数共轭不是线性运算，我们把发送矢量a写成其对应的由实部和虚部构成的实数 矢量％，为了写成一个紧凑的形式，我们把Ⅳ。个发送矢量写成一个长的列矢量j， 『％1『Co1 i (1) s=l J=I；l·ad=G·aa }札一。j【吒一。J 矩阵G是STBC的生成矩阵，由于正交空时码发送矢量的正交性，所以其具有线性的解 码复杂度，这也正是其应用广泛的主要原因。但是STBC的主要缺点是由于Ⅳ，个发送矢量的 每一个承载了相同的信息，STBC的这种重复性限制了不可能取得高的数据率。 3多层空时码(MSTTC)结构及其编解码 3．1 多层空时码(MSTTC)编码 MSITC组合了空时分组码和V-BLAST两种技术，能够同时利用发送分集和获得比较高 的数据速率，可以看作是线性扩散码0m)的一种特殊情况。