hf相关信道下并行多组空时编码的ber性能分析

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1、HF相关信道下并行多组空时编码的BER性能分析　　【摘要】针对短波无线信道的特点给出了相关衰落条件下短波MIMO信道的数学模型，matlab仿真分析了短波相关信道下，不采用预编码、SVD预编码以及GMD预编码时MGSTC编码的BER性能。仿真结果表明，相关衰落极大降低了系统BER性能，SVD预编码以整体BER性能为代价提升了系统抗衰落特性，GMD预编码提升系统抗相关衰落特性很少。　　【关键词】短波通信相关衰落多组空时编码BER　　1引言　　短波通信抗毁性强、性价比高、组织灵活，广泛应用于国防建设及国民经济领域[1]。但是频带窄、信道稳定性差使其传输速率和通信

2、质量难以满足不断发展的业务需求。将MIMO（MultipleInputMultipleOutput，多输入多输出）技术引入短波通信，可以有效抵抗衰落并提高频谱利用率，尤其是MGSTC（Multi-GroupSpace-TimeCoding，多组空时编码）的采用，可以同时提高通信质量和传输速率，已经受到关注。但是，实际的短波通信中由于频段低、波长长，各天线间存在更为严重的相关衰落特性，这将严重影响系统BER性能。8　　目前，在MIMO系统中针对相关衰落的研究较多，但在MGSTC系统中相关衰落对BER性能影响的研究很少。在国外，文献[2]针对发送天线选择系统，进

3、行了相关衰落条件下误符号率以及信道容量随SNR变化情况进行理论分析及描述。文献[3]比较了相关衰落信道与独立信道下空时编码系统的误符号率上限。文献[4]分析了相关衰落引起的系统分集增益以及复用增益的损失。在国内，王钦玉[5]等人构建了基于广域分集技术和频域分集技术的短波MIMO系统，虽然利用软件仿真和天波通信试验验证了短波MIMO通信可以有效提高系统性能，但仍未对相关衰落特性进行研究。王运建[6]等人针对短波MIMO信道的相关性进行了研究和测量，提出了利用PN序列优选对扩频滑动相关和基于MIMO-OFDM频域信道估计进行短波MIMO信道相关性测量的方法。王坤

4、[7]等人针对短波通信中信号传播延时大对反馈预编码性能的影响，提出一种信道估计与预测模型，自适应根据反馈信号预测当前时变信道参数的思想。　　本文建立了短波相关衰落信道下采用预编码技术的MGSTC系统，定性分析了相关衰落对系统BER性能和信道容量的影响，matlab仿真了未采用预编码以及采用不同预编码时，相关衰落对系统BER性能的影相。文中（?）T表示转置，（?）*表示共轭，（?）H表示共轭转置，（?）-1表示矩阵的逆，

5、

6、?

7、

8、表示模运算。　　2系统模型　　系统模型如图1所示，针对发送天线Nt=16、接收天线Nr=16、空时编码时隙T=8的MIMO-OFDM

9、系统。一个编码时间内待发送数据X=[x1，x2，x3，...，x16]T通过分组模块进行串并转换为四组数据，其中第g组数据表示为[x4g-3，x4g-2，x4g-1，...，x4g]T，g=1、2、3、4，先将各组数据采用Vahid编码方案[8]分别进行空时编码后获得四天线八时隙空时编码矩阵Xg，g=1、2、3、4，则四组数据合并后获得Nt×T阶空时编码矩阵XMGST=[X1，X2，X3，X4]，最后将XMGST通过一个Nr×8Nt阶的预编码矩阵F进行预编码后发送。　　假设信道为准静态平坦瑞丽衰落信道，在一个编码块时间内保持不变，且与下一个编码块的信道相互独

10、立，对应接收端8时隙内的接收信号。则离散基带接收信号为：　　其中，Y为16×8阶矩阵，表示一个编码块时间（8时隙）内接收信号，H为Nr×Nt阶相关衰落信道矩阵，N为Nr×T阶加性高斯白噪声矩阵，其元素服从标准独立复高斯同分布N（0，1），预编码矩阵可以表示为：　　其中，VF为Nt×Nt阶酉矩阵，ΛF为Nt×Nt阶对角矩阵。　　2.1信道模型　　根据文献[9]，相关衰落信道模型可表示为H=RRx1/2GRTx1/2，其中接收相关矩阵RRx=E{HHH}，发送相关矩阵RTx=E{HHH}，G为i.i.d.信道矩阵，其元素服从标准独立复高斯同分布N（0，1）。由于

11、接收相关矩阵RRx中元素ρRx，i，j，i≠j表示第i、第j根接收天线间的相关系数，令其平均值ρRx表示接收相关系数。同理，ρTx表示发送相关系数。　　2.2解码方案　　接收端对接收信号的处理主要包括预编码均衡处理和MGSTC解码处理两部分。　　预编码均衡处理利用预编码技术将信道矩阵处理为对角矩阵，从而将原MIMO系统转化为多个独立的SISO系统。均衡处理以及逆分组映射后信号可表示为：　　3基于信道分解的预编码算法8　　基于信道分解的预编码算法的核心思想是对信道矩阵进行适当分解，进而得到相应的发射端预编码矩阵、接收端均衡矩阵以及将原有MIMO信道转换为多个相

12、互独立子信道的等效信道矩阵。其主要包括奇异值分解（S