姜朝宇 方毅偉 胡 波

(1.海軍駐葫蘆島四三一廠代表室 葫蘆島 125004)(2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430079)

MSK信號Alamouti空時編碼系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析*

姜朝宇1方毅偉2胡 波2

(1.海軍駐葫蘆島四三一廠代表室 葫蘆島 125004)(2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所 武漢 430079)

通過對MSK信號和線性Alamouti系統(tǒng)進行分析,對MSK信號表達式進行了分析推導,使該信號適合線性Alamouti通信系統(tǒng),使連續(xù)相位信號不能直接適用Alamouti通信系統(tǒng)的問題得到解決,這種雙天線系統(tǒng)適合小型化用戶終端,對這種系統(tǒng)進行了仿真,仿真結(jié)果顯示在高斯衰減信道下傳輸時,信號的誤碼率提高了大約8分貝。

最小移頻鍵控信號；Alamouti；空時編碼

(1. Navy Representative Office in Huludao 431 Factory, Huludao 125004)(2. 722nd Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Wuhan 430079)

Class Number TP391

1 引言

在2009年的IEEE 802.15.3c通信標準中將MSK列為調(diào)制樣式之一[1],MSK信號是恒包絡(luò)連續(xù)相位調(diào)制信號[2～3],具有功率穩(wěn)定等特點,一直以來受到重視,但是該調(diào)制樣式在衰落信道中,由于受到衰減的因素使得誤碼率比較高。AT&T的Tarokh提出了空時編碼的基本概念[4～5]?？諘r編碼有效工作需要在多個發(fā)射天線,多個或則一個接受天線,因為空時編碼是同時利用空間和時間兩維信息來構(gòu)造碼結(jié)構(gòu),這樣做能有效抵消信道衰落的影響,所以在理論上線性通信系統(tǒng)中空時編碼理論已經(jīng)比較成熟,并且這種編碼方式有效地降低了衰落信道傳輸信息的誤碼率,綜合考慮MSK信號的特點[6～7]和空時編碼的優(yōu)越性使MSK信號適應(yīng)空時編碼是一個重要方向,MSK信號Alamouti空時編碼系統(tǒng)提高了誤碼率性能,能有效改善傳輸?shù)囊曨l效果,其同步問題可以用仍然傳統(tǒng)的方法進行[8～10]。

2 MSK信號模型

MSK信號是連續(xù)相位信號而,Alamouti空時編碼系統(tǒng)目前主要的研究都是針對線性系統(tǒng)的,為了使MSK信號適用Alamouti空時編碼系統(tǒng),需要對MSK信號的表達式、特點及內(nèi)在要求做出分析,同樣也需要對Alamouti空時編碼系統(tǒng)的特點研究分析。

MSK信號是一種相位連續(xù)的信號,并且變換的兩個頻率部分是正交的,這就要求MSK信號的構(gòu)建必須要符合這兩個標準。

MSK信號要傳輸?shù)幕鶐Тa為In,那么要傳輸載有信息的符號位d(t),表示為

要傳輸?shù)男盘柕南辔豢梢员硎緸槿缦卤磉_式

fd為頻偏。相位可以進一步表示為

信號的指數(shù)形式表示為

波形q(t)是脈沖函數(shù)g(t)的積分,即

g(t)是一個持續(xù)時間為T的脈沖。

圖1 MSK信號的相位軌跡

3 線性Alamouti空時編碼系統(tǒng)設(shè)計

空時編碼系統(tǒng)采用兩發(fā)一收的Alamouti方案其框圖如圖2所示,其中在接收端來自兩個天線各自的接收信號可以表示為

r1=c1s1+c2s2+w1

(1)

s1和s2是發(fā)射天線的兩元天線陣子發(fā)送的信號要滿足：

r1和r2是接收天線位置的來自接收天線的兩個信號。

圖2 Alamouti系統(tǒng)框圖

(2)

將式(1)代入式(2)中,最大似然譯碼可以表示為

(3)

(4)

將式(1)帶入上式則可以得到兩個碼元分組的表達式

(5)

這里主要是對符號的估計,針對線性系統(tǒng)的解調(diào)譯碼這里不做過多的分析,MSK利用了這里的傳輸原理,譯碼解調(diào)時主要用viterbi譯碼匹配濾波解調(diào)。

4 空間傳輸信道模型及MSK信號Alamouti空時編碼設(shè)計

空間信道模型主要考慮到實際情況單個信道單個路徑的情況,在設(shè)計Alamouti空時編碼時,主要的考慮因素是使MSK信號適應(yīng)線性Alamouti方案

4.1 空間傳輸信道模型

為了達到建模與實際情況相符合,這里的信道采用高斯衰減信道,由于兩個天線陣子到達接收天線是兩個不同的信道即兩個路徑不一致,其信道衰減狀態(tài)也不一樣,這里設(shè)計時考慮到一般信道是高斯信道,所以這里的衰減也采用高斯衰減。

4.2 空間傳輸信道模型

把MSK信號改造為適合Alamouti的形式是主要的任務(wù),這就需要把傳輸?shù)拇a元分為數(shù)據(jù)塊,每塊數(shù)據(jù)分為兩組I1和I2,數(shù)據(jù)量大小一樣,分別表示為指數(shù)形式如下,

分別對S1(t)和S2(t)延時NT后可以得到如下形式：

再與S1(t)和S2(t)進行比較可以得到

則把NT個碼元看成一個數(shù)據(jù)塊則符合線性空時編碼的要求,表示如下

5 MSK信號恢復(fù)及解調(diào)

利用信道狀態(tài)估計對傳輸?shù)男畔⒋a進行解調(diào)前的分離,其分離公式根據(jù)線性Alamouti系統(tǒng)的信息處理方式式(4)可得

把分離出來的信息碼按照發(fā)送前的拆分重新合并成一串信碼序列,再進行viterbi解調(diào)。

6 仿真分析

在對MSK信號Alamouti空時編碼系統(tǒng)進行仿真分析時進行參數(shù)設(shè)置要符合對該系統(tǒng)的假設(shè),即進行的信道狀態(tài)估計要在短時間內(nèi)不改變,采樣率設(shè)置為每個碼元內(nèi)采樣點數(shù)為8,數(shù)據(jù)長度為128個碼元,重復(fù)仿真100次,這樣符合信道狀態(tài)假設(shè),進行仿真,仿真結(jié)果顯示如圖3所示,在高斯衰減信道模型下,MSK信號的空時編碼通信系統(tǒng)比普通的MSK調(diào)制的通信系統(tǒng)的誤碼率提高大約8分貝。

圖3 MSK的Alamouti空時編碼誤碼率性能仿真曲線

7 結(jié)語

本文通過對MSK信號的相位特性進行分析,得出數(shù)據(jù)塊之間的關(guān)系,再結(jié)合線性Alamouti的特點,設(shè)計了MSK信號的Alamouti空時編碼系統(tǒng),并對該系統(tǒng)進行了仿真,為該系統(tǒng)進一步發(fā)展、應(yīng)用指明了方向,但是該系統(tǒng)在設(shè)計時考慮到了數(shù)據(jù)塊內(nèi)的信號的相位連續(xù)性,但是數(shù)據(jù)塊與數(shù)據(jù)塊之間的相位連續(xù)性沒有解決,有待進一步的研究。

[1] http://www.ieee802.org/15/pub/TG3c.html.[EB/OL]

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Alamouti Space-time System Design and Simulation Analysis of MSK

JIANG Chaoyu1FANG Yiwei2HU Bo2

The analysis to MSK is finished and formula is deduced in order to adapt MSK signal to Alamouti space-time block codes communication system,which resolve the problem that the continuous phase signal does not directly apply to Alamouti system.The double antennae terminal can apply to mini-communication system. The simulation is fulfilled and result shows that bit error rate is improved 8 db in fading channels.

MSK, Alamouti, space-time block codes

2016年6月7日,

2016年7月10日

姜朝宇,男,工程師,研究方向:通信與信息系統(tǒng)。方毅偉,女,碩士,高級工程師,研究方向:艦艇通信系統(tǒng)總體設(shè)計。胡波,男,碩士,工程師,研究方向:艦艇通信系統(tǒng)總體設(shè)計。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.020