一種毫米波空間調(diào)制方法與聯(lián)合編碼裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)的空間調(diào)制方法，在此技術(shù)上進(jìn)一步提出了一種高效的聯(lián)合編碼調(diào)制技術(shù)，顯著提升了非線性射頻功率放大器下的傳輸性能；通過對空間調(diào)制碼的相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化，按照特定規(guī)則修正空間調(diào)制輸出符號的星座點(diǎn)分布，有效增強(qiáng)了毫米波傳輸信號抵抗非線性失真的能力。相比于現(xiàn)有的應(yīng)對毫米波非線性失真技術(shù)(主要分為功率回退和外圍電路設(shè)計兩個方面)，該聯(lián)合編碼空間調(diào)制方案能在不降低功放系統(tǒng)的增益，且無需任何額外處理的情況下，有效改善存在射頻器件減損情況下的毫米波系統(tǒng)傳輸性能，同時也進(jìn)一步提升毫米波無線通信的傳輸效率，為毫米波通信提供了一種極具應(yīng)用潛力的新方案。本發(fā)明提出的針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法具有優(yōu)良的穩(wěn)健性，因而可廣泛的應(yīng)用于實(shí)際毫米波通信系統(tǒng)設(shè)計中。
【專利說明】一種毫米波空間調(diào)制方法與聯(lián)合編碼裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計了一種針對60GHZ毫米波通信系統(tǒng)的空間調(diào)制方法，在此技術(shù)上進(jìn)一 步提出了一種高效的聯(lián)合編碼調(diào)制技術(shù)，顯著提升了非線性射頻功率放大器下的傳輸性 能；通過對空間調(diào)制碼的相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化，按照特定規(guī)則修正空間調(diào)制輸出符號的星座 點(diǎn)分布，有效增強(qiáng)了毫米波傳輸信號抵抗非線性失真的能力。在無需任何額外處理的情況 下，該聯(lián)合編碼空間調(diào)制方案可進(jìn)一步提升60GHz毫米波無線通信的傳輸效率，同時也有 效改善了存在射頻器件減損情況下的系統(tǒng)傳輸性能。屬于通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多媒體應(yīng)用的發(fā)展，現(xiàn)有的短距離無線通信技術(shù)越來越不能滿足人們需求， 60GHz毫米波通信成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。與其他短距離無線通信技術(shù)相比，60GHz毫米波通 信技術(shù)的主要特征為：具有豐富的頻譜資源，為Gbps量級的通信速率提供了條件，如美國 將免許可的頻率范圍劃分為7GHz (57GHz-64GHz)，日本也將劃分7GHz (59. 4GHz-62. 9GHz)， 而歐洲更是高達(dá)9GHz(57GHz_66GHz);允許較大的等全向福射功率（Effective Isotropic Radiated Power，EIRP)，約為 IEEE 802. lln 的 10 倍及超寬帶（Ultra Wide Band，UWB) 的30000倍。由于60GHz毫米波通信的工作頻點(diǎn)高、傳輸帶寬大的特點(diǎn)，給相關(guān)硬件實(shí)現(xiàn) 與設(shè)計帶來巨大難題難，而射頻器件的非理想特性也將造成一定的硬件減損（hardware impairments)，極大程度惡化了毫米波通信系統(tǒng)傳輸性能。這其中，毫米波射頻功率放大器 (Power Amplifier, PA)的非線性特性尤為顯著。
[0003] 當(dāng)前應(yīng)對毫米波非線性失真技術(shù)主要分為功率回退和外圍電路設(shè)計兩個方面。盡 管功率回退法實(shí)現(xiàn)簡單，但是這種方法大大制約了功放系統(tǒng)的工作效率，致使其傳輸性能 十分有限。相比于功率回退法，采用外圍反饋電路（大致分為負(fù)反饋技術(shù)、前饋技術(shù)和預(yù)失 真技術(shù)）則能有限改善毫米波系統(tǒng)的射頻器件非線性，同時提升了功放器件的傳輸效率與 系統(tǒng)傳輸性能；然而都需要進(jìn)行額外電路設(shè)計，如數(shù)字預(yù)失真技術(shù)需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和復(fù)雜 的基帶處理電路設(shè)計，大大增加系統(tǒng)的功耗與設(shè)計復(fù)雜度。
[0004] 本發(fā)明首次設(shè)計了一種毫米波系統(tǒng)空間調(diào)制與聯(lián)合編碼方案，該方案在有效提 升其傳輸效率的同時，通過優(yōu)化其輸出星座分布，極大限度改善了存在射頻功放非線性失 下的傳輸性能。首先，基于空間調(diào)制的正交時空編碼（Spatially Modulated Orthogonal Space-Time Block Coding, SM-0STBC)方案，提出了一種應(yīng)對毫米波非線性失真的 空間調(diào)制與聯(lián)合編碼方法與裝置；通過優(yōu)化設(shè)計空間調(diào)制碼字，即SC碼字（Spatial Constellation Codewords)的相位，進(jìn)一步修正了編碼輸出的空間星座圖分布特性，增強(qiáng) 了抵抗系統(tǒng)非線性失真的能力。所提出的空間調(diào)制與聯(lián)合編碼方案有機(jī)結(jié)合了 Alamouti 空時分組碼（Space-time block code, STBC)和SC編碼，因而可獲得更高頻譜利用率，相 比于傳統(tǒng)的多天線系統(tǒng)其傳輸效率可提升至（nT-2+log 2M)比特/信道利用（bits per channel use, bpcu)，其中nT為激活的發(fā)射天線數(shù)目，M為調(diào)制階數(shù)；于此同時，經(jīng)過聯(lián)合編 碼調(diào)制優(yōu)化之后的星座圖能有效克服非線性失真的影響，在無需額外處理的情況下極大提 升了毫米波系統(tǒng)的傳輸性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明設(shè)計了一種毫米波系統(tǒng)空間調(diào)制與聯(lián)合編碼方案，該方案基于SM-0STBC 模型，通過優(yōu)化設(shè)計SC碼字的相位，進(jìn)一步修正了調(diào)制輸出的空間星座圖分布特性，有效 增強(qiáng)了抵抗系統(tǒng)非線性失真的能力。本方法在毫米波傳輸系統(tǒng)中采用了 Alamouti STBC編 碼和SC編碼，并通過SM-0STBC結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了其系統(tǒng)頻譜利用率與抗衰落特性；與此同 時，通過對空間星座調(diào)制碼相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化，按照特定規(guī)則修正空間星座調(diào)制輸出符號 的星座點(diǎn)分布，有效增強(qiáng)了傳輸信號抵抗非線性失真的能力。新方案在無需額外處理情況 下，在功率回退3dB且誤比特率（BER)為10_ 4的條件下，可相比于傳統(tǒng)的SM-0STBC系統(tǒng)獲 得2dB的性能提升（見附圖2)。綜上所述，本發(fā)明將為應(yīng)對毫米波非線性失真下的高效可 靠傳輸提供一種極具應(yīng)用潛力的方案。
[0006] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007] 本發(fā)明基于SM-0STBC方案，提出了一種應(yīng)對毫米波非線性失真的空間調(diào)制與聯(lián) 合編碼方法與裝置，系統(tǒng)模型見附圖1，具體的方案如下：
[0008] 首先，系統(tǒng)每隔兩個碼元時刻輸入一組2m+n bit信息的信號，其中m= log2M(M為 調(diào)制階數(shù)），n = 2X (nT - 2) (nT為系統(tǒng)激活的傳輸天線數(shù)）。
[0009] 其次，輸入信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換生成兩路m bit信號和一路n bit信號。兩路m bit 信號分別經(jīng)過M階正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM)輸出，再經(jīng) Alamouti STBC編碼映射生成2X2矩陣X;另一路n bit信號經(jīng)過SC編碼映射生成nTX2 矩陣Sq。
[0010] 接著，矩陣sq和X矩陣相乘，生成的nTX 2空間調(diào)制輸出矩陣C，再經(jīng)非線性功放 生成nTX2矩陣C'，并將矩陣C'經(jīng)兩個碼元時刻調(diào)制至％根激活的傳輸天線發(fā)送出去。
[0011] 最后，在接收端解調(diào)根據(jù)％根接收天線在兩個碼元時刻接收的信號，再利用最大 似然準(zhǔn)則解調(diào)出未知發(fā)送信號。
[0012] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是：
[0013] 1)本發(fā)明首次設(shè)計了一種針對毫米波系統(tǒng)的空間調(diào)制與聯(lián)合編碼方案，該方案可 進(jìn)一步提升系統(tǒng)傳輸效率。
[0014] 2)本發(fā)明通過對空間星座調(diào)制碼的相位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化，按照特定規(guī)則修正空間星 座調(diào)制輸出符號的星座點(diǎn)分布，有效增強(qiáng)了傳輸信號抵抗非線性失真的能力。
[0015] 3)區(qū)別于現(xiàn)有方案，本方案在無需任何額外處理的情況下，提供了一種更加簡單 高效的抵抗非線性失真的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為功率回退3dB的性能比較圖。
[0017] 圖2為系統(tǒng)發(fā)送端框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明所設(shè)計60GHz毫米波空間調(diào)制方法與聯(lián)合編碼裝置大致分為SC編碼映射 和空間調(diào)制及聯(lián)合編碼實(shí)現(xiàn)兩部分，即信號分別經(jīng)SC編碼映射和Alamouti STBC編碼映 射，再經(jīng)聯(lián)合編碼輸出空間調(diào)制輸出矩陣C，再經(jīng)發(fā)送、接收解調(diào)獲得原始信號。下面分別對 SC碼字設(shè)計、聯(lián)合編碼的實(shí)現(xiàn)以及接收解調(diào)三個方面進(jìn)行闡述。
[0019] 1.SC碼字設(shè)計
[0020] 本發(fā)明通過優(yōu)化設(shè)計SC碼字的相位，進(jìn)一步修正了編碼輸出的空間星座圖分布 特性，增強(qiáng)了抵抗系統(tǒng)非線性失真的能力。SC碼字設(shè)計可以大致分為SC碼字設(shè)計步奏和 相位優(yōu)化原理兩部分。
[0021] 1)SC碼字設(shè)計步奏
[0022] 在介紹SC碼字具體設(shè)計步驟之前，先引入nTX 2生成矩陣，

【權(quán)利要求】
1. 一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法，能有效應(yīng)對系統(tǒng)非線性失真；其 特征在于：充分考慮毫米波射頻功率放大器（Power Amplifier，PA)的非線性特性，設(shè)計 了一種應(yīng)對60GHz毫米波非線性失真的空間調(diào)制方法，有機(jī)結(jié)合了 Alamouti空時分組碼 (Space-time block code，STBC)和 SC 編碼（Spatial Constellation Codewords)，在提升 毫米波系統(tǒng)頻譜效率的同時，亦能有效增強(qiáng)其傳輸信號抵抗非線性失真的能力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法，其特征是，空間 調(diào)制方法有機(jī)結(jié)合了 Alamouti STBC編碼和SC編碼，因而可獲得更高頻譜利用率，相比于 傳統(tǒng)的多天線系統(tǒng)其傳輸效率可提升至（nT_2+log2M)比特/信道利用（bits per channel use，bpcu)，其中ητ為激活的發(fā)射天線數(shù)目，M為調(diào)制階數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法，其特征是，所述 Alamouti STBC 編碼將兩路 M 階正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM) 輸出，經(jīng)Alamouti STBC編碼生成輸出碼字矩陣X。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法，其特征是，所述 SC編碼，是將SC碼字其中的向量Sq第一項旋轉(zhuǎn)Q1，若其之后21-1和21 (2< I <ητ/2，ητ 為激活發(fā)射天線數(shù)）項同為實(shí)數(shù)或者虛數(shù)，將其21-1、21項分別旋轉(zhuǎn)θ2、θ3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制方法，其特征是，所 述SC編碼，其中優(yōu)化角度的選擇是采用離線優(yōu)化的方式，在正式通信之前通過發(fā)送已經(jīng)協(xié) 定的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)服從離散均勻分布），通過不斷的改變旋轉(zhuǎn)角度值，采用在當(dāng)前性噪比 (SNR)條件下使得接收端誤比特率（BER)最小的角度作為優(yōu)化角度。
6. -種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制和聯(lián)合編碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效應(yīng)對 60GHz毫米波非線性失真，其特征在于，包括SC編碼模塊、Alamouti STBC編碼模塊、聯(lián)合編 碼模塊； 其中所述SC編碼模塊，用于將信息編碼并且修正空間調(diào)制輸出符號的星座點(diǎn)分布； 其中所述Alamouti STBC編碼模塊，用于編碼信息并且增強(qiáng)空間調(diào)制輸出符號抗信道 衰落的能力； 其中所述聯(lián)合編碼模塊，用于將SC編碼模塊與Alamouti STBC編碼模塊輸出碼字進(jìn)行 聯(lián)合編碼，采用兩者碼字的各自特性，在提高系統(tǒng)的頻譜利用率同時，提升系統(tǒng)抗毫米波系 統(tǒng)非線性失真的能力，實(shí)現(xiàn)了空間調(diào)制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制和聯(lián)合編碼系統(tǒng)，其 特征在于，所述SC編碼映射模塊，在輸入n bit信息后，輸出SC映射編碼輸出矩陣Sq，其中 不僅傳遞了 n bit信息而且可修正空間調(diào)制輸出符號的星座點(diǎn)分布，有效增強(qiáng)了毫米波傳 輸信號抵抗非線性失真的能力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制和聯(lián)合編碼系統(tǒng)， 其特征在于，所述Alamouti STBC編碼模塊，兩路m bit信號分別經(jīng)過M階正交幅度調(diào)制 (Quadrature Amplitude Modulation，QAM)輸出，再經(jīng) Alamouti STBC 編碼映射生成 2X2 矩陣X ;此編碼不僅提高系統(tǒng)的頻譜利用率，而且提高了系統(tǒng)抵抗信道衰落的能力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種針對60GHz毫米波通信系統(tǒng)空間調(diào)制和聯(lián)合編碼系統(tǒng)，其 特征在于，聯(lián)合編碼模塊，將SC編碼模塊輸出碼字矩陣S q與Alamouti STBC編碼模塊輸出 碼字矩陣X，進(jìn)行矩陣相乘，獲得聯(lián)合編碼輸出C。此模塊結(jié)合上述兩者碼字的各自特性，在 提高系統(tǒng)的頻譜利用率同時，提升系統(tǒng)抗毫米波系統(tǒng)非線性失真的能力，實(shí)現(xiàn)了空間調(diào)制。
【文檔編號】H04L1/06GK104320222SQ201410613737
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李斌, 林學(xué)彬, 趙成林, 許方敏 申請人:北京郵電大學(xué)