MSK信号Alamouti空时编码系统设计与仿真分析*

姜朝宇 方毅伟 胡 波

(1.海军驻葫芦岛四三一厂代表室 葫芦岛 125004)(2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430079)

MSK信号Alamouti空时编码系统设计与仿真分析*

姜朝宇1方毅伟2胡 波2

(1.海军驻葫芦岛四三一厂代表室 葫芦岛 125004)(2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430079)

通过对MSK信号和线性Alamouti系统进行分析,对MSK信号表达式进行了分析推导,使该信号适合线性Alamouti通信系统,使连续相位信号不能直接适用Alamouti通信系统的问题得到解决,这种双天线系统适合小型化用户终端,对这种系统进行了仿真,仿真结果显示在高斯衰减信道下传输时,信号的误码率提高了大约8分贝。

最小移频键控信号；Alamouti；空时编码

(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通信标准中将MSK列为调制样式之一[1],MSK信号是恒包络连续相位调制信号[2～3],具有功率稳定等特点,一直以来受到重视,但是该调制样式在衰落信道中,由于受到衰减的因素使得误码率比较高。AT&T的Tarokh提出了空时编码的基本概念[4～5]。空时编码有效工作需要在多个发射天线,多个或则一个接受天线,因为空时编码是同时利用空间和时间两维信息来构造码结构,这样做能有效抵消信道衰落的影响,所以在理论上线性通信系统中空时编码理论已经比较成熟,并且这种编码方式有效地降低了衰落信道传输信息的误码率,综合考虑MSK信号的特点[6～7]和空时编码的优越性使MSK信号适应空时编码是一个重要方向,MSK信号Alamouti空时编码系统提高了误码率性能,能有效改善传输的视频效果,其同步问题可以用仍然传统的方法进行[8～10]。

2 MSK信号模型

MSK信号是连续相位信号而,Alamouti空时编码系统目前主要的研究都是针对线性系统的,为了使MSK信号适用Alamouti空时编码系统,需要对MSK信号的表达式、特点及内在要求做出分析,同样也需要对Alamouti空时编码系统的特点研究分析。

MSK信号是一种相位连续的信号,并且变换的两个频率部分是正交的,这就要求MSK信号的构建必须要符合这两个标准。

MSK信号要传输的基带码为In,那么要传输载有信息的符号位d(t),表示为

要传输的信号的相位可以表示为如下表达式

fd为频偏。相位可以进一步表示为

信号的指数形式表示为

波形q(t)是脉冲函数g(t)的积分,即

g(t)是一个持续时间为T的脉冲。

图1 MSK信号的相位轨迹

3 线性Alamouti空时编码系统设计

空时编码系统采用两发一收的Alamouti方案其框图如图2所示,其中在接收端来自两个天线各自的接收信号可以表示为

r1=c1s1+c2s2+w1

(1)

s1和s2是发射天线的两元天线阵子发送的信号要满足：

r1和r2是接收天线位置的来自接收天线的两个信号。

图2 Alamouti系统框图

(2)

将式(1)代入式(2)中,最大似然译码可以表示为

(3)

(4)

将式(1)带入上式则可以得到两个码元分组的表达式

(5)

这里主要是对符号的估计,针对线性系统的解调译码这里不做过多的分析,MSK利用了这里的传输原理,译码解调时主要用viterbi译码匹配滤波解调。

4 空间传输信道模型及MSK信号Alamouti空时编码设计

空间信道模型主要考虑到实际情况单个信道单个路径的情况,在设计Alamouti空时编码时,主要的考虑因素是使MSK信号适应线性Alamouti方案

4.1 空间传输信道模型

为了达到建模与实际情况相符合,这里的信道采用高斯衰减信道,由于两个天线阵子到达接收天线是两个不同的信道即两个路径不一致,其信道衰减状态也不一样,这里设计时考虑到一般信道是高斯信道,所以这里的衰减也采用高斯衰减。

4.2 空间传输信道模型

把MSK信号改造为适合Alamouti的形式是主要的任务,这就需要把传输的码元分为数据块,每块数据分为两组I1和I2,数据量大小一样,分别表示为指数形式如下,

分别对S1(t)和S2(t)延时NT后可以得到如下形式：

再与S1(t)和S2(t)进行比较可以得到

则把NT个码元看成一个数据块则符合线性空时编码的要求,表示如下

5 MSK信号恢复及解调

利用信道状态估计对传输的信息码进行解调前的分离,其分离公式根据线性Alamouti系统的信息处理方式式(4)可得

把分离出来的信息码按照发送前的拆分重新合并成一串信码序列,再进行viterbi解调。

6 仿真分析

在对MSK信号Alamouti空时编码系统进行仿真分析时进行参数设置要符合对该系统的假设,即进行的信道状态估计要在短时间内不改变,采样率设置为每个码元内采样点数为8,数据长度为128个码元,重复仿真100次,这样符合信道状态假设,进行仿真,仿真结果显示如图3所示,在高斯衰减信道模型下,MSK信号的空时编码通信系统比普通的MSK调制的通信系统的误码率提高大约8分贝。

图3 MSK的Alamouti空时编码误码率性能仿真曲线

7 结语

本文通过对MSK信号的相位特性进行分析,得出数据块之间的关系,再结合线性Alamouti的特点,设计了MSK信号的Alamouti空时编码系统,并对该系统进行了仿真,为该系统进一步发展、应用指明了方向,但是该系统在设计时考虑到了数据块内的信号的相位连续性,但是数据块与数据块之间的相位连续性没有解决,有待进一步的研究。

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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,工程师,研究方向:通信与信息系统。方毅伟,女,硕士,高级工程师,研究方向:舰艇通信系统总体设计。胡波,男,硕士,工程师,研究方向:舰艇通信系统总体设计。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.020