[发明专利]一种下行链路MIMO-LDPC调制与解调系统

说明书

技术领域

本发明涉及到多输入多输出(MIMO)无线通信系统，特别是下行链路 MIMO-LDPC基带调制与解调系统。

背景技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)表示多天线无线通信系统的 多输入多输出技术，MIMO技术利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天 线数量，相对于普通的SIS0(Single-Input Single-Output)无线通信系统， MIMO无线通信系统还可以包括SIMO(Single-Input Multiple-Output)无线 通信系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)无线通信系统。MIMO技 术已被考虑用于802.11n和802.16e的无线通信系统。802.11n和802.16e 是IEEE802.1x标准，802.11n和802.16e通过采用MIMO技术提高无线节点 的吞吐量和无线传输的可靠性。

无线通信中的MIMO技术可支持空间复用，因为它使用多空间通道传送和 接收数据。只有移动台和基站具有多天线发射机和接收机时才能支持MIMO技 术。

无线基站或移动台的多个天线在天线间距大于一定数值时发送信号，如 果发射机和接收机之间存在一定的散射体，可形成多个空间信道。使用单输 入单输出(SISO)的单天线无线通信系统形成一个空间信道。MIMO空间复用 技术允许多个天线同时发送和接收空间多路信号。MIMO空间复用技术允许无 线基站或移动台的多个天线同时发送和接收，也就是说可利用MIMO空间信道 成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，使频谱 利用率成倍地提高。

利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降 低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信 道提供的空间分集增益。实现空间复用解码的算法主要有贝尔实验室的BLAST 算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复 杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容 易实现，但是对信道的信噪比要求较高。BLAST算法际上是使用ZF算法加上 干扰删除技术得出的，对于移动台接收机，BLAST算法具有较高的系统实现复 杂度和成本。

目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时 块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的 空间分集和时间分集增益，从而降低信道误码率。但是，对于移动台的发射 机和接收机，空时编解码算法同样具有较高的系统实现复杂度和成本。

现有MIMO系统设计集中于利用多天线和空时码获取空间分集增益和编码 增益，以改善接收信号的误比特率性能。但是，现有的空时编解码方法存在四 个问题：1.基站发射机需要占用多个时隙产生空时编信号，等价于占用了多 个时分信道，降低了数据传输率；2.移动台接收机为获取空间分集需要进行信 道估计和信道矩阵计算，需要进行复杂的多空时解码，这对于低复杂度和低成 本的移动台是难以实现的；3.接收信号的误比特率性能的改善实际上是在牺 牲数据传输率的情况下取得的；4.未能为移动台在带宽不变的情况下提供独 立的空间复用信道。为解决上述问题，本发明提出一种下行链路MIMO-LDPC 调制与解调系统。

MIMO信道的空分复用要求MIMO信道高度独立，MIMO接收算法方可得到共 信道干扰较小的解码数据。但是在通常的实际应用中，MIMO信道并非高度独 立，这将导致共信道干扰，严重影响通信质量。本发明提出在下行链路的基 站发射机和移动台接收机采用LDPC编解码解决这一问题。

低密度奇偶校验码(LDPC码)是麻省理工学院Robert Gallager于1962 年在博士论文中提出的一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。LDPC好码的性 能可逼近香农限，LDPC码适用于本发明涉及的无线通信的MIMO信道。

任何一个(n，k)分组码，如果其信息向量与校验向量之间的关系是线性 的，即能用一个线性方程来描述的，就称为线性分组码。低密度奇偶校验码 (LDPC码)是一种线性分组码，它通过一个生成矩阵G将信息序列映射成发 送序列，也就是码字序列。对于生成矩阵G，完全等效地存在一个奇偶校验矩 阵H，所有的码字序列s构成了H的零空间(null space)，即Hs^T＝0。