基于分布式空时编码的盲检测战术协同通信网络

作者:范贤学;高承志;金兴华 刊名:指挥信息系统与技术 上传者:张金根

【摘要】协同通信网络通过多终端共享天线提升系统的吞吐量和可靠性。其传输过程中独立成分分析(ICA)可以在系统信道参数未知,且不添加导频的情况下,实现未知数据的盲分离。考虑到战术通信环境特点,提出了一种协同通信网络传输方案。该方案通过ICA算法实现信道的盲分离,避免了复杂的导频信号设计,提高了网络资源利用率。仿真试验证明,其检测性能逼近最优最大似然检测性能。

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0引言战术环境下机动系统和单兵通信设备受到功耗、体积和质量以及便携等因素制约,设备终端配置多个天线具有很大难度。虚拟多输入多输出(MIMO)[1-2]技术协同通信[3]通过单天线通信设备在多用户或中继环境下共享天线,利用多站点分集功能获得多天线网络效能,从而在不增加带宽和发射功率情况下提升网络资源利用率。独立成分分析(ICA)算法[4]可用于盲信号分离。它利用统计原理,通过线性变化将数据或信号分离成独立的非高斯信源线性组合,实现源信号有效提取。通信网络检测性能主要取决于对系统传输信道的准确估计,相比传统的MIMO系统,战术环境下的协同通信系统信道环境更为复杂。这增加了导频设计难度,尤其是窄带数字电台等通信系统。此外,导频的添加降低了网络资源利用率,如短波通信系统中近50%业务负载用于传输信道估计所需信息。因此,不添加导频环境下实现信号的有效分离显得更加重要。针对以上问题,本文通过协同分集技术提高系统传输容量,并将ICA算法用于战术协同通信网络环境,故避免了导频设计带来的网络损耗,提高了资源利用率。首先,基于战术环境下的机动系统和单兵设备,提出协同通信网络模型,并给出详细的两用户协同传输方案;然后,介绍一种典型的ICA算法独立等量自适应源分离(EASI)[5]算法;最后,通过EASI算法实现战术协同通信网络的盲检测,并与理想信道估计下的最大似然(ML)检查性能对比,证明该方案的可行性和优越性。1协同通信系统模型战场环境下数据和信号的有效分发处理、指挥控制以及协同作战,需要良好的机动通信系统支撑,包括机动式通信车辆、单兵通信终端和空中通信平台等[6]。由于单兵终端带宽、功率和体积等因素受限,难以配置多天线以提高网络容量。为此,采用协同通信技术,通过多个单天线终端形成协同簇,共享彼此的发射/接收天线,在空闲时转发彼此信息,可使单天线终端具备MIMO配置的性能。图1给出了战术协同通信网络的典型模型,分布在战场上的多部单天线终端设备,依据分簇规则形成协同传输簇子网,子网内用户共享天线,实现了协同分集网络效能。图1战术协同通信网络示意图基于以上战术协同通信网络的概念,针对两个单兵终端场景,给出两种具有空时编码特性的协同通信网络。如图2所示,网络由两部单天线单兵终端和一部机动式通信车组成,两部单兵电台共同构成一个协同传输簇,共享彼此天线。根据两者实际需求设计了两种协同形式,每种协同形式分为2个步骤,如表1所示。对于协同形式I,单兵A广播发送数据,同时单兵B和机动通信车(简称机动车)M收数据;在下一表1单兵电台协同空时编码传输步骤协同形式I协同形式II1AB,MAM2AM,BMAM,AM图2单兵电台协同传输网络模型时隙,单兵A和单兵B分别向机动车M传输处理后的数据信息,从而构建分布式Alamouti码[6]。协同形式II与I的区别在于假设协同形式I中的步骤1时刻单兵B不处理单兵A的数据。以下仅推导协同形式I网络数学模型,协同形式II可由协同形式I同理得出。假设3部通信终端间信道相互独立且均服从准静态平坦瑞利衰落,信道系数如图2所示,分别为g0,g1和g2,网络的中继转发采用放大前传(AF)[7]方式。通信终端间可以同步,不考虑路径损耗,发送处理过程如下。针对协同形式I的网络模型,单兵A对调制后数据复数序列{xi}作复制变化处理,发送连续广播发送{x1,-x2*}。假设发射功率为SNR,在连续2个符号周期内,机动车M接收到y1和y2,以及单兵B接收到yB1和yB2分别为:y1y2=SNRg0x1-x2*+w1w2(1)yB1yB2=SNRg2x1-x*2+v1v2

参考文献

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