MIMO技术的空时编码技术

2006年(第35眷)第5期信焦技术MIMO技术的空时编码技术张蔚,封志宏(兰州交通大学信电学院,甘肃兰州730070)摘要:本文介绍了MIMO技术的空时编码技术,重点介绍空能，抗哀落(尤其快衰落)性能比STTC略差,而且在接收端译码时分组码的编码和解码方法。最后介绍了MIMO与空时码的研时,需要准确的信道衰落系数。究动态。关键词:空时编码多输入多输出( MIMO)无线通信门0引言i多输人多输出(MIMO)技术是无线通信领域智能天线技术的一分组叫斜|线最佳码重大突破。MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍的提高通信-们系统的容量和频谱利用率。使用空时编码是达到或接近MIMO无线信道容量的- -种可行有效的方法。空时编码是-一种用于多发射團1 2X2空时分组码系统框圉天线的编码技术。该编码在多根发射天线和各个时间周期的发射2.1编码部分信号之间能够产生空城和时域的相关性。这种空时相关性可以使输入的信息首先分成两个码元- -组[ene]o 在两个码元周期接收机克服MIMO信道衰落和减少发射误码。目前提出的空时编内,两个天线同时发射两个信号。第一个码元周期,天线 1发射码主要有3种形式:空时栅格码STTC(Space -Time Tellis Codes)、s.,天线2发射e;第二个码元周期,天线1发射一,天线2发射空时分组码STBC(Space -Time Block Codes)和分层空时码BLAST8*,其中s"代表信号s的共轭。(Bell Labs Layered Space -Time Architecture)。BLAST 空时码是最表1早提出的一种空时编码，它按分层方式可分为D-BLAST和. 天线2V-BLAST两种。分层空时码的编解码复杂度过高,在实际应用中t时刻存在- -定的困难。不予讨论,主要看另两种编码方式,重点介绍Alamouti提出的空时分组码。t+T时刻- sis1空时栅格码(STTC)从表1可以清楚的看出这种编码是在空间域和时间域内共STTC吸收了延时分集技术和多路格形编码(MTCM,Muliple同进行的,为了区分与一般的单个域编码,我们称之为空时编码Trellis Codes Modulaion)调制技术的优点,通过传输分集与信道编(STC)。设从发射天线j到接收天线的信道响应为码相结合来提高系统的抗哀落性能,从而可利用多进制调制方式h:(ij=1.2),对于准静止信道,假设在两个相邻的码元周期T内h提高系统的传输速率。格形编码器采用多进制调制方式，可以提是恒定的,hy()=h, (t+TD。相应地,对于接收天线1,接收信号在t时高系统的传输速率,但采用多进制后,星座图中信号点之间的距刻和t+T时刻分别可以表示为:离减小,要达到相同的误码性能所需要的信噪比要比二进制高。r'=()=hus+hper+n'rEr(+T)=-hjs"x+hys' i+n2所以只有在信道衰减较小的时候,才可以考虑用更好频谱效率的其中n和?分别表示在t时刻和t+T时刻接收机的加性白调制方式来提高信息传输速率。空时格栅编码的设计准则:为了得到最大的分集增益MN(M噪声。假设n'和n3为独立同分布的复随机变量,服从均值为零，和N分别是发射和接收天线的数目),需要遵循秩准则;在满秩的方差为No的复高斯分布。令=(r(2)]s=[sI sJ].n=[n'n2]那么 上式前提下,为了使误码率最小,要遵循行列式原则。STTC 方案可以可以表示为:获得与最大比合并接收相同的分集增益,而且还可以获得编码增其中n=Hgs+n;益。空时栅格码建立了空域中的信号(发送天线)和时域中的信号(连续时域信号)的内在联系。STTC接收机采用基于信道衰落系统H估计和最大似然的Viterbi译码或者最大后验概率译码，空时栅格码有较好的性能,但其译码复杂度与发送天线数和传输速率成2.2 解码部分指数关系,实现难度较大。对接收变量用H"进行线性变换,得到的判决矢量为:2空时分组码(STBC)STTC的优点是码的性能较好,抗衰落能力较强;缺点是编码方案搜索好码比较困难,译码过程比较复杂,而且增加发送天其中ρ=|hu|+ |h2I',H代表矩阵H的共轭转置。n仍线数或增加数据传输率都会使译码复杂度呈指数增长,使其应用然为复高斯白噪声 ,将输出信号利用最大似然准则就可以重建。受到一定的限制。为了减少STTC译码的复杂度,Alamouli提出了和82。同时考虑两个接收天线的情况时,相应的信号处理为:一个简单的特殊的发射编码方案,可以推广形成-类新的编码方案一一空时分组码(STBC)。如系统框图1所示.STBC把输人的符中国煤化工号分组映射到空城和时域，通过构造正交结构使译码简单,尤其其I.MHCNM H G_是编译码算法可行，利用简单的线性最大似然译码算法即可,而且还可以获得与最大比合并接收(MRC)相同的分集增益。无论增2.3结构分析加发送天线数还是增加数据传输率,对译码复杂度影响不大。但Alamouti空时分组码是发射天线数M=2,每组发射码元数为STBC性能-定(只与分集度有关),不能通过提高状态数来改善性k=2, 发射时隙数为p=2,发送速率R=k/p=1的复正(下转24页)l9计者科技纵损工业科技2006年(第35卷)第5期乙蛤制备实验装置的改进与综合实验能力的培养许力,王九思,沈 彤(兰州交通大学化学与生物工程学院,兰州甘肃730070)摘要:针对有机化学实验教学出现的问题,对教材中提供的因为有机化学实验室已经配备了比较齐全的磨口仪器,所以乙烯制备实验装置进行改进,结果表明新的实验装置取得了很好改进思路以充分利用现有的磨口仪器为主。在实验中以50mL磨的效果。口圆底烧瓶作为反应烧瓶代替具支试管, 25mL圆底烧瓶作为安关键词:装置化学实验 创新思维全瓶代替了另一支具支试管,用蒸馏头和真空尾接管作为连接部乙烯的制备是有机化学实验中的一个基本制备实验,在实验件,安装成了-套实验装置,完全可以满足乙烯制备实验的要求，实验装置图见图2。中一方面要求学生根据实验需要安装有机化学实验装置,另一方3改进后的使用效果面要求学生制备合格的产品并对产品的性质进行验证。在实验教学中发现教材中提供的实验装置存在很多缺点,因此对教材中提改进后的实验装置的优点体现在以下几个方面,(1)全套实供的乙烯制备实验装置进行大胆的改进是很有必要的。验装置的安装充分利用了实验室中的现有资源,在不增加仪器的条件下完成了实验提高了实验室资源的利用率(2)实验装置中1存在的问题乙烯是由95%的乙醇经浓硫酸在160 ~ 170C条件下脱水制以圆底烧瓶代替具支试管，使实验安全的性有所提高(3)关键部位用玻璃仪器的磨口连接代替橡皮塞打孔和橡皮管连接,具有方备的，制备出的乙烯可以用来验证乙烯的加成反应和氧化反应，便、快捷的特 点,使操作的方便性有了提高(4)学生在指导下安装教材[]提供的实验装置如图1所示。实验中发现存在三个比较突出了资料.上没有的实验装置,对学生的多元化思维和创新性思维出的问题( 1)实验室没有大量符合规格的具支试管,无法按实验方面的培养有积极的促进作用。用改进后的实验装置使学生顺利要求安装32套有机化学实验装置来满足实验教学上的要求(2)地完成了实验,实验现象明显。安装装置过程是需在橡皮塞上打孔，学生花费的时间较多,无法4结束语快速完成实验装置的安装(3)个别学生用仅有的几个具支试管安装的实验装置因橡皮管和橡皮塞的连接处较多,装置存在漏气现在进行有机化学实验时，要重视培养学生安装有机化学实象。这样根据现有实验条件对实验装置进行改进是很有必要的。验装 置的能力,在培养过程中-方面强调利用实验室的现有资源，另一方面强调充分利用磨口仪器拆装方便的优势，在思维上进行创新，开拓思路。 这样可在不增加实验室投资条件下，安装出资料上没有，但理论上可行，实际中可用的新型化学实验装置，满足具体实验的要求。培养和提高学生的综合实验能| 接洗气和验证|接洗气和验证实验装置拷文献:[1]黄涛.有机化学实验[M].高等教育出版社,20020[2]兰州大学化学系有机化学教研室.有机化学实验[M1]人民教育出版图1乙烯的制备实验装置图2改进后的乙烯制备实验装置社,1983.2改进的方法.[3]陈耀祖有机化学分析[M].高等教育出版社,1983.++++-++++++-++++++++++++++++←+→+叶叶→←→+←- ++-+-++++++++(上接19页)交码。分集增益=2N(N为接收天线数)。频谱利用率上的巨大潜力,人们给予了极大关注,在MIMO系统从表1可以看出,Alamouli方案的编码矩阵为:理论和性能上做了广泛的研究。但是,为了实际应用MIMO技术,就必须结合具体通信体制进行性能研究和系统设计。快速信道估s=S[-s; S,计和盲处理都是重要研究内容。作为MIMO重要技术的空时编码可以发现5S"=r3h,即编码矩阵为正交矩阵。其中re|s |+目前已经写人到第三代蜂窝移动通信的标准中，如CDMA2000|s2| *,I2为2x2的单位矩阵。将其推广到一般的情况,设空时和WCDMA。可以肯定地说它也会在第四代移动通信的标准中占分组码的编码矩阵s元素为81,3,“.". 和他们的共轭的线性组有重要位置。在空时编码中如何找到更合适的设计标准是值得深合。s的设计准则是:S是正交矩阵,即SS"nJn= |s1+|s2|人研究的方向。对于快衰落或发射天线较多时,衰落信道的估计+..+.. I ,瓜,为kxk的单位矩阵。分析也是需要研究的。全速率(R=1)正交空时分组码只有当发射天线数为几个特总之，在频谱资源8益紧张的情况下, MIMO和空时编码技定值时存在,即术越会受到人们的关注,相信MIMO和空时码在下一代无线通信*实正交设计:M=2,4,8中得到更广泛的应用。*复正交设计:M=2考文中国煤化工，technique for wireless conm-当发射天线数M>2时,复信号的空时分组码(STBC)不能同[1]s.时满足以下条件:municalYHC N M H Gun.vol.6.no.pp.1451-1458.正交设计(2)码率R=1(3)达到最高的分集增益,这时候可[2] R. Chang, Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-chan-以牺牲发送速率来保持编码的正交性和最大分集增益。nel data unsisions, BST]. Vo1.46, December 1966.3 MIMO 空时码研究动态[3]王松桂,程维虎,高旅端, .概率论与数理统计.科学出版社2000.由于MIMO和空时编码技术在提高无线通信系统容量以及[4]张平，王卫东，陶小峰.WCDMA移动通信系统，人民邮电出版社，2001.24