试论空时编码技术

科教创新试论空时编码技术广东边防总队第六支队司令部陈格【摘要]首先概迷了空时鳊码技术,随后论迷了空时编码的三种鳊码方法,最后论述了一种新型的空时分组编码 NSTBC。可以预见,将改进的空时編码与OFDM技术相结合,是第四代移动通信的解决方案。【关键词]空时编码 NSTBC1、空时编码概述Coding, NSTBC, NSTBC提高了空时分组编码的编码速率,并且具有空时编码 Space- Time Coding STC)是一种多发射天线的编码技较好的性能术,SC有来自不同时隙与天线的信号在空间、时间两个域内进行表1三种STC的比较编码。ST℃C使用多个接收天线接收信息,多个发射天线发送信息,故信息容量(无线通信系统)在很大程度上得到提高信息传输速率同是否基于发射分集时也得到提高。STC是无线通信中一种新的编码和信号处理相结合的技术,它通过引入时域和空域相关处理减少传输信号之间(不同对接收天线的要求接收天线不少于发射天线无要求无要天线上)的相互干扰接收端可分集接收到的信息数据。比较而言使·对信道环境的要求一般为室内环境无要求无要求用STC的优势是:能有效提高无线传输系统的容量(在接收机结构译码迫零,最小均方误差最大似然译码相对简单的前提下),获得较高的编码增益(在不牺牲带宽的前提译码复杂度比空时格型码低最简单最复杂下)。这样基于STC与OFDM的多输入多输出技术就呼之欲出:提供超高数据传输速率而不用损失发射功率资源和带宽(1) NSTBC的编码。以两副发射天线为例,论述 NSTBC的编码2、空时编码的分类及译码原理。 NSTBC的编码矩阵如(1)所示。有如下标记:y=Re乙目前STC一般分为三种:分层空时编码、空时网格编码和空时y2- Im(Zi,pRE(2)4=lm乙,其中Z的实部表述为ReZ,s的虚部表分组编码:述为lm团Z3Gn2可以表示如(2)所示亿=y+i刀y+jy在该编码方(1)分层空时编码( Layered Space- Time Coding, LST技术。196式中输入信号数k=4,时隙数p=2,则编码速率R=kp=2。而传统的年LSTC由美国Be实验室于提出,1998年,基本形成了LSTC技术空时分组编码的编码速率为R=1的框架结构简单的B试验系统开发成功编码系统的研究也-(乙(乙计2,2删乙数据流,在并行信道上独立地进行调制、编码,然后从多个不同的天Z 2_*+D 3+byQ-zz(一为+为的(2)线上发射出去。LSTC的优势:能通过增加发射天线的数目来呈线性增加频带利用率缺点是抗衰落性较差适用范围:发射天线和接收(2) NSTBC的译码。在时刻t,发射天线1与接收天线之间的信天线都较多的通信系统。道用h()表示,发射天线2与接收天线之间的信道用h表示,假设,(2空时网格编码Spae- Time Trellis Coding ST技术。S℃最在两个连续的符号周期内衰落保持不变即如(3)所示。其中T为符早是由 V Tarokh等人提出,是一类用于多天线无线通信系统中时空号周期。则接收天线在时刻t和时刻t+T接收到的信号可以分别表编码。STTC系统中在接收端采用维特比译码算法解码。STT℃设计示为(4)式。其中ml和m2为接收端噪声和干扰的随机变量。的码子可提供最大的编码、分集增益(在不损失带宽效率的前提下)()=l(+T)=与=ae最大分集增益=发射天线数,STTC同时利用传输分集、信道编码技2(0)=b2(+7)=h2=e"术,一般用于高速数据的无线通信系统。STC是以格型编码调制为7=r(0)=内Z+h2Z2+m基础既能有效地抵抗衰落,又能抑制干扰和噪声,具有相对较高的6=r(t+T=-hZ,+h2,+m分集增益、编码增益。STTC具有相对较高的频带利用率。例如,采用假设m和m为均值为0方差为N的独立同分布的复高斯随有2n个星座点的调制星座图STTC能够达到的最大传输速率为n机变量。可以得到:bis/H)(在保证最大分集增益的前提条件下)。STC在提高传输速(5)率的同时,其缺陷有两点:第一,STC的频带利用率在n固定的情况Z=勾丌+h2=(a2+a2+m竹;(6)下,不会随天线个数的增加而增加。第二由于其译码过程采用相对用最大似然判决准则判决出Z1、Z2的实部和虚部,就能实现对复杂的Tub算法(复杂度随着传输速率n分集度r的增加呈指数yyy和y的译码。对于多条天线的新型空时分组编码可用最大增长),限制了其在无线通信系统中的实际应用似然译码算法(空时分组码)进行译码,之后得到译出码字的实、虚(3)空时分组编码 Space- Time Block Coding STBC)技术。STTC由部最后完成译码于其译码复杂度较高导致的实际应用困难,导致了STBC的应运而本文经过仿真发现存在以下关系: NSTBC的系统性与发射天线生。STBC最早由 Tarokh在 Alamouti研究的基础上提出。构造空时码数目成正比。原因是: NSTBC的分集增益随着发射天线数目的增加子的原理则是根据码子的正交设计,它设计出来各行各列之间满足而变大整个系统的性能随之变好。 NSTBC系统可获得的编码速率正交性的码子。STBC接收时采用最大似然检测算法进行解码,只需R=KP达到1STBC系统为R=12),故编码速率得到的显著的增加。在接收端做线性处理。与SITC相比STBC的优点是其构造容易、译多径衰落和带宽效率是影响下一代宽带无线移动通信系统的两码简单,并且增加分集度提高传输速率都不会对STBC的译码构成个主要问题。OFDM技术通过能有效减小多径衰落对整个通信系统巨大的威胁。STBC的缺点是:其传输速率不能达到最大(保证获得最通信质量的影响,如果将其与本文论述的 NSTBC相结合,形成大分集增益的前提下)。OFDM- NSTBC系统方案,可以使频率选择性衰落信道下的问题得到一种新型的空时分组编码 NSTBC解决对几种STC的几个重要参数进行比较见表1。综合比较各种性参考文献能,虽然STBC相对是最优的但是还可以进一步优化与改进其编码[1]B. VUCETIC, J. H YUAN著王晓海等译, Space- Time coding[M]机械速率。故本文提出一种新型的空时分组编码 New Space- Time Block工业出版社204.[2]宋章瑜空时编码技术在0FDM系统中的研究[U通信技术,201007)