中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院 李福昌
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線傳輸?shù)挠行院涂煽啃蕴岢隽烁叩囊?。MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)在無(wú)線通信鏈路兩端均使用多個(gè)天線，可以充分利用無(wú)線傳播中的多徑傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性得到極大的提高 。與MIMO技術(shù)緊密相關(guān)的是空時(shí)編碼 。
一、空時(shí)編碼
1．分層空時(shí)編碼
分層空時(shí)編碼技術(shù)（LSTC）最初是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Foschini提出來(lái)的，其基本思想是把高速數(shù)據(jù)流分為若干低速數(shù)據(jù)流，獨(dú)立地進(jìn)行編碼、調(diào)制，并提供復(fù)用增益 。圖1為分層空時(shí)編碼原理框圖 。
分層空時(shí)編碼按發(fā)射端分路的不同方式主要有三種方案：對(duì)角分層空時(shí)編碼；垂直分層空時(shí)編碼和水平分層空時(shí)編碼 。其主要差別是針對(duì)并行信道編碼器的輸出，三種方案分別按照對(duì)角線、垂直方向和水平方向進(jìn)行編碼 。
分層空時(shí)編碼的譯碼算法主要用于對(duì)抗多流干擾MSI（MultiStreamInterference），具體實(shí)現(xiàn)分為最大似然譯碼算法、線性算法（如迫零算法、最小均方誤差算法）以及非線性算法（如串行干擾消除等） 。最大似然譯碼算法具有最優(yōu)的譯碼性能，但是算法的復(fù)雜度與發(fā)送天線數(shù)以及調(diào)制星座的點(diǎn)數(shù)成指數(shù)關(guān)系，不能滿足實(shí)時(shí)譯碼要求 。研究表明，分層空時(shí)編碼的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)接收天線數(shù)大于發(fā)送天線數(shù)時(shí)，系統(tǒng)容量與發(fā)射天線數(shù)成正比關(guān)系 。
2．空時(shí)分組編碼
空時(shí)分組編碼（STBC）利用正交設(shè)計(jì)的原理分配各發(fā)射天線上的發(fā)射信號(hào)格式，實(shí)際上是一種空間域和時(shí)間域結(jié)合的正交分組編碼方式 。通過(guò)正交設(shè)計(jì)，STBC各信號(hào)在接收端可以獨(dú)立譯碼，接收機(jī)的復(fù)雜度隨著天線數(shù)目呈線性增長(zhǎng) 。
空時(shí)分組編碼是由Alamouti最早提出的，采用兩個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)接收天線的系統(tǒng)可以得到采用一個(gè)發(fā)射天線兩個(gè)接收天線系統(tǒng)同樣的分集增益 。圖2為Alamouti空時(shí)分組編碼原理框圖 。
編碼器在每一次編碼操作中取兩個(gè)調(diào)制符號(hào)x1、x2的一個(gè)分組，并根據(jù)如下給出的編碼矩陣將它們映射到發(fā)射天線：
編碼器的輸出在兩個(gè)連續(xù)發(fā)射周期t、t T里從兩根天線發(fā)射出去 。在第一個(gè)發(fā)射周期中，信號(hào)x1和x2同時(shí)從天線1和天線2分別發(fā)射；在第二個(gè)發(fā)射周期中，信號(hào)從天線1發(fā)射，而從天線2發(fā)射 。很顯然，這種方法既在 空間域又在時(shí)間域進(jìn)行編碼 。發(fā)射天線1和2上的發(fā)送序列分別為：
則兩個(gè)發(fā)送序列的內(nèi)積為0：
圖3為空時(shí)分組編碼接收機(jī)原理框圖 。
圖中h1、h2為信道系數(shù)，n1、n2為信道傳輸過(guò)程中引入的噪聲 。假設(shè)接收機(jī)能夠完全估計(jì)信道的狀態(tài)，采用最大似然譯碼準(zhǔn)則，可以對(duì)x1、x2獨(dú)立譯碼 。因此，通過(guò)正交設(shè)計(jì)，STBC各信號(hào)在接收端可以獨(dú)立譯碼，接收機(jī)的復(fù)雜度隨著天線數(shù)目線性增長(zhǎng) 。
空時(shí)分組編碼可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射天線數(shù)確定的完全分集，并答應(yīng)使用基于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行線性處理的非常簡(jiǎn)單的最大似然譯碼算法 。但空時(shí)分組編碼只能獲得分集增益而無(wú)編碼增益 。
3．空時(shí)網(wǎng)格碼
空時(shí)網(wǎng)格碼是AT&T公司研究院的Tarokh在空時(shí)延遲分集和格狀碼的基礎(chǔ)上提出的，它利用了傳輸分集和信道編碼技術(shù)，具有很高的分集增益和編碼增益，能夠有效地反抗衰落、抑制干擾和噪聲，在各種信道環(huán)境下都能獲得較好的性能 。
該編碼方法在給定分集好處的情況下，可以通過(guò)增加格狀圖的方法來(lái)提高編碼增益，但同時(shí)狀態(tài)數(shù)的增加必然導(dǎo)致編、譯碼復(fù)雜度的提高 。因此，實(shí)際應(yīng)用中，要在分集增益和編碼增益之間進(jìn)行折衷 。
【MIMO技術(shù)在3G演進(jìn)中的應(yīng)用進(jìn)展】 4．空頻分組編碼
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