《空时码演示》-公开课件.ppt

主要内容 空时编码的提出背景 空时码的分类 空时编码的研究现状 各种空时码的编译码原理及优缺点 空时码在3G中的应用 空时编码提出背景 未来移动通信系统的目标 支持更高容量高质量的语音和数据传输 20Mbps 通信终端在更高的移动速度下实现可靠传输 未来移动通信系统中的信道特点 有更严重的码间干扰 有更大的多谱勒频移 香农信息理论的限制 空时编码提出背景 解决上述问题的常用方法—单天线系统 针对速率问题 多址方式的变化：TDMA、FDMA、CDMA 调制方式的变化：高阶调制方式、OFDM 针对抗衰落的问题 信道编码技术——主要利用时间分集 接收分集技术——主要利用空间分集 解决上述问题的一种新思路——多天线阵系统 针对速率问题 方式：采用多天线阵系统 依据：多天线阵的信道容量理论 针对抗衰落的问题 空时编码技术——同时利用时间分集和空间分集 空时编码的提出背景 世界范围内无线通信的容量需求在迅速增长，但可利用的无线频谱是有限的，采用多收发天线系统可以在不牺牲带宽的情况下大大提高信道容量。 使用空时编码是达到或接近MIMO无线信道容量的一种可行、有效的方法。其核心思想是使用多径能力来获得较高的频谱利用率和性能增益。 空时编码将多天线阵与空间分集、时间分集相结合，如果接收端可以准确估计信道信息,则可使信道容量随发送和接收天线个数的最小值线性增长。。 空时编码可以在不牺牲带宽的情况下起到发射分集和功率增益的作用。 目前，分层空时码和分组空时码已经被3GPP的WCDMA协议采纳，并且也将被写入4G标准。 空时码的分类 按照空时码适用信道环境的不同，可以将已有的空时编码方案分成两大类： 一类要求接收端能够准确地估计信道特性，如分层空时码(LSTC)、网格空时码(STTC)和分组空时码(STBC)。 另一类不要求接收端进行信道估计，如酉空时码(USTC)和差分空时码(DSTC)。 空时码研究现状 目前，STBC和LST(MIMO) 已经被3Gpp协议采纳。 空时编码－系统模型 空时编码用来提高数据速率和改善衰落信道中多天线通信系统的可靠性。数据经空时编码后被分为M个支流，沿M个发送天线同时发送出去。不同天线发送的信号要求是非相关而且具有相同的平均功率。 在接收端每个天线的接收信号为M路发送信号与噪声的线性叠加。 平坦瑞利衰落下的多天线系统模型 平坦瑞利衰落下多天线系统模型（续） 对于存在大量散射体的典型的陆地移动无线信道系统，瑞利衰落模型和实际情况比较接近。 假设通信系统发送端和接收端天线数目分别为M,N个。 T是信道相干时间内的时隙数，表示该信道在T个符号周期内可以认为其衰落系数保持恒定。 表示从第m根发射天线到第n根接收天线的衰落衰减系数，信道矩阵用 表示，在T个时隙内保持不变。 表示每根接收天线处信噪比的期望值。 表示t时刻第n根天线处的加性高斯白噪声。 和 都是包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布的复高斯随机变量。 平坦瑞利衰落信道下多天线系统信号模型（续） 平坦瑞利衰落信道下，第n根接收天线在t时刻收到的信号表示为 (1) (2)矩阵形式可以表示为 其中，X为 矩阵，S为 矩阵, H为 矩阵, W为 矩阵, 发射码字矩阵的元素由调制符号及其共轭组成 第一类空时码 这一类码字需要知道信道状态信息（CSI,即时变的H矩阵的值）。目前已提出的空时编码主要有： LST（Layered Space-Time Codes ） —分层空时码 ? STTC（Space-Time Trellis Codes）－空时网格编码 STBC（Space-Time Block Codes）－空时分组编码 2X2Alamouti空时分组编码方案示意图： 空时分层码 空时分层码是最早提出的一种空时编码方式。 其基本原理是将输入的信息比特流分解成多个比特流，独立地进行编码、调制，映射到多条发射天线上。在接收端，采用特殊的处理技术，将这些一起到达接收天线的信号分离，然后送到相应的解码器。 缺点是无法达到最大分集，性能相对较差。可认为是一种空间复用技术。 优点是速率变化比较灵活速率随发送天线数线性增加 结论 与接近信道容量的二进制编码方式联合使用将是一种较好的应用方式。 例如：空时分层码可以和卷积编码相结合来提高性能。（如下页下图所示） 空时分层码编码框图