空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用.ppt

空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用,張琦 0408110161,寬帶無(wú)線(xiàn)通信報(bào)告,內(nèi)容提要,緒論 空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 空時(shí)碼在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用 總結(jié),緒 論,1996年，Bell實(shí)驗(yàn)室提出了空時(shí)編碼技術(shù)的概念，為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供了一個(gè)新的選擇?？諘r(shí)編碼技術(shù)利用多發(fā)射和多接收天線(xiàn)，將發(fā)射分集技術(shù)和接收分集技術(shù)相結(jié)合，在各陣元的發(fā)射信號(hào)之間引入時(shí)域和空域的相關(guān)，并且將信號(hào)處理技術(shù)與編碼技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在了一起，因而具有非常優(yōu)異的性能：有效的補(bǔ)償了信道的衰減、增加了系統(tǒng)的容量、抑制了噪聲和干擾，并獲得了很高的分集增益和編碼增益，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。,空時(shí)編碼技術(shù)分為三類(lèi)： 分層空時(shí)編碼（LSTC）技術(shù) 網(wǎng)格空時(shí)編碼（STTC）技術(shù) 分組空時(shí)編碼（STBC）技術(shù),主要內(nèi)容,討論了空時(shí)編碼的基本思想和原理，給出其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 空時(shí)編碼技術(shù)在正交頻分復(fù)用（OFDM）系統(tǒng)中的應(yīng)用,空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,設(shè)： 第i副發(fā)射天線(xiàn)在時(shí)隙t發(fā)射的信號(hào) 第j副接收天線(xiàn)在時(shí)隙t接收到的信號(hào) 則 接收端利用最大似然譯碼算法尋找使 最小的碼字 作為正確碼字來(lái)完成譯碼。,（2）,（1）,(a) 空時(shí)信道模型,Rayleigh衰落信道下,該空時(shí)編碼系統(tǒng)的錯(cuò)誤概率為： 其中,r為矩陣 的秩, (i=1,2,r) 為矩陣A的特征值，差矩陣 衡量空時(shí)碼的性能的參數(shù)有兩個(gè)：一個(gè)是采用多發(fā)射天線(xiàn)和多接收天線(xiàn)所獲得的分集增益，它決定誤碼率曲線(xiàn)隨信噪比增加的下降速度；另一個(gè)是編碼所獲得的編碼增益，它在分集增益確定的情況下，決定誤碼率曲線(xiàn)的平移。,（3）,（4）,平坦準(zhǔn)靜態(tài)Rayleigh衰落信道下空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 秩準(zhǔn)則（Rank Criterion）：為獲得最大分集增益mn，要求任何兩碼字c和e所構(gòu)成的差矩陣B(c,e)必須是滿(mǎn)秩。如對(duì)所有不同的碼字對(duì)c和e，差矩陣B(c,e)的最小秩為r，則所獲得的分集增益為mr； 行列式準(zhǔn)則（Determinant Criterion）：如分集增益以mr為目標(biāo)，則編碼增益可由矩陣 的所有rXr階主余子式的行列式的和來(lái)衡量，使其最小值最大，就可獲得最大的編碼增益。其中 要求能夠覆蓋編碼碼組中的所有碼字。特別的，當(dāng)分集增益以mn為目標(biāo)時(shí)，為獲得最大編碼增益，所有不同碼字對(duì)c和e所構(gòu)成的矩陣 的行列式的最小值必須最大化。,空時(shí)碼在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用,OFDM的基本原理 空時(shí)碼在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用,OFDM的基本原理,正交頻分復(fù)用是一種多載波調(diào)制方式，其基本思想是把高速率的信源信流變換成低速率的N路并行數(shù)據(jù)流，然后用N個(gè)相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制，將N路調(diào)制后的信號(hào)相加即得發(fā)射信號(hào)。 多載波調(diào)制復(fù)數(shù)信號(hào)形式 : (10) 為第n個(gè)載波頻率，dn(t) 為第n個(gè)載波上的復(fù)數(shù)信號(hào),采樣頻率為1/T,一個(gè)符號(hào)周期Ts內(nèi)有N個(gè)采樣值，即Ts=NT,則有: (11) 將其與IDFT形式 (12)比較, (12),當(dāng)式 成立時(shí)，(11)與(12)式等價(jià)。由此可知，若選擇載波頻率間隔為1/Ts，則OFDM信號(hào)不但保持了正交性，而且可以用IDFT來(lái)定義。接收端只要用DFT就可恢復(fù)原始信號(hào)d(n)。 可見(jiàn)，OFDM實(shí)際上是一種特殊的多載波傳輸方式，它將一個(gè)高速單數(shù)據(jù)流通過(guò)多個(gè)低速子載波同時(shí)并行地傳送，也就是把總的信號(hào)帶寬劃分成N個(gè)子信道來(lái)傳送N個(gè)子數(shù)據(jù)流。只要子信道帶寬f 足夠小，以致各子信道內(nèi)頻率響應(yīng)近似為常數(shù)，則各子信道可近似為平坦衰落信道?？梢?jiàn)OFDM技術(shù)可以把一頻率選擇性衰落信道變?yōu)槎鄠€(gè)并行平坦衰落信道，這樣就可以將前面介紹的適用于平坦衰落信道的空時(shí)碼應(yīng)用于頻率選擇性衰落信道。,空時(shí)碼在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用,STC-OFDM系統(tǒng)框圖,設(shè)系統(tǒng)總帶寬被劃分為K個(gè)相互重疊的子信道。每個(gè)空時(shí)碼字包含有NK個(gè)碼符號(hào)，在一個(gè)OFDM碼字持續(xù)時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)送，每個(gè)碼符號(hào)用某一發(fā)射天線(xiàn)在某一OFDM的子載波上發(fā)送。 如圖所示，在每一時(shí)刻t，空時(shí)編碼器對(duì)輸入的信息比特序列進(jìn)行編碼輸出碼字 其中 為在時(shí)刻t，在第i副發(fā)射天線(xiàn)的第k個(gè)子載波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，是調(diào)制星座中的星座點(diǎn)信號(hào)。然后分別對(duì)信號(hào)點(diǎn)序列 進(jìn)行OFDM調(diào)制，并映射到第i副發(fā)射天線(xiàn)上，最后將這些調(diào)制信號(hào)由N副發(fā)射天線(xiàn)在時(shí)刻t同時(shí)發(fā)射出去。,接收天線(xiàn) j 上的接收信號(hào)經(jīng)符號(hào)速率采樣、去循環(huán)前綴及FFT解調(diào)后為 假設(shè)接收端已知信道狀態(tài)信息，則收端譯碼器運(yùn)用最大似然檢測(cè)算法，尋找使度量值 最小的碼字 作為譯碼器的輸出。,(13),(14),經(jīng)分析，在頻率選擇性衰落信道下空時(shí)編碼正交頻分復(fù)用STC-OFDM系統(tǒng)的錯(cuò)誤概率為 可以看出，空時(shí)編碼正交頻分復(fù)用STC-OFDM系統(tǒng)所能獲得的最大的分集增益為NML，也就是發(fā)射天線(xiàn)數(shù)、接收天線(xiàn)數(shù)以及信道的頻率選擇分集階數(shù)的乘積。,(15),（a）不同多徑數(shù),（b）不同時(shí)延,（c）不同多普勒頻移,上圖給出了在頻率選擇性衰落信道下，采用4-PSK調(diào)制的8狀態(tài)網(wǎng)格空時(shí)碼的STC-OFDM系統(tǒng)的性能曲線(xiàn)。由圖(a)可以看出，隨著多徑數(shù)目的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變好，這是因?yàn)槎鄰綌?shù)越多，空時(shí)碼所獲得的分集增益越大。由圖(b)可以看出，隨著兩條徑之間時(shí)延的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變好，這是因?yàn)闀r(shí)延越大，相關(guān)帶寬越小，信道衰落的獨(dú)立性越強(qiáng)，從而性能越好。由圖(c)可以看出，隨著多普勒頻移的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變差，這是顯然的。,空時(shí)編碼技術(shù)同OFDM技術(shù)相結(jié)合后，在頻率選擇性衰落信道下具有很好的性能，可以獲得所有可能的分集增益，不僅包括空時(shí)碼一般所能獲得的發(fā)射天線(xiàn)的分集增益和接收天線(xiàn)的分集增益，而且還包括信道的頻率選擇性所帶來(lái)的分集增益。,結(jié)論,本文主要討論空時(shí)碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及其與OFDM技術(shù)的結(jié)合。把空時(shí)編碼技術(shù)同OFDM技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以在實(shí)際的頻率選擇性衰落信道下獲得很好的性能。由分析和仿真可知，空時(shí)碼與OFDM技術(shù)相結(jié)合后，可以獲得所有可