空時(shí)編碼技術(shù)(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上空時(shí)編碼技術(shù)空時(shí)編碼STC (Space-Time Coding) 技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注,空時(shí)編碼的概念是基于Winters 在20世紀(jì)80年代中期所做的關(guān)于天線分集對(duì)于無(wú)線通信容量的重要性的開(kāi)創(chuàng)性工作。空時(shí)編碼是一種能獲取更高數(shù)據(jù)傳輸率的信號(hào)編碼技術(shù)，是空間傳輸信號(hào)和時(shí)間傳輸信號(hào)的結(jié)合，實(shí)質(zhì)上就是空間和時(shí)間二維的處理相結(jié)合的方法。在新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，空間上采用多發(fā)多收天線的空間分集來(lái)提高無(wú)線通信系統(tǒng)的容量和信息率；在時(shí)間上把不同信號(hào)在不同時(shí)隙內(nèi)使用同一個(gè)天線發(fā)射，使接收端可以分集接收。用這樣的方法可以獲得分集和編碼增益，從而實(shí)現(xiàn)高速率的傳輸。現(xiàn)在是第

2、三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中提高頻譜利用率的一項(xiàng)技術(shù)?？諘r(shí)編碼的有效工作需要在發(fā)射和接收端使用多個(gè)天線,因?yàn)榭諘r(shí)編碼同時(shí)利用時(shí)間和空間兩維來(lái)構(gòu)造碼字,這樣才能有效抵消衰落,提高功率效率；并且能夠在傳輸信道中實(shí)現(xiàn)并行的多路傳送,提高頻譜。需要說(shuō)明的是,空時(shí)編碼技術(shù)因?yàn)閷儆诜旨姆懂?所以要求在多散射體的多徑情況下應(yīng)用,天線間距應(yīng)適當(dāng)拉開(kāi)以保證發(fā)射、接收信號(hào)的相互獨(dú)立性,以充分利用多散射體所造成的多徑。1 空時(shí)編碼技術(shù)及其分類空時(shí)編碼在不同天線所發(fā)送的信號(hào)中引入時(shí)間和空間的相關(guān)性,從而不用犧牲帶寬就可以為接收端提供不編碼系統(tǒng)所沒(méi)有的分集增益和編碼增益。 空時(shí)編碼的基本工作原理如下:從信源給出的信息數(shù)據(jù)流,到

3、達(dá)空時(shí)編碼器后,形成同時(shí)從許多個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射出去的矢量輸出,稱這些調(diào)制符號(hào)為空時(shí)符號(hào)(STS) 或者空時(shí)矢量符(STVS) 。與通常用一個(gè)復(fù)數(shù)表示調(diào)制符號(hào)類似(復(fù)的基帶表示) ,一個(gè)空時(shí)矢量符STVS可以表示成為一個(gè)復(fù)數(shù)的矢量,矢量中數(shù)的個(gè)數(shù)等于發(fā)射天線的個(gè)數(shù)。目前提出的空時(shí)編碼方式主要有：正交空時(shí)分組碼OSTBC (Orthogonal Space2 Time Block Coding) ；貝爾分層空時(shí)結(jié)構(gòu)BLAST(Bell Layered Space2Time Architecture) ；空時(shí)格型編碼STTC(Space2Time Trellis Coding) ；這3類接收機(jī)需要已

4、知信道傳輸系數(shù)的空時(shí)編碼,另外還有適于少數(shù)不知道信道傳輸系數(shù)情況的有效期分空時(shí)編碼。2 典型的空時(shí)碼21 空時(shí)分組碼正交空時(shí)分組編碼(OSTBC) 包括兩大類: 空時(shí)發(fā)射分集(STTD) ,最初上Alamouti 于1998 年以兩個(gè)發(fā)射天線的簡(jiǎn)單發(fā)射分集技術(shù)為例提出,其基本思想類似于接收分集中的最大比接收合并MRRC ，然后經(jīng)V. Tarokh 等人于1999 年利用正交化設(shè)計(jì)思想推廣到多天線情況,稱為空時(shí)分組編碼。 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)空時(shí)編碼后,編碼數(shù)據(jù)分為多個(gè)支路數(shù)據(jù)流,分別經(jīng)過(guò)多個(gè)發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射出去；接收端的最大似然譯碼可以通過(guò)把不同天線發(fā)射的數(shù)據(jù)解偶來(lái)得到更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)形式,利用的是空時(shí)碼字矩

5、陣的正交性從而得到基于線性處理的最大似然譯碼算法。 正交發(fā)射分集(OTD) ,由Motorola 做為cdma2000 3G CDMA 的標(biāo)準(zhǔn)提出. 這兩種方法都具有不擴(kuò)展信號(hào)帶寬的優(yōu)點(diǎn),即可以不同犧牲頻譜效率；并且解碼可以由線性運(yùn)算按照最大似然算法給出,優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的Viterbi 譯碼,接收機(jī)可以比較簡(jiǎn)單,但是它們也不能夠提供編碼增益。2.2 分層空時(shí)碼BLAST(Bell Layered Space-Time Architecture) 分層空時(shí)結(jié)構(gòu)最初由朗訊公司的貝爾實(shí)驗(yàn)室的G.J.Foschini 于1996 年提出,稱為BLAST(Bell LayeredSpace2Time Arch

6、itecture) ,并于1998 年研制出了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)V-BLAST ,申請(qǐng)了專利. 它需要在發(fā)射端和接收端使用多個(gè)天線(接收端天線數(shù)目不少于發(fā)射端天線目) ,并且在譯碼時(shí)需要知道精確的信道信息,主要適合于不需要進(jìn)行有線連接的室內(nèi)固定不動(dòng)的辦公環(huán)境和郊區(qū)等地區(qū)的固定無(wú)線接入。分層空時(shí)碼先將待傳信息流經(jīng)串并變換為n路，并分別進(jìn)行一般的信道編碼，再將這n路按一定規(guī)律分層編碼后加載同樣的載波由發(fā)射天線陣同時(shí)發(fā)射。分層規(guī)則分為：水平分層、垂直分層、對(duì)角線分層。收端可采用陣列信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合信道譯碼技術(shù)來(lái)進(jìn)行解調(diào)。比如直接矩陣求逆、干擾抵消、迫零反饋均衡等。分層空時(shí)碼的最大優(yōu)點(diǎn)是頻帶利用率高。由于在發(fā)射

7、端沒(méi)有對(duì)信號(hào)進(jìn)行抗衰落處理，其對(duì)無(wú)線信道的特性要求很高，而且因?yàn)楦鲗又g的譯碼是相互獨(dú)立的，無(wú)法共享其它層的信息實(shí)現(xiàn)聯(lián)合預(yù)測(cè)。但由于其編譯碼簡(jiǎn)單，可在一些要求不很高的環(huán)境中應(yīng)用。2.3 空時(shí)格型編碼(STTC)空時(shí)格型編碼STTC(Space-Time Trellis Coding) 最初由V.Tarokh 等人提出,它是由Ungerboeck 提出的格型編碼調(diào)制TCM(Trellis Coded Modulation) 的推廣。2.4 差分空時(shí)編碼推導(dǎo)空時(shí)編碼的構(gòu)造準(zhǔn)則和在接收端進(jìn)行譯碼時(shí)都需要知道較為準(zhǔn)確的信道信息CSI ,這多數(shù)情況下是可行的;但是,在快衰落或者發(fā)射、接收天線數(shù)目較多時(shí)等

8、少數(shù)情況下,就可能得不到精確的信道估計(jì),這就需要研究發(fā)射端和接收端都不需要信道衰落系數(shù)的空時(shí)編碼. 受常規(guī)的單發(fā)單收無(wú)線通信系統(tǒng)中的差分調(diào)制技術(shù)的啟示,人們?cè)噲D將差分調(diào)制方法推廣到多發(fā)射天線的情況. Hochwald 和Marzetta 提出了酉空時(shí)編碼(Unitary Space-Time Codes) ,最優(yōu)酉守時(shí)碼的設(shè)計(jì)是最小化任意兩個(gè)碼字矩陣之間的相關(guān)系數(shù),但是它們的指靈敏級(jí)的編碼、譯碼復(fù)雜度,使得其更像一種理論上的最優(yōu)編碼. 隨后,Hochwald 等人又提出了具有多項(xiàng)式編碼復(fù)雜度和指數(shù)級(jí)譯碼復(fù)雜度的第二種結(jié)構(gòu) ,這同樣在實(shí)際環(huán)境中難以使用. 幾乎與此同時(shí),V.Tarokh 等人提出

9、了針對(duì)兩個(gè)發(fā)射天線的基于正交設(shè)計(jì)和空時(shí)分組編碼的真正的差分編碼方案 ,該方案是第一個(gè)具有簡(jiǎn)單的編、譯碼復(fù)雜度的差分編碼方案,隨Jafarkhan 和Tarokh 又將該差分方案利用廣義正交化設(shè)計(jì)方法推廣到多個(gè)發(fā)射天線的情況。其他學(xué)者也提出了一些其他形式的算法,但是其譯碼復(fù)雜度均要大大超過(guò)差差分檢測(cè)方案的只是天線數(shù)目和數(shù)據(jù)傳輸速率的線性關(guān)系的譯碼復(fù)雜度,所以目前差分檢測(cè)方案應(yīng)該是適合實(shí)際應(yīng)用的未知信道信息的發(fā)射分集方案. 需要指出的是,這種差分空時(shí)編碼的性能也要比空時(shí)分組編碼的相干檢測(cè)性能要有3dB的損失 ,這也算是對(duì)無(wú)需信道估計(jì)所付出的代價(jià)。3 應(yīng)用前景眾所周知,第三代3G及一代無(wú)線通訊系統(tǒng)的

10、主要目的之一就是為移動(dòng)和靜止用戶提供寬帶接入,實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)如視頻會(huì)議所要求的數(shù)據(jù)速率將會(huì)是現(xiàn)在無(wú)線技術(shù)所能提供速率的兩到三倍以上,速率可能要求高達(dá)2Mb/s以上. 而很明顯,使用多個(gè)發(fā)射或接收天線可以取得更高的頻譜效率. 這樣在多徑衰落無(wú)線信道中使用多個(gè)發(fā)射天線結(jié)合空時(shí)編碼技術(shù)就很有可能提供功耗和頻譜效率的最佳折中. 而事實(shí)上也的確如此,空時(shí)編碼技術(shù)和多個(gè)發(fā)射天線的信號(hào)處理技術(shù)最近已經(jīng)被第三代蜂窩移動(dòng)通訊標(biāo)準(zhǔn)如CDMA2000 和W2CDMA所采納,另外,也被建議應(yīng)用到無(wú)線地環(huán)路及廣域分級(jí)接入中去. 具體地說(shuō),空時(shí)編碼技術(shù)可以結(jié)合當(dāng)前的窄帶TDMA 蜂窩移動(dòng)通訊系統(tǒng),使系統(tǒng)的傳輸速率得到大

11、大提高;它也可以通過(guò)抑制干擾大大提高無(wú)線通訊系統(tǒng)的容量或吞吐量;另外,它還可以結(jié)合OFDM等通訊技術(shù)用于寬帶無(wú)線通訊系統(tǒng). 所以,空時(shí)編碼技術(shù)在未來(lái)的無(wú)線通訊系統(tǒng)中包括寬帶固定無(wú)線接入FWA、無(wú)線局域網(wǎng)LAN 甚至蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中也有著廣闊的應(yīng)用前景。4 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向作為一種新的通信信號(hào)處理技術(shù)和方法,自從空時(shí)編碼提出以來(lái),全球無(wú)線通信領(lǐng)域內(nèi)掀起了研究空時(shí)編碼的熱潮,除了對(duì)如何構(gòu)造空時(shí)編碼和空時(shí)編碼與其他信道編碼方式如Turbo 碼相結(jié)合方面的研究外,許多和工程應(yīng)用緊密聯(lián)系的研究方向正在形式.當(dāng)前雖然關(guān)于空時(shí)編碼的構(gòu)造和應(yīng)用有了一些成果,但是這些理論大多假設(shè)信道是準(zhǔn)靜態(tài)、平衰落的,各衰

12、落路徑也是假設(shè)是相互獨(dú)立的,而實(shí)際信道為頻率選擇性衰落、快變化以至各衰落路徑有可能相關(guān),所以為了推動(dòng)空時(shí)編碼技術(shù)的實(shí)用性,有必要對(duì)空時(shí)編碼在信道為頻率選擇性衰落、快變化18 以至各衰落路徑相關(guān)19 的情況下的性能以及相應(yīng)的改進(jìn)措施進(jìn)行理論和實(shí)踐研究. 同時(shí),如何將空時(shí)編碼和第三代移動(dòng)通訊的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合,研究在CDMA ,WCDMA 環(huán)境下空時(shí)編碼技術(shù)的性能以及和其他技術(shù)如多用戶檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合目前也吸引了不少的研究人員進(jìn)行研究,如空時(shí)編碼和OFDM等通訊技術(shù)的結(jié)合,使其適用于寬帶無(wú)線通訊系統(tǒng)。另外,如何將空時(shí)編碼和陣列信號(hào)處理技術(shù)如波束形成技術(shù)(Beamforming) 和干擾抵消技術(shù)( InterferenceCancellation) 有機(jī)地結(jié)合起來(lái) ,充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)一步提高其性能,提高它的實(shí)用性,