基于空時編碼的mimo

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1、基于空時編碼的MIMO引言O(shè)FDM是一種高效的多載波調(diào)制技術(shù)，它能有效地對抗多徑傳播，將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)換為并行的平坦衰落信道，可以將高速率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為若干個低速率數(shù)據(jù)流組成的且并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且提高系統(tǒng)抗多徑干擾的能力，更充分地利用信道帶寬;MIMO技術(shù)能為OFDM系統(tǒng)提供明顯的分集增益，增加系統(tǒng)容量，兩者結(jié)合構(gòu)成的MIMO-OFDM系統(tǒng)可以帶來極大的性能增益。空時編碼技術(shù)的形成條件之一，就是對信號進行多天線發(fā)送和接收。從廣義上來講，在發(fā)送和接收端就形成了MIMO信道，所以，可以將空時編碼技術(shù)OFDM的結(jié)合看成是空時編碼技術(shù)與MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)合的特例，空

2、時編碼技術(shù)能有效的提高信道容量，同時還具有空間分集增益和編碼增益，但卻不能直接用于寬帶移動通信中，OFDM的特點正好彌補了這一缺陷，空時編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)能夠充分利用所有可用的分集資源,即同時利用空域、頻域、時域分集。可提供更高容量、數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，充分發(fā)揮系統(tǒng)性能，因此，基于空時編碼的MIMO-OFDM現(xiàn)代通信系統(tǒng)性能研究就更有實際意義。一、MIMO-OFDM系統(tǒng)MIMO-OFDM技術(shù)可以為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益，從而大大增加信道容量。MIMO技術(shù)的空間復(fù)用是在接收端和發(fā)射端使用多個天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數(shù)據(jù)通道（MI

3、MO子信道）發(fā)射信號，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。這種信道容量的增加不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發(fā)射功率，因此是增加信道和系統(tǒng)容量的一種非常有效的手段。假設(shè)有組、每組包含個OFDM符號的信號分別從個天線上同時發(fā)送，這些個符號按照發(fā)射天線和時間可組成個長的列向量為：接收到的OFDM符號能夠形成個列向量：信號經(jīng)過信道后得到的表達式應(yīng)該為：，是一個的矩陣，它包含子矩陣，和SISO(simpleinputsimpleoutput)具有相同的托普尼茲矩陣形式。如果在每一個發(fā)送天線都采用循環(huán)前綴，仍能得到該表達式，這時是列向量，是列向量，而是一個階、具有循環(huán)

4、托普尼茲矩陣形式的矩陣：定義一個階塊對角陣，該矩陣的對角元素為的IDFT矩陣：矩陣左乘DFT矩陣，右乘IDFT矩陣，這樣產(chǎn)生的矩陣包含了矩陣每一個循環(huán)塊的特征值：通過在每一個天線都使用OFDM的技術(shù)，產(chǎn)生N個對應(yīng)DFT下標(biāo)的平坦衰落信道，為了實現(xiàn)N個MIMO信道，信道矩陣右乘矩陣，左乘矩陣。矩陣和是轉(zhuǎn)換矩陣，用于重排屬于相同DFT下標(biāo)的輸入和輸出。最后生成的矩陣為：每一個矩陣都表示了對應(yīng)于DFT下標(biāo)的平坦衰落MIMO信道，這樣通過下式將輸入和輸出聯(lián)系起來：。這里的，，，與有相同的定義。MIMO-OFDM系統(tǒng)在發(fā)送端和接收端的系統(tǒng)圖如下圖所示：圖1發(fā)送端的系統(tǒng)圖圖2

5、接收端的系統(tǒng)圖在發(fā)送端，輸入的信息比特經(jīng)過一個串并變換器變成多路輸入的數(shù)據(jù)流，以實現(xiàn)多天線的輸出。對于每一路信號，都要經(jīng)過一次信號的映射。這里的信號映射，不僅包含了對輸入數(shù)據(jù)流的星座映射、而且還涉及到編碼調(diào)制等。同時，這樣映射后的一路信號又會變換成子載波數(shù)量的數(shù)據(jù)流作為接下來的IFFT的輸入。加入循環(huán)前綴的目的是為了在每個OFDM的符號間加上保護間隔，減小OFDM的符號間的干擾。在接收端，接收到的OFDM的數(shù)據(jù)流首先要經(jīng)過一個去除循環(huán)前綴的處理，把OFDM符號的有用部分提取出來用于FFT變換。每個FFT變換產(chǎn)生的第i路數(shù)據(jù)流中包含相同發(fā)射端輸入信息，所以將這樣的數(shù)

6、據(jù)流經(jīng)過相同的空間多路檢測器，進行檢測判決，最后數(shù)據(jù)流通過一并串變換送入到解調(diào)器。圖1、2顯示了一個基于空間復(fù)用的MIMO-OFDM系統(tǒng)，它能夠同時增強空間復(fù)用技術(shù)和OFDM技術(shù)，有利于增加系統(tǒng)容量和高速率的傳輸。通過多路數(shù)據(jù)流在發(fā)送天線的同時發(fā)射，實現(xiàn)了在相同帶寬情況下的多路空間并行信道。這樣的系統(tǒng)不僅發(fā)揮了OFDM和空間復(fù)用技術(shù)的優(yōu)勢，同時也有效地利用了空間的并行性和頻率選擇性。在接收判決一方，將接收信號轉(zhuǎn)化成了若干個子信號分別通過了OFDM的子載波處理。二、常用空時編碼技術(shù)及性能比較空時編碼技術(shù)是一種應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的新型的編碼/信號處理技術(shù)，它利用多天線

7、陣技術(shù)有效地提高了無線通信系統(tǒng)的容量和數(shù)據(jù)速率，另外，空時編碼結(jié)構(gòu)在頻譜效率、功率消耗之間作了最好的折衷?，F(xiàn)有的空時編碼技術(shù)大致可分為三類：分層空時編碼、空時格型碼和空時分組碼。分層空時編碼的最大優(yōu)點是其頻帶利用率隨著發(fā)射天線的增加線性增加，它所能達到的頻帶利用率和傳輸速率是單天線系統(tǒng)所無法想象的，但由于BLAST（BELLLaboratoriesLayeredSpace-Time）系統(tǒng)在發(fā)射端沒有對信號進行抗衰落處理，其應(yīng)用范圍僅限于樓內(nèi)和樓間等信道特性較好的無線環(huán)境，對于市區(qū)等干擾較大的情況，由于受發(fā)射功率、天線大小、頻率選擇性衰落等的限制，BLAST系統(tǒng)的性

8、能會迅速下