基于空時(shí)編碼的mimo

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1、基于空時(shí)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(gè)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??諘r(shí)編碼技術(shù)的形成條件之一,就是對信號(hào)進(jìn)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(shí)編碼技術(shù)OFDM的結(jié)合看成是空時(shí)編碼技術(shù)與MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)合的特例,空

2、時(shí)編碼技術(shù)能有效的提高信道容量,同時(shí)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(dòng)通信中,OFDM的特點(diǎn)正好彌補(bǔ)了這一缺陷,空時(shí)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(shí)利用空域、頻域、時(shí)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(shí)編碼的MIMO-OFDM現(xiàn)代通信系統(tǒng)性能研究就更有實(shí)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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)通道(MI

3、MO子信道)發(fā)射信號(hào),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(gè)OFDM符號(hào)的信號(hào)分別從個(gè)天線上同時(shí)發(fā)送,這些個(gè)符號(hào)按照發(fā)射天線和時(shí)間可組成個(gè)長的列向量為:接收到的OFDM符號(hào)能夠形成個(gè)列向量:信號(hào)經(jīng)過信道后得到的表達(dá)式應(yīng)該為:,是一個(gè)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(gè)發(fā)送天線都采用循環(huán)前綴,仍能得到該表達(dá)式,這時(shí)是列向量,是列向量,而是一個(gè)階、具有循環(huán)

4、托普尼茲矩陣形式的矩陣:定義一個(gè)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(gè)循環(huán)塊的特征值:通過在每一個(gè)天線都使用OFDM的技術(shù),產(chǎn)生N個(gè)對應(yīng)DFT下標(biāo)的平坦衰落信道,為了實(shí)現(xiàn)N個(gè)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(gè)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(gè)串并變換器變成多路輸入的數(shù)據(jù)流,以實(shí)現(xiàn)多天線的輸出。對于每一路信號(hào),都要經(jīng)過一次信號(hào)的映射。這里的信號(hào)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(shí),這樣映射后的一路信號(hào)又會(huì)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(gè)OFDM的符號(hào)間加上保護(hù)間隔,減小OFDM的符號(hào)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(gè)去除循環(huán)前綴的處理,把OFDM符號(hào)的有用部分提取出來用于FFT變換。每個(gè)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(jìn)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(gè)基于空間復(fù)用的MIMO-OFDM系統(tǒng),它能夠同時(shí)增強(qiáng)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(shí)發(fā)射,實(shí)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(shí)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(hào)轉(zhuǎn)化成了若干個(gè)子信號(hào)分別通過了OFDM的子載波處理。二、常用空時(shí)編碼技術(shù)及性能比較空時(shí)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(hào)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(shí)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(shí)編碼技術(shù)大致可分為三類:分層空時(shí)編碼、空時(shí)格型碼和空時(shí)分組碼。分層空時(shí)編碼的最大優(yōu)點(diǎn)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(dá)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(hào)進(jìn)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(huì)迅速下

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