宽带无线接入网中的空时编码技术

摘要:空时编码技术能提高系统吞吐量,改善非对称应用环境中下行链路的传输问题,还可以结合干扰抑制技术,进一步提高系统容量 。文章介绍了用于EDGE蜂窝通信系统和宽带无线接入网的空时编码(STC)技术,重点讨论了物理层信道估值、联合均衡与编码以及干扰抑制等信号处理技术 。要害词:宽带无线通信;接入网;空时编码技术Abstract:Space-Time Code (STC) can increase system throughput, and improve downlink transmission under an asymmetric application environment. It can further increase system capacity when combined with interference suppression technique. The paper discusses STC techniques for the EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) communication system and broadband wireless Access networks, with a focus on sUCh signaling processing techniques as the physical layer channel estimation, combined coding and equalization, and interference suppression. Key Words:broadband wireless communication; access network;space-time code 随着Internet和多媒体业务的普及,越来越多的应用需要高速无线接入 。由于无线传输受到信号衰落和干扰的影响,为了实现高数据速率和高业务质量,要求采用新技术来提高频谱效率和改善链路可靠性 。在发射机和接收机使用多个天线进行数据传输的多输入多输出(MIMO)技术,可以在不增加带宽和天线发送功率的情况下,成倍地提高频谱利用率,进而成倍地提高无线信道容量 。
天线阵列很早就被用于接收机分集 。“智能天线”提出后,天线阵列在无线通信系统中的应用更得到深入研究 。理论上已经证实,采用多个发射天线能把无线信道分割成多个并行的窄带信道,具有提高信道比特传输率的潜能,且研究结果显示,信道容量随天线数量增加而线性增大 。与接收分集和智能天线相比,MIMO系统不但能够提供分集增益和阵列增益,而且可以采用空间复用(SDM)的方式提高系统容量 。此外,采用MIMO构成多路信道可以在一定程度上对抗信道衰落,因为多个信道同时处于深衰落的可能性较小 。
由于无论发射机还是接收机的天线数都是有限的,因此增加分集增益和提高发射速率是一对矛盾 。空时编码(STC)能较好地解决这一矛盾 。STC是一类采用多发射天线、单接收天线(或多接收天线),有机结合信道编码与空域发射分集,实现发射速率与分集增益折衷的MIMO通信技术 。在不增加总发射功率和总传输带宽的前提下,数据经过STC并通过多个天线发射出去,各发射符号间在空域和时域具有相关性,因而可获得分集增益和编码增益 。
无线高速应用环境下,在基站和移动用户终端间采用STC传输,基站采用双天线时,即使不增加用户终端接收天线的数目,STC系统也能提高系统吞吐量,从而改善非对称应用环境中下行链路传输“瓶颈”问题 。假如移动用户终端采用双天线,还可以结合干扰抑制技术,进一步提高系统的容量[1] 。

1 空时格码和空时分组码
随着第三代移动通信系统标准的出台,发射分集技术受到了空前重视,多种发射分集技术被纳入标准当中 。北美CDMA2000标准采用的两种发射分集技术分别是空时扩展(STS)和正交发射分集(OTD) 。在欧洲的WCDMA标准中,前向链路发射分集分为开环发射分集和闭环发射分集,其中开环发射分集采用空时发射分集(STTD),闭环发射分集采用闭环模式一(CL1)和闭环模式二(CL2) 。
传统的发射分集技术不能满足带宽或发射速率的要求,因此要想在不损失带宽和发射速率的前提下,实现系统的全空间分集增益,应该采用分集与编码相结合的方法,于是AT&T实验室的Tarokh等人提出了空时码(STC)的概念[2] 。STC的提出可以认为是多天线MIMO系统以及发射分集研究进程中的一个重要里程碑 。STC分为空时格码(STTC)和空时分组码(STBC) 。到目前为止,无论是STBC还STTC,大数量发射天线的编码设计问题还是一个难点 。因此,如何寻找能够实现更高编码增益以及全空间分集增益的好码目前是STC研究领域的重要课题 。

推荐阅读