宽带无线接入网中的空时编码技术( 二 )


1.1 空时格码
STTC的基本原理是,原始数据流通过信道编码器进行编码,编码数据经过串/并转换分成nt个数据流;每个数据流形成脉冲后进行调制,在每个时刻t,调制器i的输出信号从第i个天线发射出去 。这样,nt个信号从ni个不同的天线同时发射,每个信号的比特周期保持相同 。接收机采用Viterbi译码对信号进行判决 。图1所示为8状态8PSK的STTC状态和编码 。除提供额外编码增益外,这个STTC等效于延时分集传输 。其中,经过8状态8PSK映射后,送给第二副天线的延时符号X(k-1)为奇数时,延时符号乘以因子1;当延时符号为偶数时,延时符号乘以因子-1 。

虽然STTC集合了前向差错控制编码和分集,提供信号星座、传输速率、分集增益和网格复杂度之间的最佳折衷方案,带来的增益非常可观,但代价是增加了处理复杂度 。例如,当发射天线数目固定时,其解码复杂度随分集重数和传输速率呈指数性增加 。1.2 空时分组码
尽管STTC比其他发射分集技术具有更好的综合性能,但是当系统要求的发射天线较多时,STTC的复杂度将严重阻碍其在实际系统中的应用 。鉴于这种情况,Tarokh等人随后又提出了STBC 。STBC的特点为:发射机不要求接收机反馈信道状态信息(CSI),没有带宽扩展,译码简单,在不损失发射速率的前提下达到与最大比合并(MRC)接收分集相同的分集增益 。

; 虽然STBC实现简单、性能优越,但是由于每个天线的发射功率只有原来的一半,因此信噪比比MRC降低了3 dB;另外,与STTC相比,STBC没有编码增益,因此在实际应用中需要与信道编码相结合 。
对于图1的结构,STBC输入成对符号,即在时刻k,符号Xk和Xk 1分别从天线1和天线2发射;在时刻k+1,符号-X*k 1和X*k分别从天线1和天线2发射 。其中( ·)*表示复共轭 。这样可保证欲发射符号具有正交空时结构,构成完全时域分集 。该结构已经被IS-136、WCDMA和CDMA2000等移动通信标准所采纳 。

2 空时编码中的信号处理
2.1 宽带信道模型
假设进行空时编码传输的信道是频率选择性衰落的,且从第i副发射天线到单个接收天线的信道脉冲响应(CIR)为无线脉冲响应hi 。hi的D变换为:
其中,V为信道记忆长度,D为单位延时,hi(k)为hi的第k个元素 。
2.2 信道估值
在接收端的联合均衡与编码及干扰抑制中,CSI起着要害作用 。为使估值过程简单,估值结果可靠,一般采取在传输数据中嵌入练习序列的方式辅助CSI估值 。估值时会有两个问题:一是,对于单发射天线传输,嵌入的练习序列应有高自相关和低互相关,即具有联合序列最佳根(PRUS)的特性;二是,对于多发射天线的传输,随需要估值的信道参数个数增加,每副发射天线的发射功率却减少 。后者的解决方法是对单一练习序列进行空时编码,产生有限的ni个相关的练习序列,其性能虽比PRUS要差一些,但也属次优,而此时练习序列的搜索空间尺寸从C;减少到C; (C为输入和输出字符集的大小,Nt为练习序列长度) 。

(1)STTC编码练习序列
具有m个二进制存储记忆单元和信号坐标大小为C的空时编码器,嵌入CIR的STTC编码结构产生等效的记忆长度为m v的单输入单输出(SISO)CIR 。对于图1的双发射天线和单接收天线的8状态8PSK STTC,嵌入CIR的空时编码器在信道上产生记忆长度为V 1的等效SISO信道,其信道脉冲响应h1的D变换为:
其中,pk等于 1还是-1取决于欲传输的数据 。在分组传输期间,可以认为信道脉冲响应h1和h2不变 。在发射偶数练习符号Ce={0,2,4,6}时,pk= 1;此时等效信道为he(D)=h1(D) Dh2(D) 。而在发射奇数练习符号Co={1,3,5,7}时,pk=-1;此时等效信道为ho(D)=h1(D)-Dh2(D) 。在估值he(D)和ho(D)参数后,可得到:

推荐阅读