MIMO-OFDM系統(tǒng)中的空時(shí)編碼技術(shù)研究

　　2空時(shí)編碼技術(shù)

　　2.1基于發(fā)送分集的STBC空時(shí)編碼

　　對(duì)于空時(shí)分組碼，核心的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是提供發(fā)射分集、編碼碼元發(fā)射率以及發(fā)射時(shí)隙的多少。發(fā)射天線的分集度取決于空時(shí)編碼矩陣的設(shè)計(jì)方案，如要完全分集，則至少應(yīng)保證編碼矩陣是滿秩的。如果配置了多根接收天線，則總的分集度是發(fā)射天線數(shù)量與接收天線數(shù)量的乘積。碼元發(fā)射率是每單位碼元周期內(nèi)的發(fā)射碼元的個(gè)數(shù)。發(fā)射時(shí)隙是空時(shí)編碼的長度也就是指碼元周期。設(shè)計(jì)空時(shí)編碼的最一般的目的是在保持全分集發(fā)射的情況下，使碼元發(fā)射率(速率)最大并且使發(fā)射時(shí)隙最小。

　　2.2基于空間復(fù)用的BLAST空時(shí)編碼

　　分層空時(shí)碼是由Bell實(shí)驗(yàn)室的G.J.Foschini等人提出的最早的一種空時(shí)編碼方式。它的基本思想是：在發(fā)送端，將高速信源數(shù)據(jù)分為幾個(gè)低速的子數(shù)據(jù)流，對(duì)各個(gè)子數(shù)據(jù)流進(jìn)行普通的并行信道編碼之后，進(jìn)行分層空時(shí)編碼，調(diào)制之后通過多個(gè)天線發(fā)送出去，從而達(dá)到分集發(fā)送的效果；在接收端，用多個(gè)天線分集接收，信道參數(shù)通過信道估計(jì)獲得，進(jìn)行分層空時(shí)譯碼。

　　2.3兩種空時(shí)編碼的優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　按照正交設(shè)計(jì)理論構(gòu)造的分組空時(shí)碼與分層空時(shí)碼相比，它能夠獲得最大的分集增益，性能比分層空時(shí)碼好。STBC的正交性支持接收端采用完全線性處理的最大似然獨(dú)立解碼，其解碼復(fù)雜度大大降低。無論增加發(fā)射天線數(shù)還是增加頻譜利用率都不會(huì)對(duì)解碼復(fù)雜度有太大的影響，接收端的解碼算法簡單、復(fù)雜度低是STBC最大的優(yōu)點(diǎn)。

　　雖然空時(shí)分組碼的正交設(shè)計(jì)使得它的譯碼復(fù)雜度大大的降低，但是它的正交設(shè)計(jì)給它帶來了兩個(gè)問題：一是STBC的編碼增益僅僅與所采用的信號(hào)星座圖的結(jié)構(gòu)有關(guān)，目前還沒有很好的編碼增益優(yōu)化方法；二是采用一般實(shí)正交設(shè)計(jì)時(shí)，空時(shí)分組碼的頻帶利用率可以達(dá)到最大，但采用復(fù)正交設(shè)計(jì)時(shí)，STBC的頻帶利用率只有最大值的一半。M=3，4時(shí)，可以達(dá)到最大值的3／4。可以說STBC是以編碼增益和部分頻帶利用率來換取最大的分集增益和較低的編譯碼復(fù)雜度的。 3 MIMO-OFDM系統(tǒng)中的空時(shí)編碼技術(shù)

　　空時(shí)編碼具有頻譜效率高，抗衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但目前提出的空時(shí)編碼都是基于平坦衰落信道，而未來寬帶移動(dòng)通信所處的信道將是嚴(yán)重的非平坦衰落信道，因而還不能將空時(shí)編碼直接運(yùn)用到未來移動(dòng)通信中去。

　　OFDM的最大優(yōu)點(diǎn)是：傳輸高速數(shù)據(jù)時(shí)，具有內(nèi)在的抗符號(hào)干擾能力，將寬帶的非平坦信道轉(zhuǎn)換為一組并行的平坦衰落子信道。OFDM的最大特點(diǎn)正好彌補(bǔ)了空時(shí)編碼的最大缺點(diǎn)，為空時(shí)編碼在后3G寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用找到了較為理想的解決方案。兩者結(jié)合不但可以使系統(tǒng)獲得更高的頻譜效率，傳輸速率和通信質(zhì)量，而且還能夠大大減輕高速通信時(shí)將會(huì)遇到的均衡復(fù)雜性。

　　通常情況下，STC-OFDM是將輸入的信息比特流經(jīng)過調(diào)制后串并變換，對(duì)得到的k路數(shù)據(jù)(k，子載波個(gè)數(shù))分別進(jìn)行空時(shí)編碼，每一路數(shù)據(jù)的編碼結(jié)果都是N路輸出信號(hào)(N，發(fā)射天線的個(gè)數(shù))，這樣就能得到k組包含N路信號(hào)的輸出結(jié)果。然后，對(duì)這樣的結(jié)果進(jìn)行重新排列，如圖5所示，就能得到每一組OFDM的輸入信號(hào)。經(jīng)過IFFT變換之后，從相應(yīng)的天線上發(fā)射出去。也就是說，要在OFDM系統(tǒng)中使用空時(shí)碼，就在每一個(gè)子載波上進(jìn)行空時(shí)編碼，然后再進(jìn)行IFFT調(diào)制，接收端先進(jìn)行FFT解調(diào)，再對(duì)每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時(shí)編碼。


　　4 結(jié)論

　　MIMO和OFDM技術(shù)在各自的領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用，如今將兩者相結(jié)合并應(yīng)用到未來移動(dòng)通信中，正成為無線通信研究的一個(gè)熱點(diǎn)。OFDM系統(tǒng)克服頻率選擇性衰落，為MIMO技術(shù)的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，MIMO技術(shù)又可以為OFDM系統(tǒng)提供明顯的分集增益和系統(tǒng)容量的增加，兩者的結(jié)合可以帶來極大的性能增益?？諘r(shí)編碼和OFDM的結(jié)合可以看成是MIMO-OFDM的特例，OFDM的特點(diǎn)正好彌補(bǔ)了空時(shí)編碼不能直接用于寬帶移動(dòng)通信中的缺陷，將兩者結(jié)合而形成的空時(shí)OFDM技術(shù)將成為后3G及4G寬帶移動(dòng)通信的無線傳輸找到一種可行的解決方案。