趙雪君

　　關(guān)鍵詞:時(shí)空編碼類別應(yīng)用動(dòng)態(tài)

　　由于移動(dòng)用戶的增多，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)從單純的語(yǔ)音業(yè)務(wù)擴(kuò)展到多媒體業(yè)務(wù)，無(wú)線頻譜資源日趨緊張，從而追求盡可能高的頻譜利用率已成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

　　一、時(shí)空編碼基本原理

　　空時(shí)編碼(space-timecoding)技術(shù)是第3代移動(dòng)通信抗衰落技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，是無(wú)線通信一種新的編碼和信號(hào)處理技術(shù)�？諘r(shí)編碼技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種空時(shí)二維處理手段。在空間上，采用多發(fā)射多接收天線的空問(wèn)分集來(lái)提高無(wú)線通信系統(tǒng)的通信容量和信息率;在時(shí)間上，不同信號(hào)在不同時(shí)隙內(nèi)使用同一天線發(fā)射，并在不同天線發(fā)射的信號(hào)之間引人時(shí)域和空域相關(guān)，使接收端可進(jìn)行分集接收。

　　空時(shí)編碼利用多天線組成的天線陣同時(shí)發(fā)送和接收。在發(fā)送端，將數(shù)據(jù)流分離成多個(gè)支流，對(duì)每個(gè)支流進(jìn)行空時(shí)處理和信號(hào)設(shè)計(jì)(空時(shí)編碼)，然后通過(guò)不同天線同時(shí)發(fā)送;在接收端，利用天線陣接收，并經(jīng)空時(shí)處理和空時(shí)碼解碼，還原成原發(fā)送數(shù)據(jù)流。在信道容量上，多天線系統(tǒng)比單天線系統(tǒng)有顯著的提高。增加的信道容量可用于提高信息傳輸速率，也可通過(guò)增加信息冗余度來(lái)提高通信系統(tǒng)性能，或在兩者之間合理折衷。

　　二、時(shí)空編碼的分類

　　1.分層空時(shí)碼(LSTC)

　　分層空時(shí)編碼技術(shù)是將高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分接為若干低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過(guò)普通并行信道編碼器后，進(jìn)行分層空時(shí)編碼，調(diào)制后用多個(gè)天線發(fā)送，實(shí)現(xiàn)發(fā)送分集。在接收端，用多個(gè)天線分集接收，信道參數(shù)通過(guò)信道估計(jì)獲得，由線性判決反饋均衡器實(shí)現(xiàn)分層判決反饋干擾抵消，然后進(jìn)行分層空時(shí)譯碼，由單個(gè)信道譯碼器完成信道譯碼。從m個(gè)并行信道編碼器送出的信號(hào)有3種分層空時(shí)編碼方案：對(duì)角分層空時(shí)編碼(DLSTcod—ing)、垂直分層空時(shí)編碼(VLSTcoding)和水平分層空時(shí)編碼(HISTcoding)。在各發(fā)送信號(hào)之間，LSTC系統(tǒng)并不是引入正交關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)不相關(guān)性，而是充分利用無(wú)線信道的多徑傳播特性來(lái)達(dá)到區(qū)分同波道信號(hào)的目的。無(wú)線信道的傳播路徑越多，檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的誤碼越少，從而提高系統(tǒng)性能、頻帶利用率和傳輸速率。

　　2.Trdljs空時(shí)碼(STTC)

　　STTC吸收了延時(shí)分集技術(shù)和MTCM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)傳輸分集與信道編碼相結(jié)合來(lái)提高系統(tǒng)的抗衰落性能，從而可利用多進(jìn)制調(diào)制方式提高系統(tǒng)的傳輸速率。

　　3.空時(shí)分組碼(STBC)

　　假設(shè)信號(hào)星座圖的大小為2，發(fā)射天線數(shù)為n，接收天線數(shù)為m，希望達(dá)到的分集為nm，分組空時(shí)編碼器將輸入的nb比特信息映射成星座圖中的n個(gè)信號(hào)點(diǎn)為(S1S2，?，Sn)。利用這n個(gè)信號(hào)點(diǎn)構(gòu)造正交設(shè)計(jì)矩陣c。在矩陣c中，每一列元素經(jīng)同一天線在n個(gè)時(shí)隙內(nèi)發(fā)射，其中第i列對(duì)應(yīng)第i個(gè)發(fā)射天線;每一行在不同天線上同時(shí)發(fā)射，其中第i行在第i時(shí)隙發(fā)射，這就是空時(shí)分組碼的基本原理。STTC的優(yōu)點(diǎn)是碼的性能較好，抗衰落能力較強(qiáng);缺點(diǎn)是編碼方案搜索好碼比較困難，譯碼過(guò)程比較復(fù)雜，而且增加發(fā)送天線數(shù)或增加數(shù)據(jù)傳輸率都會(huì)使譯碼復(fù)雜度呈指數(shù)增長(zhǎng)。STBC構(gòu)造容易，正交結(jié)構(gòu)使譯碼簡(jiǎn)單，尤其是編譯碼算法可行，無(wú)論增加發(fā)送天線數(shù)還是增加數(shù)據(jù)傳輸率，對(duì)譯碼復(fù)雜度影響不大。但STBC性能一定(只與分集度有關(guān))，不能通過(guò)提高狀態(tài)數(shù)來(lái)改善性能，抗衰落(尤其快衰落)性能比STTC略差，而且在接收端譯碼時(shí)，需要準(zhǔn)確的信道衰落系數(shù)。

　　三、時(shí)空編碼的應(yīng)用情況

　　未來(lái)移動(dòng)無(wú)線通信需要提供高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)，例如多媒體業(yè)務(wù)(如電視電話會(huì)議)和手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)，單純依賴蜂窩小區(qū)的細(xì)化(如microcell和picocel1)來(lái)提高數(shù)據(jù)率既不現(xiàn)實(shí)，也不經(jīng)濟(jì)。在不增大發(fā)射功率和不擴(kuò)展頻帶前提下，多天線系統(tǒng)加空時(shí)編碼技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。目前，這種技術(shù)已用于很多方面：將Trellis空時(shí)碼用于OFDM系統(tǒng);多徑CDMA信道的線性空時(shí)多用戶檢測(cè)將多接收天線的空時(shí)處理技術(shù)與多用戶檢測(cè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，采用具有最小均方輸出的空時(shí)檢測(cè)器，在抑制多址干擾方面.比以往最優(yōu)空時(shí)多用戶檢測(cè)器的復(fù)雜性要低，而且比傳統(tǒng)單用戶RAKE接收機(jī)的容量有顯著提高;頻率選擇性衰落信道的空時(shí)MIMO天線系統(tǒng)將自適應(yīng)天線用于基站和移動(dòng)臺(tái)，以提高頻率選擇性信道系統(tǒng)每一個(gè)分組的信干比和信噪比;MIMO蜂窩系統(tǒng)具有干擾限制，在發(fā)射端采用多發(fā)射信號(hào)，每個(gè)信號(hào)都分別使用自適應(yīng)調(diào)制，在接收端采用自適應(yīng)陣列處理，而且每個(gè)小區(qū)采用頻率復(fù)用，三種技術(shù)的聯(lián)合使蜂窩系統(tǒng)的頻譜利用率大為提高。多天線的空時(shí)編碼技術(shù)已成為第4代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)框架討論中不可缺少的一部分。

　　四、空時(shí)碼研究動(dòng)態(tài)

　　盡管目前空時(shí)編碼已經(jīng)做了大量的研究，但是在如何改進(jìn)多天線系統(tǒng)，使之能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用方面仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的工作。這方面的課題包括：快速空時(shí)格形碼譯碼算法;空時(shí)編碼結(jié)合其他技術(shù)，如智能天線技術(shù)等結(jié)合空時(shí)處理技術(shù);空時(shí)格形碼和空時(shí)分組碼在不同衰落信道下的性能和復(fù)雜度的比較;Turbo碼級(jí)聯(lián)空時(shí)碼的方案;空時(shí)編碼方案在頻選衰落路徑下的性能等等。尤其是智能天線技術(shù)等結(jié)合空時(shí)處理技術(shù)，是目前很熱門的一個(gè)研究課題。未來(lái)的移動(dòng)無(wú)線通信應(yīng)該能夠提供高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)如多媒體業(yè)務(wù)(如電視電話會(huì)議)、手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)。單純依賴蜂窩小區(qū)(cel1)的細(xì)化(如microcell和picocen)來(lái)提高數(shù)據(jù)率是不現(xiàn)實(shí)的也不經(jīng)濟(jì)。多天線系統(tǒng)加空時(shí)編碼技術(shù)能在不增大發(fā)射功率和不擴(kuò)展頻帶前提下實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，這必將有效地滿足未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信對(duì)高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)囊�求�?/P>

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