空時碼的設計準則及其在OFDM系統(tǒng)中的應用.ppt

空時碼的設計準則及其在OFDM系統(tǒng)中的應用,張琦 0408110161,寬帶無線通信報告,內(nèi)容提要,緒論 空時碼的設計準則 空時碼在OFDM系統(tǒng)中的應用 總結,緒 論,1996年，Bell實驗室提出了空時編碼技術的概念，為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供了一個新的選擇。空時編碼技術利用多發(fā)射和多接收天線，將發(fā)射分集技術和接收分集技術相結合，在各陣元的發(fā)射信號之間引入時域和空域的相關，并且將信號處理技術與編碼技術有機的結合在了一起，因而具有非常優(yōu)異的性能：有效的補償了信道的衰減、增加了系統(tǒng)的容量、抑制了噪聲和干擾，并獲得了很高的分集增益和編碼增益，因此有著廣闊的應用前景。,空時編碼技術分為三類： 分層空時編碼（LSTC）技術 網(wǎng)格空時編碼（STTC）技術 分組空時編碼（STBC）技術,主要內(nèi)容,討論了空時編碼的基本思想和原理，給出其設計準則 空時編碼技術在正交頻分復用（OFDM）系統(tǒng)中的應用,空時碼的設計準則,設： 第i副發(fā)射天線在時隙t發(fā)射的信號 第j副接收天線在時隙t接收到的信號 則 接收端利用最大似然譯碼算法尋找使 最小的碼字 作為正確碼字來完成譯碼。,（2）,（1）,(a) 空時信道模型,Rayleigh衰落信道下,該空時編碼系統(tǒng)的錯誤概率為： 其中,r為矩陣 的秩, (i=1,2,r) 為矩陣A的特征值，差矩陣 衡量空時碼的性能的參數(shù)有兩個：一個是采用多發(fā)射天線和多接收天線所獲得的分集增益，它決定誤碼率曲線隨信噪比增加的下降速度；另一個是編碼所獲得的編碼增益，它在分集增益確定的情況下，決定誤碼率曲線的平移。,（3）,（4）,平坦準靜態(tài)Rayleigh衰落信道下空時碼的設計準則： 秩準則（Rank Criterion）：為獲得最大分集增益mn，要求任何兩碼字c和e所構成的差矩陣B(c,e)必須是滿秩。如對所有不同的碼字對c和e，差矩陣B(c,e)的最小秩為r，則所獲得的分集增益為mr； 行列式準則（Determinant Criterion）：如分集增益以mr為目標，則編碼增益可由矩陣 的所有rXr階主余子式的行列式的和來衡量，使其最小值最大，就可獲得最大的編碼增益。其中 要求能夠覆蓋編碼碼組中的所有碼字。特別的，當分集增益以mn為目標時，為獲得最大編碼增益，所有不同碼字對c和e所構成的矩陣 的行列式的最小值必須最大化。,空時碼在OFDM系統(tǒng)中的應用,OFDM的基本原理 空時碼在OFDM系統(tǒng)中的應用,OFDM的基本原理,正交頻分復用是一種多載波調(diào)制方式，其基本思想是把高速率的信源信流變換成低速率的N路并行數(shù)據(jù)流，然后用N個相互正交的載波進行調(diào)制，將N路調(diào)制后的信號相加即得發(fā)射信號。 多載波調(diào)制復數(shù)信號形式 : (10) 為第n個載波頻率，dn(t) 為第n個載波上的復數(shù)信號,采樣頻率為1/T,一個符號周期Ts內(nèi)有N個采樣值，即Ts=NT,則有: (11) 將其與IDFT形式 (12)比較, (12),當式 成立時，(11)與(12)式等價。由此可知，若選擇載波頻率間隔為1/Ts，則OFDM信號不但保持了正交性，而且可以用IDFT來定義。接收端只要用DFT就可恢復原始信號d(n)。 可見，OFDM實際上是一種特殊的多載波傳輸方式，它將一個高速單數(shù)據(jù)流通過多個低速子載波同時并行地傳送，也就是把總的信號帶寬劃分成N個子信道來傳送N個子數(shù)據(jù)流。只要子信道帶寬f 足夠小，以致各子信道內(nèi)頻率響應近似為常數(shù)，則各子信道可近似為平坦衰落信道?？梢奜FDM技術可以把一頻率選擇性衰落信道變?yōu)槎鄠€并行平坦衰落信道，這樣就可以將前面介紹的適用于平坦衰落信道的空時碼應用于頻率選擇性衰落信道。,空時碼在OFDM系統(tǒng)中的應用,STC-OFDM系統(tǒng)框圖,設系統(tǒng)總帶寬被劃分為K個相互重疊的子信道。每個空時碼字包含有NK個碼符號，在一個OFDM碼字持續(xù)時間內(nèi)同時發(fā)送，每個碼符號用某一發(fā)射天線在某一OFDM的子載波上發(fā)送。 如圖所示，在每一時刻t，空時編碼器對輸入的信息比特序列進行編碼輸出碼字 其中 為在時刻t，在第i副發(fā)射天線的第k個子載波上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，是調(diào)制星座中的星座點信號。然后分別對信號點序列 進行OFDM調(diào)制，并映射到第i副發(fā)射天線上，最后將這些調(diào)制信號由N副發(fā)射天線在時刻t同時發(fā)射出去。,接收天線 j 上的接收信號經(jīng)符號速率采樣、去循環(huán)前綴及FFT解調(diào)后為 假設接收端已知信道狀態(tài)信息，則收端譯碼器運用最大似然檢測算法，尋找使度量值 最小的碼字 作為譯碼器的輸出。,(13),(14),經(jīng)分析，在頻率選擇性衰落信道下空時編碼正交頻分復用STC-OFDM系統(tǒng)的錯誤概率為 可以看出，空時編碼正交頻分復用STC-OFDM系統(tǒng)所能獲得的最大的分集增益為NML，也就是發(fā)射天線數(shù)、接收天線數(shù)以及信道的頻率選擇分集階數(shù)的乘積。,(15),（a）不同多徑數(shù),（b）不同時延,（c）不同多普勒頻移,上圖給出了在頻率選擇性衰落信道下，采用4-PSK調(diào)制的8狀態(tài)網(wǎng)格空時碼的STC-OFDM系統(tǒng)的性能曲線。由圖(a)可以看出，隨著多徑數(shù)目的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變好，這是因為多徑數(shù)越多，空時碼所獲得的分集增益越大。由圖(b)可以看出，隨著兩條徑之間時延的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變好，這是因為時延越大，相關帶寬越小，信道衰落的獨立性越強，從而性能越好。由圖(c)可以看出，隨著多普勒頻移的增加STC-OFDM系統(tǒng)的性能變差，這是顯然的。,空時編碼技術同OFDM技術相結合后，在頻率選擇性衰落信道下具有很好的性能，可以獲得所有可能的分集增益，不僅包括空時碼一般所能獲得的發(fā)射天線的分集增益和接收天線的分集增益，而且還包括信道的頻率選擇性所帶來的分集增益。,結論,本文主要討論空時碼的設計準則及其與OFDM技術的結合。把空時編碼技術同OFDM技術結合起來，可以在實際的頻率選擇性衰落信道下獲得很好的性能。由分析和仿真可知，空時碼與OFDM技術相結合后，可以獲得所有可