STBC技术在频率选择性衰落信道中的性能研究和改进
基于天线选择和STBC编码的MIMO-OFDM系统

基 于天 线选 择和 S B T C编 码 的 MI O D 系统 MO-F M
李鸿林 , 杨业强
( 尔滨工程大学 信息与通信工程学院, 哈 黑龙江 哈 尔滨 10 0 ) 50 1
摘 要 : MO-F M 系统能够极大地提高无线通信 系统 的容量和频谱利用率 , 了增加系统 的可靠性 , MI O D 为 采用空时 分组 编
c nb s dt b a nt e e r e f p t l ie st F r h c e s f n yu i g l -n e n ,n e n lci n a eu e o t i g e ai v ri . o e n r a e l kb sn t a t n aa tn a ee t o h d o s ad y t i o RF i mu i s o tc n q e a e s d o l n t e i t f s t se B s do e r d t n l MO OF e h i u s nb e i ae h mio RFc to y t m a e t a i o a c u t e mi t l o s nh t i MI - DM se t i p p r s t m, h s a e y
i r v ec pa i n e u n ys e tu ut ia ino wie e s o mp o et a ct a df q e c p cr m i z t f r l s mmu i ai n I r e r a er la lt , TBC h y r l o c n c to .no d roi e s ibi y S t nc e i
s c -i e bl c Байду номын сангаас o ng pa e tm o k c di
STBC—OFDM系统性能分析与仿真

个数 、频率选择性衰落分集级数 ( 多径数 )的乘积。也就是说 ,空时编码 O D F M系统能够同时利用空域 、
频域和时域分集。
3 仿真及结果分析
31 仿真条件 .
文中所作的仿真都是基于无限局域网环境的,因此所加的信道环境是多径环境加白噪声 ,仿真时假设 信道估计可以准确地估计信道参数 ,并且假设信道是准静态的。相应的仿真参数为:
子载波数 M=4 F ( F ) 6 ;I兀’ F T 点数为 6 ; 4 信道环境为:多径信道+ 高斯白噪声 ; 当多径数 L 2 = 时,信道中各径的功率谱和时延参数为:
dl =0 20.1一; e y[ 0] 0 s a * Pwr[ -时,信道中各径的功率谱 和时延参数为 :
P<P ) ]e Hx )( p
空时编码 O D F M系统在宽带无线信道下的成对错误概率可以表示成为 :
一 )
il  ̄ 4 o N
c
f MV i n c 静 斗 J
I
由此可见, 在空时编码 O D F M系统中可以提供的最高分集阶数为 N L M ,即为发射天线个数 、 接收天线
dl =0 0 2 0 3 0 40 40.1一; e y[.8 4 2 0 8] 0 s a
Pwr[ 一 . - . - 0 - 3 —0 B oe O 3 - = 6 7 2 1 1 2l a 调制方式 :Q S P K调制 ;信源编码 :1 的卷积码 ;数据传输速率 : 6 b s / 2 3M p
OD F M调制时的子载波数是 M,则输入信号经过 1 的串并变换之后 ,变成有 M个元素的向量序列 , :
然后将向量序列进行空时编码 。在图 1 中,空时编码器同时取出两个数据向量 、 ( ,传输矩阵为 川)
基于STBC的MIMO—OFDM系统误码性能仿真分析

基于STBC的MIMO—OFDM系统误码性能仿真分析作者:王涛陈善继胡文芳来源:《软件工程》2016年第05期摘要:基于STBC方案,针对MIMO-OFDM系统中小区间干扰问题,研究分析了STBC-MIMO-OFDM系统模型的抑制干扰性能。
在假定信道产生的衰落是准静态,并且信道衰落参数对于接收端是已知的条件下,采用不同调制方式和不同数目的收发天线,仿真对比分析了该系统模型接收端采用最大似然检测法时的系统误码性能。
仿真对比表明:综合考虑对传输速率和误码性能的要求,调制方式适宜采用QPSK;在抑制干扰性能上,当信噪比较大时,采用3发2收的STBC-MIMO-OFDM系统优于采用2发2收的STBC-MIMO-OFDM系统。
关键词:空时分组编码;多输入多输出;正交频分复用;最大似然检测中图分类号:TP311 文献标识码:AAbstract:Based on the STBC scheme,the paper analyzes anti-interference performance of the STBC-MIMO-OFDM system model,aiming to solve the inter-cell interference(ICI)in MIMO-OFDM communication systems.In condition that the fading channel is quasi-static and the fading channel parameters are known to the receiving end,by using different modulation schemes and different amounts of transmitting and receiving antennas,the paper comparatively analyzes the system BER(Bit Error Rate)performances when the receiving end of the system model adopting the ML(Maximum Likelihood)method.The simulation results show that:with full consideration of the transmission rate and BER performance,QPSK modulation method is most suitable.Under the condition of high SNR(Signal Noise Ratio),the STBC-MIMO-OFDM system with 3 transmitting antennas and 2 receiving antennas is better than that with 2 transmitting antennas and 2 receiving antennas in terms of anti-interference performance.Keywords:STBC;MIMO;OFDM;MLD1 引言(Introduction)基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)被视为无线通信系统最重要的一种传输技术[1]。
协同SC-FDE系统中基于RS的D-STBC传输方案设计

t i o n ( RS )wa s d e s i g n e d f o r S i n g l e Ca r r i e r F r e q u e n c y Do ma i n Eq u a l i z a t i o n( S C — FDE) c o o p e r a t i v e
L 和 中继 数 K 的定量 关系 以及 对 P。 和 P 的直观 影 响 , 并用 蒙特 卡 洛仿真 对理 论分 析进行 了验证 , 最 后 在
更接 近 实际 的时变 衰落 信道 中对 所提 传输 方案进 行 了仿 真分 析 。 本文 结构 安排 如下 : 第 2部分 详细 描述 了针对 协 同 S C- F DE系统 中基 于 R S的 S TB C分 布式 传 输 方 案 设计 , 第 3部 分进行 了系统性 能 分析 , 第 4部分 展示 了仿 真结 果 , 第 5 部 分则 是结 论和展 望 。 部 分符 号说 明如下 , ( ・ ) 一 , ( ・ ) , ( ・ ) “分别 代表 矩 阵的转 置 、 共 轭 和共轭 转置 ,l I・l l 表示 2 一 范数 运算 , J表示 N ×N 阶互 换矩 阵 , J 表示 m ×m 阶单位 矩 阵 , ( ・ ) ! ! 表示 双 阶乘 , 如5 1 1 —5×3× 1 。
s i g n e d s c h e me i S G — L( K+1 ) ,a n d L a n d K a r e t h e n u mb e r o f t r a n s mi s s i o n p a t h a n d r e l a y n o d e
摘 要 : 文章针对多 中继 的协同单载波频域均衡 ( S C — F D E ) 系统 , 设计 了基于 中继 选择 ( R s ) 的分布式空时编
相关衰落信道MIMO STBC分集增益与多用户自适应OFDMA研究

p ee td I wa one u a ep rom a c f es se wa eeirtd b c u eo ec a n l o eain Th rsne .t sp itdo t t f r n eo ytm sd tr ae e a s ft h n e r lto . e h h t t e h t o h c ta t n l to fa ay igdv ri an a dc dn an wa eyc mpiae ,h sa q iae t I O d l o r di a h d o l zn es yg i o gg sv r o l td tu e uv n S mo e r i o me n i t n i i c n l S f
维普资讯
第 2 第 3期 7卷 20 06年 3月
通信ຫໍສະໝຸດ 学报 V 1 7 NO 3 o. 2 .
J u n l n C mmu i ai n o r a o o nct s o
Ma c o 6 r h2 0
相关衰落信道 MI T C分集增 益 与多用 户 自适应 OF MA 研 究 MO S B D
( p r n lc o is noma o n ier g H S Wu a 3 0 4C ia De at t f e t nc &If r t nE gn ei , U me o E r i n h n 0 7 ,hn ) 4
Ab t a t A p t ltmp r l i e st h o y b s d o eM I O TBC s s m n e ec re ae a n h n e s sr c : s a i - a e o a v ri t e r a e n t M d y h S y t u d rt o r lt d f d g c a n l e h i wa
脉冲熄灭STBC-OFDM接收机差错性能分析

orthogonal frequency division multiplexing,STBC-0FDM)接 收 机 差 错 性 能 的 影 响 ,在 频 率 选 择 性 瑞 利 衰 落 信 道 下
理 论 分 析 给 出脉 冲熄 灭 STBC-OFDM 接 收机 输 出信 噪 比 的 计 算 公 式 ,并 以 此 为 基 础 ,定 量 分 析 了脉 冲 熄 灭 对 STBC-
2.College of Electronic and Information Engineering,Beihang University,Beijing j00191,China)
Abstract:To analyze the impact of inter—carrier interference (ICI) caused by pulse blanking on the error performance of the space—tim e block coding-orthogonal frequency division multiplexing (STBC—OFDM )receiver, the analytical expression of the signal——to—-noise ratio (SNR)for the STBC—-OFDM receiver with pulse blanking is derived over the frequency selective Rayleigh fading channel,and the effect of pulse blanking on the symbol er— ror ratio (SER)for the STBC—OFDM receiver is also analyzed quantitatively based on the SER expression.Sire— ulation results validate the accuracy of derived form ulas.
STBC技术在OFDM系统中的性能分析

Q= , _ Qn Q 。Q …, 一 Qi …, -作 为译 码 器 Ql Ql…, , , 0 l o Q , 】 Q 1 k ]
的输 出 。
j = =ti Ol
l一 日 I
i1 = l
I 。
( )S B - F M系统模 型 二 TCO D
SB T C~O D 统 结 构 如 图 1 示 : F M系 所
副 发射 天线 的第 k 子载 波 上 传 输 的 数 据 。 个 ) 然 后 对 信 息 序 列 C C … , C (= , , n 进 行 i 12 …, ) OD F M调 制 ,并 映 射 到 第 i i 12 …, ) 发 射 天 线 上 ,最 后 (= , , n 副 将 这些 调 制 信 号 有 n副发 射 天 线 同 时 发 射 出 去 。 为 了 消 除 由于 信 道 时 延 扩 展 而 引起 的 码 间 干 扰 ( S ) II ,
因此本文将 空时分组编码技 术应用 于正 交频分复 用系统 中,理论证 明了 S B T C—OF DM 系统可以有效改善 S B T C在频率选择性
衰落信 道 中的性 能 ,并对 S B T C—OF M 系统的性 能进行 了分析 ,给 出了性能对比仿真结果 。 D 【 关键 词】OF ;S B DM T C;多径衰落信道
【 图 分 类 号 】TN9 1 2 中 1. 2 【 献 标 识 码 】A 文 【 章 编 号 】 10 —15 (001 0 7 — 2 文 0 8 1 1 1)卜 0 3 0 2
夏 誊一
‘ 卜
( )引言 一
空 时分 组码 ( T C SB )是 一 种 有 效 的抗 衰 落 发 射 分 集技 术 。
则 接 收端 译码 器运 用 最 大似 然检 测 算法 ,寻找 使度 量值 ( —3 1 )最 小 的码 字
快衰落信道下改进的STBC解码性能分析

( col f hs s n lc oi If mao ,C iaWet om l nvr t,N nhn i u n67 0 , hn ) Sh o o yi dEet nc no t n hn s N r a U i sy a cogS h a 3 0 2 C i P ca r r i ei c a
ABS TRACT: n o d r od a i a t a i gc a n lit ry o n e e e c ,b s d o ea a y i o e t d t n I r e e l t f s f dn h n e n e s mb l t r r n e a e n t n l ss f h a i o ・ t w h i f h t r i
S BC me h d c n i r v h y tm e o a c o a e t h r dt n l S BC T i i r v me tw l b — T t o a mp o e te s se p r r n e c mp r d wi t e ta i o a T . h s mp o e n i e f m h i l c me o v o swi h n r a i g o p l rfe u n y s i n NR. T e smu ain n i ae te v l i ft e o b iu t te i c e sn fDo p e q e c h f a d S h r t h i lt s i d c t h ai t o h o dy
c n o e c me t ntry b li e e e e whih e it i h r di o a a v r o he i e s m o ntr r nc f c xss n t e ta t n lSTBC. Th i a in h w ha he ne i e smulto s s o t t t w
基于 STBC 和 MRC 的多天线分集算法及其性能分析

基于 STBC 和 MRC 的多天线分集算法及其性能分析许林【摘要】分集技术是对抗多径衰落的一种有效方法,而空时分组码(Space Time Block Code,STBC)和最大比合并算法(Maximum Ratio Combining,MRC)是两种常用的分集技术.提出了一种采用STBC和MRC相结合的算法,在已知信道矩阵H 的前提下,计算出两种算法可达到的信噪比,动态选择信噪比较高的方法进行传输,从而提高整个系统的接收信噪比.通过仿真可以得到,当误比特率为10-3时,混合算法的性能比两种独立算法提高了3~4 dB.%10.3969/j.issn.1001-893x.2012.12.007【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2012(000)012【总页数】5页(P1900-1904)【关键词】MIMO;最大比合并;正交空时分组码;多天线分集【作者】许林【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN9111 引言随着移动用户数目的增加以及人们对通信速率要求的提高,无线通信的容量需求在迅速增长,但现有的无线频谱是有限的,因此如何更高效地利用有限的通信资源成为无线通信新技术发展的焦点所在。
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统通过在发送端和接收端采用多天线技术,大大提高了频谱利用率,同时多天线系统带来的空间分集,可以有效地对抗多径衰落,保证了高速传输的可靠性[1]。
V.Tarokh等人在1998年提出了空时分组码(Space Time Block Code,STBC)的概念以及相应的编码规则[2],STBC的提出大大提高了MIMO系统的性能。
但是目前的STBC编码技术中还存在一些亟待解决的问题。
首先,空时分组码是针对高信噪比的条件设计的;其次,空时分组码适用于具有丰富多径分量的信道环境;最后,空时分组码的设计主要针对于发送端,而对于接收端言之甚少。
结合STBC的VBLAST MIMO—OFDM系统研究

摘
要: 结合 分层空时 (et a bllyr p c m , B A T) 构和 空时块 分组码 ( pc iebokcd , vrcl elae dsaet e V L S 结 i e i saet l oe m c
SB ) T C 的优 点 , 出了一种新 的编码方法 。在 发射端对 发射天线分组 , 提 每组独立进行空时编码和 O D 调制 ; FM
在接 收端 , 采用分组干扰抑制结合奇 异值 分解 实现解码 , 降低 了计算 复杂度。相对于空时分层码而言 , 方法 该 在 同样信 噪比的条件下 可以取得明显低的误码率 ; 相对 空时分 组码而 言 , 该方法 具有更 高的频谱 利用率 和 码速率 。仿真 采用 S I U 一3信道模型 , 真结果表明该方法的抗衰落性能 明显优 于 V L S 。 仿 B A T
麓] :
优 于空 时分层 码 , 是 由于 发 射码 矩 阵 中 的冗余 但 信息 , 使得 传 输 效 率 较低 。笔 者 提 出 了一 种 新 的 混合 型的空 时编 码方法 。新 的编 码 方法结 合 了空
时分 层 码 和空 时分 组 码 的 特点 , 对 于空 时分 层 相
码 而言 , 新方 法 在 同样 的信 噪 比条件 下 可 以取 得 明显低 的误 码 率 。相 对 空 时 分 组 码 而言 , 方 法 新 具 有 更高 的频谱 利用 率 。
结合 SB T C的 V L S B A T—O D 系 统 模 型 接 FM 收端如 图 1所示 。不 失 一般 性 , 取 =1 考 虑第 , 个 子 载波 , 利用 分 组 干 扰抑 制 的方 法 来 对第 一组 c 进行 解码 , 时每 个 时 刻 的 干扰 信 号 共 有 r— 。 这 t r 个 , 设 接 收 天 线 数 m 满 足 条 件 m≥r—r + t 假 t t 。
频率选择信道下STBC-OFDM信号盲识别

于四除统计量的盲识别算法。该方法首先对M I S O 通信系统的S T B C -O F D M 信号进行建模; 然后利用STTBC-OFDM 信号编码矩阵的相关性, 构造了不同时延向量下接收信号O F D M 块的时延四除矩作为特征函数; 最后通过时延 四除矩理论值与实验值的最小欧式距离盲识别发射端S T T B C -O F D M 信号的编码方式。该方法不需要信道系数、 噪声信息和调制信息等先验信息, 适合非合作通信场合。仿真结果表明, 所提出的算法即使在低信噪比( SNR = 0 d B ) 下识别效果接近1 0 0 % , 且对载波频偏、 时间同步偏差和多普勒频移不敏 感 , 实用性较强。 关 键 词: 盲识别; 四除统计量; 空时分组编码-正交频分复用信号; 多输入单输出通信系统
(S T B C -O F D M ) sig n a ls based on f o u r th - o r d e r s ta tis tic s is p ro p o s e d , w h e n a s in g le a n te n n a is
e m p lo y e d a t th e re c e iv e r . F i r s t l y , th e m o d e l o f th e re ce ive d S T B C - O F D M s ig n a ls in M IS O syste m s is b u ilt . S e c o n d ly ,th e d is c rim in a tio n fe a tu re s fu n c tio n p ro v id e d b y f o u r th - o r d e r la g m o m e n t o f th e re ce ive d O F D M b lo c k s is c o n s tru c te d b y u s in g th e c o rre la tio n o f th e c o d in g m a tric e s o f S T B C - O F D M s ig n a ls . F in a ll y , th e a u to m a tic c la s s ific a tio n o f S T B C - O F D M s ig n a ls is re a lize d b y s e le c tin g th e s ig n a l w h ic h m in im iz e s th e d ista n ce be tw e e n th e th e o re tic a l v a lu e s and th e e x p e rim e n ta l ones . T h e p ro p o se d a lg o rith m does n o t need th e e s tim a tio n o f th e c h a n n e l , n o ise s ta tis tic s and m o d u la tio n t y p e , a nd c o n s e q u e n tly , is w e ll- s u ite d fo r n o n -c o o p e ra tiv e c o m m u n ic a tio n c o n te x t . T h e s im u la tio n r e s u lt sh o w s th a t th e p ro p o se d a lg o rith m p e rfo rm s w e ll even a t a lo w s ig n a l to noise r a tio
STBC技术在频率选择性衰落信道中的性能研究和改进

R=k/ p 正交空时分组码的频谱利用率( bit / Hz )为
(3-5)
η = rb = rs mR = km
B rs
p
式中, rb和rs 分别是比特和符号速率, B 是带宽。
(3-6)
传输矩阵 X 的元素是 K 个调制符号 x1 , x2 ,...xk 和它们的共轭 x1∗ , x2∗ ,..., xk∗ 的线性组
1.引言
未来移动通信是朝着宽带高速的方向发展,信号在经过无线信道时,不仅会受到信道多 径衰落、通信双方移动引起的 Doppler 频移的影响,还会受到各种干扰与噪声的影响。为了 解决此问题,未来移动通信必须采用基于多天线的空时编码技术,其中正交空时分组编码 STBC[1]技术是一种有效的抗衰落发射分集技术,STBC 以其较强的抗衰落性能和较低的译码 复杂度而受到了广泛关注,并且已经被 3G 标准采纳。它具有以下几个特点:(1)对于发 射天线数为 2 的 STBC,无论信号星座为实的或是复的,均可在满发射速率的情况下获得最 大的空间分集增益;(2)空时分组码由正交理论获得,使用最大似然译码,接收机端采用 线性处理,实现简单。
个信号点为 (s1 , s2 ,⋅ ⋅ ⋅, sn ) 。利用这 n 个信号点构成正交设计矩阵 C。在矩阵 C 中,每一列
元素同一天线在 n 个时隙内发射,其中第 i 列对应第 i 个发射天线;每一行在不同天线上同 时发射,其中第 i 行在第 i 时隙发射,这就是正交空时分组码的基本原理。
图 3-2 分组空时码系统结构
2.2 建立频率选择性衰落信道模型的重要意义
无线信道是移动通信的传输媒体,所有的信息都在这个信道中传输。传输性能的好坏 直接决定着人们通信的质量,因此要想在比较有限的频谱资源上尽可能地高质量、大容量传 输有用的信息就要求我们必须十分清楚地了解信道的特性。然后根据信道的特性采取一系列 的抗干扰和抗衰落措施,来保证传输质量和传输的容量方面的要求。
基于训练序列的STBC-SCFDE的信道估计

基于训练序列的STBC-SCFDE的信道估计崔玉萍;何忠秋【摘要】研究了频率选择性信道下基于训练序列的两发射天线的空时分组编码-单载波频域均衡系统的信道估计算法.提出了2种新SCFDE和Alamouti空时分组码相结合的传输帧结构,一种是选取m序列作为训练序列,另一种是选取具有恒幅特性的Chu序列作为训练序列.文中通过详细的理论推导得出这2种传输帧结构的信道估计算法.仿真结果表明:相对于m序列,当误码率为10-3时,以Chu序列作为训练序列的帧结构设计方案可以获得0.8dB的信噪比增益.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2011(038)007【总页数】6页(P1-6)【关键词】训练序列;空时分组码;单载波频域均衡;信道估计;循环前缀【作者】崔玉萍;何忠秋【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN911.2宽带无线通信系统面临着严重的多径衰落问题,多径传播引起的频率选择性衰落对通信的可靠性产生了严重影响.随着移动通信系统中语音、视频和数据业务的日益增加,未来一代移动通信系统需要更先进的技术来提高传输速率和传输质量,因此MIMO技术[1]与克服信道频率选择性衰落的单载波频域均衡技术(single-carrier frequency-domain equalization,SCFDE)[2-4]相结合所构成的MIMOSCFDE 系统逐渐成为人们研究的热点.SCFDE系统是在频域通过FFT/IFFT模块进行频域均衡,因此和正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)具有相同的复杂度和相近的性能,但是它可以克服OFDM 系统具有较高的峰均功率比(PAPR)和对相位噪声、频偏比较敏感等缺点.Al-Dhahir[5]于2001 年首次将 SCFDE 与空时编码(space-time block code,STBC)相结合,该方案能够为发射天线数为2的系统提供完全的发射分集增益,并且发射端不需要信道的状态信息.仿真结果表明:STBC-SCFDE系统比SISO-SCFDE 系统在性能上有很大提高[5].文献[6]研究了 Alamouti[7]空时分组编码和SC-FDE相结合的系统性能,并与Alamouti空时分组编码与OFDM结合的系统性能进行比较,仿真试验表明:STBC-SCFDE系统具有较好的性能.文献[8]给出导频和信息数据块交替发送且均无保护间隔传输帧结构,这种帧结构的接收导频和接收信息数据块易产生相互干扰,影响通信的可靠性.文章提出了一种新的基于m序列的传输帧结构,即:在数据块前面加入保护间隔,这种传输帧结构既利用了m序列的循环相关特性获得信道的冲击响应估值,又利用保护间隔消除符号间干扰.文献[9]讨论了基于最优训练序列Chu序列的信道估计算法.文中设计一种新的Alamouti空时分组码相结合的传输帧结构,采用能够实现信道估计最小均方误差、时域和频域均具有恒幅特性的Chu序列进行信道估计.最后对设计出的2种传输帧结构进行仿真比较.1 信道模型在MIMO-SCFDE系统中,Hpq是第p根发射天线和第q根接收天线上的M×M 信道循环矩阵,M为训练序列的长度,Hpq是信道冲击响应的记忆长度.可以表示为由于Hpq是循环矩阵,其特征值分解表示为2 基于Chu序列的STBC-SCFDE系统模型2.1 系统发射模型系统使用2根发射天线,长度为u的Chu序列s1和s2是表示训练序列,xki(n)表示第i根发射天线的第k个符号块的第n个符号.结合Alamouti-like结构的空时分组码[5]可得式中:n=0,1,…,N - 1;k=0,2,4,…;(·)、(·)N分别表示复共轭和模N操作.STBC-SCFDE系统的发送分组的帧结构如图1所示.图1 STBC-SCFDE的发送分组的帧结构由图1可知:长度为N的数据块前面插入长度为u的训练序列后,分别将训练序列和数据块最后Nscp和Ncp个符号复制到各自的前端,构成循环前缀用来消除符号块干扰和形成信道循环矩阵.每一个数据块前面添加的训练序列有2个用途:一方面作为循环前缀用于消除或减小分组块间干扰;另一方面作为训练序列用于信道估计.2.2 信道估计算法本系统采用两发一收系统模型,假设信道长度为Mc,信道的实际长度L未知,其中:u>Mc≥2L.训练序列s1和s2经过频率选择性信道接收信号表示为式中:j=k、k+1和分别是数据块从发射天线1和2到接收天线形成的信道循环矩阵,表示从第i根天线上发射的第j个训练序列,n(j)表示噪声.接收到的训练序列先去掉循环前缀,然后进行傅里叶变换.式中:Si=Fsi,i=1、2,R=Fr,N=Fn .假设 STBC-SCFDE信道是准静态的,在2个连续的数据块间隔内信道参数不随时间变化,即式中i=1、2.因此接收信号可以表示为根据基于Alamouti-like结构的STBC编码系统的发送分组格式,可以得到进一步将式(7)改写成如下形式这里D是一个对角阵,其对角元素D(n,n)=S(n),0≤n≤u-1.将式(8)改写为两边同乘以槇D的共轭可得2.3 Chu序列的最优性式中tr(·)表示方阵的迹.因为D是对角阵,其对角线上的元素是D(n,n)=S(n),0≤n≤u-1.所以Δ =(DHD)-1也是对角矩阵.Δ(i)是Δ 的第(i,i)个元素,1≤i≤u,由非负实数的算术-几何平均值不等式可得当且仅当成立.因为|S(n)|2与s(n)的自相关函数R(τ)互为傅里叶变换的关系.若要满足|S(n)|2≡常数,则R(τ)必须是理想的自相关函数,即对于长度为u的序列s(n),|S(n)|2=1,有由傅里叶变换可得因此信道估计的均方误差ε1为如果选取Chu序列作为训练序列,长度为u的序列Chu序列的第n个元素可以表示为式中r和u互质.由于Chu序列具有理想的周期自相关性,并且在时域和频域均具有恒定的幅值,即|schu(n)|2≡1,|schu(n)|2≡u,0≤ n≤ u -1,满足式(15)成立的条件.因此,信道估计值和的均方误差ε1和ε2取最小值16/u.综上所述,具有恒幅特性的Chu序列作为训练序列是可以获得信道估计的最小均方误差,也就是说Chu序列对于信道估计的最小均方误差具有最优性.2.4 系统接收模型MIMO-SCFDE系统中,接收端采用一根接收天线的原理框图如图2所示.图2 STBC-SCFDE系统接收端模型在接收端,先利用傅里叶变换将信号变换到频域,采用频域均衡技术消除符号间干扰,最后利用逆傅立叶变换将频域信号回到时域进行判决.接收的数据块为式中:j=k、k+1,H(j)1 和H(j)2 分别是数据块从发射天线1和2到接收天线形成的信道循环矩阵.对接收到数据块进行N点FFT变换为由式(3)可得式中 m=0,1,2…N - 1.由于前面假设 STBCSCFDE信道是准静态的,即=+Λi.所以由式(18)、(19)可得两边乘Λ*可得3 m序列STBC-SCFDE系统模型m序列STBC-SCFDE系统的信道估计算法的接收模型和前面介绍的Chu序列的STBC-SCFDE系统的接收模型是类似的,这里不再介绍,重点介绍一下m序列的估计算法的发射模型和信道估计算法.3.1 系统发射模型在发射端使用2根发射天线,长度为M的m序列p1和p2是表示训练序列,数据块编码设计和前面介绍的一样,不再重复介绍.在数据块前面添加长度为v的循环前缀用来消除符号块干扰和形成信道循环矩阵.则STBC-SCFDE系统的发送分组结构如图3所示.图3 基于m序列的STBC-SCFDE系统的发送分组结构3.2 信道估计算法假设信道长度为Mc,信道的实际长度L未知,长度为M的导频序列p1和p2经过频率选择性信道h1= [h1(0),h1(1)…h1(L - 1)]T,h2= [h2(0),h2(1)…h2(L -1)]T,M >Mc≥2L,p1和p2分别与信道冲击响应h1和h2循环卷积后再与噪声相加.其过程写成矩阵的形式,接收信号表示为[8]式中:*表示线性卷积操作,Lp1和Lp2为导频序列p1和p2构成的(M+Mc-1)×Mc维线性卷积矩阵;n 是加性高斯白噪声.0(Mc-L)×1表示(Mc-L)×1维的全零矩阵.经过Ψ操作后,y可以表示为并且Ψ可以简单的表示为把式(22)代入式(23)中可得因此y可以表示为式中:Cp1和Cp2是导频序列p1和p2构成的M×M循环卷积矩阵;表示循环卷积操作.即用本地导频序列p1的循环移位版本与信号y做相关运算接着对接收信号r进行“剪切相加”操作,得到的信号为导频序列p1的循环移位自相关矩阵;为导频序列p1和p2的循环移位相关矩阵.4 系统仿真及分析在STBC-SCFDE和SISO-SCFDE系统中,这2种信道估计算法的多径信道h1和h2均采用SUI-3信道模型(如表1所示),SUI-3是一种典型的频率选择性信道,被802.16a采用用来评估带宽为2~11GHz的宽带无线系统的一种信道模型.时域信息块长度为256,数据块的循环前缀的长度为32,数据采用卷积编码和QPSK 调制.训练序列Chu序列的长度为64,训练序列的循环前缀的长度NSCP为16.m 序列p1的长度为511,p2是p1经过255位循环移位得到的,基带采样率是10 MHz.图4给出了典型SUI-3信道模型下基于Chu序列的STBC-SCFDE和SISO-SCFDE系统的误码率曲线.由图可知,信噪比较低时,SISO-SCFDE系统可以获得较好的误码性能.但是随着信噪比增大,STBC-SCFDE获得较好的误码性能.特别是当误码率为10-3的情况下,STBCSCFDE系统可以获得3 dB信噪比增益.图4 STBC-SCFDE和SISO-SCFDE的误码率曲线为了提高性能,也可以采用不同长度的训练序列来进行信道估计,从而提高系统的性能,如图5所示.但是由于加入了训练序列,系统需要发送额外的功率,例如: 图5 SC-FDE系统不同长度的Chu序列的信道估计性能分析当训练序列的长度N=32时,付出的代价为-101g(512/(16+32+64+512))=0.86;当训练序列的长度N=64时,付出的代价为-101g(512/(16+64+64+512))=1.08;当训练序列的长度N=128时,付出的代价为-101g(512/(16+128+64+512))=1.48.可以看出训练序列越长,付出的功率代价也越大,因此必须兼顾性能和效率.图6是基于m序列的STBC-SCFDE系统和SISO-SCFDE系统的误码性能比较.STBC-SCFDE系统与SISO-SCFDE系统相比具有较好的误码率性能,当误码率为10-3时,STBC-SCFDE系统可以获得约6 dB增益.图7是基于Chu序列和基于m序列的SC-FDE系统这2种信道估计算法的误码性能比较.这2种算法均采用MMSE均衡,当信噪比较低时,这2种信道估计算法具有相似的性能,在中低信噪比的情况下,基于Chu的信道估计算法具有较好的性能.随着信噪比的增大,这2种信道估计算法均具有较好的误码性能.表1 SUI-3信道模型的特性路径延时/μs 功率增益/dB 1 0 0 2 4-5 3 9-10图6m序列的STBC-SCFDE和SISO-SCFDE的误码率曲线图7m序列和基于Chu序列的SC-FDE系统的性能比较5 结束语文中重点分析了基于训练序列的MIMO-SCFDE系统的信道估计算法,设计了2种数据传输帧结构.一种是以m序列作为训练序列;另一种是以独特字作为训练序列,并分别对这2种传输帧结构的信道估计性能进行理论分析和仿真比较.仿真结果表明:相对于m序列,当误码率为10-3时,以Chu序列作为训练序列的帧结构设计方案可以获得0.8 dB的信噪比增益.还可以从仿真结果看出,采用多块训练序列或者采用较长的训练序列可以提高信道估计的性能;但是采用多块训练序列或者采用较长的训练序列,付出的功率代价较大,因此要综合考虑训练序列的长度,兼顾性能和效率.参考文献:[1]GESBERT D,SHAFI M,SHIU D S,et al.From theory to practice:an overview of MIMO space-time coded wireless systems[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2003,21(3):281-302.[2]FALCONER D,ARIYAVISITAKUL S L,BENYAMIN-SEEYARA.Frequency domain equalization for single-carrer broadband wireless systems[J].IEEE Communications Magazine,2002,40(4):58-66.[3]SARI H,KARAM G,JEANCLAUDLE I.Frequency-domain equalization of mobile radio and terrestrial broadcast channels[C]//IEEE Conference on Global Telecommunications.San Francisco,USA,1994:1-5.[4]SARI H,KARAM G,JEANCLAUDLE I.Transmission techniques for digital terrestrial[J].IEEE Communication Magazine,1994(1):1-5. [5]AL-DHAHIR N.Single-carrier frequency-domain equalization for space-time block-coded transmissions over frequency-selective fading channels[J].IEEE Communnications Letters,2001,5(7):304-306.[6]毛磊,李朝勇.频域均衡空时分组码技术研究[J].无线电通信技术,2005,31(1):11-13.[7]ALAMOUTI S M.A simple transmit diversity technique for wireless communications[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,1998,16(8):1451-1458.[8]REN Shubo,GUO Junqi,XIANG Haige.A PN-based channel estimation algorithm in MIMO-single carrier frequency-domain equalization system[C]//International Conference on Wireless Communications,Networking and Mobile Computing.Shanghai,China,2007:495-499.[9]张静,酆广增.频率选择性信道下单载波空时分组编码传输系统中的信道估计[J].通信学报,2006,27(5):90-94.。
多发射天线STBC-SCFDE系统的性能研究

多发射天线STBC-SCFDE系统的性能研究叶卓映;顾跃宗;吴江;耿国桐【摘要】针对频率选择性衰落下2根以上发射天线的空时分组码一单载波频域均衡系统(STBC-SCFDE),提出了编码方案和检测方案的一般过程,并分别以3根及4根发射天线为例给出了具体的发射方案和接收方案.仿真结果表明,该方案下的多发射天线STBC SCFDE,在最大时延达到数10个符号周期的情况下仍然具有优良的性能,因而在高速无线通信中具有广阔的应用前景.%Space-time block coding combined with single carrier frequency domain equalization is an attractive technique to combat inter-symbol interference caused by frequency selective fading.In this paper, we firstly investigate the performance of the Alamouti code combined with single carrier frequency domain equalization, then the coding scheme and the corresponding detecting scheme in the receiver when the number of transmitting antennas are more than 2 are designed.Simulation results show that the space-time block coded single carrier frequency domain equalization system exhibits good performance, even when the maximum time delay is up to tens of symbol period.Therefore, this technique is likely to have broad prospect in high-speed wireless transmission.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2012(028)012【总页数】6页(P59-64)【关键词】空时分组码;单载波频域均衡;频率选择性衰落信道【作者】叶卓映;顾跃宗;吴江;耿国桐【作者单位】中国国防科技信息中心北京100036【正文语种】中文1 引言未来无线通信系统是一个高速率、大容量系统,如何在无线衰落信道下可靠地传输高速业务,对无线传输链路技术提出了很大的挑战,这种挑战使得人们努力开发高效的编码调制以及信号处理技术来提高无线频率的使用效率。
MIMO系统中的空时分组码_STBC_的性能分析

式距离。这说明 A lam out i空时码在编码前后发送矩 阵 的 码 距 离 是 相 等 的, 即 编 码 增 益 [ 7] G =
(
1
) 1/2
2
/d 2
=
1,
d2
= | x1 - x^ 1 | 2 + | x 2 - x^ 2 | 2 ; 也
就是说 A lam outi空时码没有获得编码增益。
A lam outi码是 2 # 1 正交空时分组码。即它采 用两根发射天线和一根接收天线, 且是惟一的码速 率为 1的空时分组码。其编码矩阵为:
r1, r2, T 为持续时间; 则有
r1 = h1x1 + h2 x2 + n1
( 1)
r2 = - h1 x*2 + h2x*1 + n2
( 2)
其中 n1 和 n2 表示接收天线在时刻 t和 t + T 时均值
0 | x1 - x^ 1 | 2 + | x2 - x^ 2 | 2
由于 (x1, x2 ) & (x^1, x^2 ), 可知码字距离矩阵 A (X,
( 1) 传输矩阵不是方阵, 它允许使用两个以上
X^ ) 满秩。 A lam outi方案能够实现 nt = 2的完全发 的发射天线。
射分集。矩阵 A (X, X^ ) 的行列式为 det (A (X, X^ ) ) = ( | x1 - x^ 1 | 2 + | x2 - x^ 2 | 2 ) 2
为 0方差为 N 0 /2的独立复高斯白噪声。
x1 x2 X = - x*2 x*1
在第一个发射周期中, 信号 x1 和 x2 同时从天线 1和 2分别发射。在第二个发射周期中, 信号 - x*2 从 天线 1发射, 而 x*1 从天线 2发射, 其中 x*1 和 x*2 分别
STBC-OFDM 系统中有效降低计算量的盲接收机

STBC-OFDM 系统中有效降低计算量的盲接收机贾兰芳【摘要】为了降低空时分组码-正交频分复用(STBC-OFDM)系统中盲多用户接收机的计算复杂度,将基于子空间的接收机应用到 STBC-OFDM 系统中,证明其可以有效地降低计算复杂度并加快收敛速度。
在此基础上,利用 STBC 码的正交特性推导出了两个权值之间的关系式,使得计算复杂度又降低了一半。
仿真结果表明所提出的盲多用户接收机能剔除常规接收机中的冗余度,在误码率不变的前提下有效地解决了常规接收机中计算量大的问题。
%To consider effectively reducing computation complexity of multi-user receiver for STBC-OFDM systems, the subspace-based receiver is proposed for STBC-OFDM systems, it can effectively reduce the computational complexity and accelerate the convergence rate. Utilizing the orthogonal feature of STBC, the relation of two weights equation is obtained, which half of the computational cost is saved. Simulation results demonstrate that the blind multi-user receiver can eliminate redundancy of the traditional receiver, the problems of higher computational complexity in traditional receiver are effectively solved and main-tain the same BER.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2013(000)007【总页数】4页(P147-150)【关键词】盲多用户接收机;信号子空间接收机;低复杂度;空时分组码-正交频分复用(STBC-OFDM);厄尔米特矩阵【作者】贾兰芳【作者单位】长治学院电子信息与物理系,山西长治 046011【正文语种】中文【中图分类】TN914.5正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是多载波码分多址通信中的一种技术,由于数据在频率选择性衰落信道中传输时会引起码间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)[1],从而导致性能严重下降,而OFDM技术通过插入循环前缀和借助于傅里叶变换(IDFT/DFT)将频率选择性衰落信道变为窄带平坦衰落信道,可以有效避免ISI和降低误码率,是下一代通信最具竞争力的方案之一[2-3]。
快衰落信道上基于STBC 的TFT-OFDM 传输

1* x2
x
x2 * x1
(5)
显然,这个传输矩阵由符号及其共轭的线性组合构成。现在,假定第 m 个
(i) 子载波,设 xi ct(i) , m ,这里 ct , m 为第 t 行第 m 列的元素。
x 1* x2
这里
1 x2 c(t,m) 1 * x1 c(t 1,m)
专业外语 能力评价
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注:一篇翻译文章及 PPT 文件连同本表一起上交。
研究生专业外语(文献精读) 课程报告
姓
名 :
学 号: 信息科学与工程学院 信号与信息处理
学院 ( 系 ): 专 业:
快衰落信道上基于 STBC 的 TFT-OFDM 传 输系统性能分析
和S 。ML 检测器 测器。合成器通过估计信道和接收信号产生两个合成信号 S 0 1
利用估计信道和合成信号进行检测。再把被检测的信号输入 64-QAM 解调器进 行星座逆映射。然后进行并串转换、解交织、LDPC 解码。
三、发射器处理过程
输入信号流第一次进行 LDPC 编码和交织,然后按照 64-QAM 进行星座图 映射。在基带处,我们利用一个具有 26 ( 64) 个元素的星座图集合。经过星座映 射后的数据被空时编码成两个子序列。一般地,我们用一个传输矩阵 来定义一 个 STBC 编码:
H
*
二、系统模型
考虑具有两个发射天线和一个接收天线的基于 TFT-OFDM 和 STB 编码的通 信系统。图 1(a)和(b)中分别展现了基于 STBC 编码的 TFT-OFDM 系统在低密度 校验编码(LDPC)下发送端和接收端的框图。
Turbo编码STBC系统中削弱误差传播的迭代多用户检测技术.

2005-07-01 收到,2005-12-16 改回 国家 863 计划(2001AA123016)和国家自然科学基金(60172051)资助 课题
先验信息输出符号级软信息,经解交织后作为译码器的先验 信息,即采用迭代MUD检测技术。在迭代过程中,外信息 在MUD和Turbo信道解码之间交换,从而准确估计用户信
Multi-User Detector, SDMUD)和一组 SISO Turbo 信道解码器构成。两者之间通过迭代交换外信息,精确地估计
用户信号。仿真结果表明这种接收技术经 3 次迭代后性能改善约 2dB,并且系统性能会随着接收天线的增多而得
到明显提高,从而大大增加系统容量。
关键词:空时编码;多用户检测;信道容量;迭代处理;软判决多用户检测;Turbo 信道解码
道响应系数和STBC编码矩阵G1的约束。将所有的rm叠加, 即可得到式(4):
⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣rrrM21
⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
=
⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣HHH1M1121
⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
⋅
⎢⎡⎢⎢⎣cc((21))⎥⎤⎥⎥⎦
c1
+
⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣nnnM21
⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦
(4)
r
H1
n
式(4)可极易扩展成K个用户STBC系统,接收信号表达式如
式(5)所示,其中每个用户均使用文献[3]中定义的G矩阵。
为了有效抑制干扰信号,接收信号r的个数应多于解码符号
个数,即M⋅P≥N⋅K[8]。
⎡⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣rrrM21 ⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦ = ⎡⎢⎣H1
H2 …
H
H
K
⎤⎥⎦
受Turbo码[6]的启发,最近出现的“迭代处理”思想[7]已 经在编码和信号处理等诸多领域获得成功应用。迭代处理的 基本思想是:在所有接收模块中迭代交换外信息来准确判决 发送符号。文献[8]介绍了空时编码(STC)多用户系统中一种 基于联合多用户检测和信道解码的低复杂度多用户迭代接 收机,其性能超越了传统无迭代检测方法。另外,性能近于 最优多用户检测器 (MUD)的概率数据辅助(Probabilistic Data Association,PDA)算法[9–13]根据“高斯强迫思想”从接 收信号向量中获取发射符号的条件后验概率,实现较为准确 的符号估计。本文针对STBC编码多用户系统,利用文献[8] 中提到的相关思想,提出一种改进的基于PDA思想的软判决 迭代多用户检测算法,检测器利用译码器输出的外信息作为
频率选择信道下STBC-OFDM信号盲识别

频率选择信道下STBC-OFDM信号盲识别凌青;张立民;闫文君;于柯远【摘要】针对多输入单输出(multiple input single output,MISO)通信系统的空时分组编码-正交频分复用(space-time block codes-orthogonal frequency-division multiplexing,STBC-OFDM)信号盲识别问题,提出了一种基于四阶统计量的盲识别算法.该方法首先对MISO通信系统的STBC-OFDM信号进行建模;然后利用STBC-OFDM信号编码矩阵的相关性,构造了不同时延向量下接收信号OFDM块的时延四阶矩作为特征函数;最后通过时延四阶矩理论值与实验值的最小欧式距离盲识别发射端STBC-OFDM信号的编码方式.该方法不需要信道系数、噪声信息和调制信息等先验信息,适合非合作通信场合.仿真结果表明,所提出的算法即使在低信噪比(SNR=0 dB)下识别效果接近100%,且对载波频偏、时间同步偏差和多普勒频移不敏感,实用性较强.%An efficient method for blind classification of space-time block codes-orthogonal frequency-division multiplexing (STBC-OFDM) signals based on fourth-order statistics is proposed,when a single antenna is employed at the receiver.Firstly,the model of the received STBC-OFDM signals in MISO systems is built.Secondly,the discrimination features function provided by fourth-order lag moment of the received OFDM blocks is constructed by using the correlation of the coding matrices of STBC-OFDM signals.Finally,the automatic classification of STBC-OFDM signals is realized by selecting the signal which minimizes the distance between the theoretical values and the experimental ones.The proposed algorithm does not need the estimation of the channel,noise statistics and modulation type,and consequently,is well-suited for non-cooperative communication context.The simulation result shows that the proposed algorithm performs well even at a low signal to noise ratio (SNR=0 dB),and is robust to carrier frequency offset,timing offset and Doppler frequency shift.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2017(039)005【总页数】7页(P1141-1147)【关键词】盲识别;四阶统计量;空时分组编码-正交频分复用信号;多输入单输出通信系统【作者】凌青;张立民;闫文君;于柯远【作者单位】海军航空工程学院信息融合所,山东烟台 264001;海军航空工程学院信息融合所,山东烟台 264001;海军航空工程学院信息融合所,山东烟台 264001;海军航空工程学院电子信息工程系,山东烟台 264001【正文语种】中文【中图分类】TN911.7信号盲识别是指提取信号的特征参数盲识别接收端的信号参数。
基于盲调制识别的工业控制MIMO-STBC通信系统性能研究

基于盲调制识别的工业控制MIMO-STBC通信系统性能研究余莉;杨芷华;汤小波【期刊名称】《五邑大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(032)001【摘要】In order to improve the performance of the communication transmission system in wireless industrial control system, in this paper, an industrial control MIMO-STBC communication system based on blind modulation classification is designed. Taking the Alamouti space-time block code as an example, and combine with blind modulation classification algorithm, the simulation of BER are conducted. The simulation results show that, when use the modulation types consist of BPSK, QPSK, 8PSK and BPSK, QPSK、16QAM under the Rayleigh fading channel, and compared with traditional industrial control SISO system, the designed system can achieve about 2.6 dB and 4.3 dB performance gain separately. It is concluded that the communication system designed in this paper has better BER performance.%为了提高无线工业控制系统中通信传输系统的性能,本文设计了基于盲调制识别的工业控制 MIMO-STBC 通信系统,并对所设计的通信系统以 Alamouti 空时分组码为例,结合盲调制识别分类算法进行了仿真实验. 实验结果表明:在瑞利衰落信道下,当调制方式组合为BPSK、QPSK、8PSK 和 BPSK、QPSK、16QAM 时,相比于传统的基于盲调制识别的工业控制 SISO 通信系统,本文设计的基于盲调制识别的工业控制 MIMO-STBC 通信系统分别约有2.6 dB和4.3 dB增益,具有更优的误码性能.【总页数】5页(P56-60)【作者】余莉;杨芷华;汤小波【作者单位】五邑大学信息工程学院,广东江门 529020;五邑大学信息工程学院,广东江门 529020;五邑大学信息工程学院,广东江门 529020【正文语种】中文【中图分类】TN911【相关文献】1.基于改进蚁群算法的通信网数字信号调制识别方法研究 [J], 施妮沙2.基于深度学习算法的HPLC通信信号自动调制识别研究 [J], 张磊;吴颖3.基于卷积神经网络的通信信号调制识别研究 [J], 杨洁;夏卉4.基于模式识别的光通信系统信号调制识别研究 [J], 梁文昭5.基于神经网络的通信信号调制识别研究 [J], 杨娅坤因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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h1 (t) = h1 (t + T ) = h1 = α1e jθ1
(3-1)
其中 T 为符号周期。相应地,接收天线在时刻 t 和 t+T 接收到的信号可以分别表示为
-3-
r0 = r(t) = h0 s0 + h1s1 + n0
r1
=
r(t)
=
−
h0
个信号点为 (s1 , s2 ,⋅ ⋅ ⋅, sn ) 。利用这 n 个信号点构成正交设计矩阵 C。在矩阵 C 中,每一列
元素同一天线在 n 个时隙内发射,其中第 i 列对应第 i 个发射天线;每一行在不同天线上同 时发射,其中第 i 行在第 i 时隙发射,这就是正交空时分组码的基本原理。
图 3-2 分组空时码系统结构
(3-3)
将式(2-1)和式(2-2)代入式(2-3)可得:
~s 0
=
h
∗
0
r0
+ h1r1∗
= h0∗ (h0 s0 + h1s1 + n0 ) + h1 (−h0∗s1 + h1∗s0 + n1∗ )
=
(α
2 0
+
α
2 1
)s0
+
h0∗ n0
+
h1n1∗
~s 1
=
h∗ 1
r0
−
h0 r1∗
= h1∗ (h0 s0 + h1s1 + n0 ) − h0 (−h0∗s1 + h1∗s0 + n1∗ )
下面以两发一收的情况为例来讨论 Alamouti 发射分集方案。图 3-1 给出了两发一收 Alamouti 发射分集方案的结构示意图。
在某一时刻 t,从两副发射天线上同时发射两个信号,天线 0 发射信号 s0,天线 1 发射
信号 s1。在下一时刻 t+T,天线 0 发射信号 − s1∗ ,天线 1 发射信号 s0∗ ,如表 3-1 所示。
数与每根天线发射的空时编码符号数之间的比率,可以表示为
R=k/ p 正交空时分组码的频谱利用率( bit / Hz )为
(3-5)
η = rb = rs mR = km
B rs
p
式中, rb和rs 分别是比特和符号速率, B 是带宽。
(3-6)
传输矩阵 X 的元素是 K 个调制符号 x1 , x2 ,...xk 和它们的共轭 x1∗ , x2∗ ,..., xk∗ 的线性组
图 3-1 两发一收 Alamouti 发射分集 表 3-1 两天线发射分集的编码传输序列
在时刻 t,发射天线 0 与接收天线之间的信道用复数 h0(t)表示,发射天线 1 与接收天线
之间的信道用复数 h1(t)表示,假设在两个连续的符号周期内衰落保持不变,即:
h0 (t) = h0 (t + T ) = h0 = α 0e jθ0
合。为了实现完全发射分集 nT ,传输矩阵 X 是基于正交设计构造的,因此
X ⋅ X H = c( x1 2 + x2 2 + ⋅ ⋅ ⋅ + xk 2 )I nT
(3-7)
式中,c 为常量, X H 是 X 的 Hermitian 转置, I nT 是一个 nT × nT 的单位矩阵。 X 的 第 i 行表示在 p 个传输周期内从第 i 根发射天线连续发射的符号, X 的第 j 列表示 j 时刻同
STBC 技术在频率选择性衰落信道中的性能研究和 改进
黄月琴
厦门大学通信工程系,福建厦门(361005)
E-mail:tess-123@
摘 要:空时分组码是一种有效抗衰落的发射分集技术,但是现有的研究大都集中在平坦 衰落信道下进行。文章详细分析频率选择性衰落信道下的空时分组编码技术(STBC)的性 能,推导出了两发射一接收(2Tx-1Rx)系统传输比特误码率的一般理论分析式。理论分析 和仿真结果均表明,在频率选择性衰落信道下,STBC 的性能将会大大下降。为改进其性能, 本文还提出了适用于在频率选择性衰落信道的 STBC —OFDM(Space Time Block Coding— Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统。研究和仿真结果表明,STBC—OFDM 系 统误码性能得到了很大改善,是一种非常有效的抗频率选择性衰落技术。这一理论成果也 可推广到采用 STBC 技术的多天线发射分集系统。 关键词:频率选择性衰落信道,空时分组码,正交频分复用 中图分类号:TN911
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2.1 第四代移动通信新技术
由于因特网和多媒体应用在下一代无线通信中的集成,宽带高速数据通信服务的要求 也不断增长,而可利用的无线频谱是有限的,只有使通信频谱的利用率得到显著提高,才能 满足通信容量的要求。
在第四代移动通信系统中,正交空时分组编码(STBC)技术是抗信道衰落和提高系统 容量的一种最新编码方法。研究表明,在平坦衰落信道下,STBC 技术可以使频谱利用率得 到显著的提高。由于其在宽带系统中可以实现非常高的数据传输率,因此,空时编码技术被 越来越多地应用于提供高数据传输率的业务。然而,STBC 技术在实际无线通信传输信道的 性能又是如何呢?这是本文的重点研究所在。
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3.2 Alamouti发射方案
1998 年,Alamouti 提出了一种非常简单的两支路发射分集方案[4]。理论分析和仿真结 果表明,当使用一副接收天线时,这种发射分集方案所获得的分集增益与使用一副发射天线、 两副接收天线,接收端采用最大比值合并(MRRC)时所获得的分集增益相同。而且这种发射 分集方案很容易推广到两副发射天线、m 副接收天线的情况,这时所获得的分集增益为 2m。
=
(α
2 0
+ α12 )s1
−
h0 n1∗
+
h1∗ n0
(3-4)
3.3 正交分组空时码的基本原理
Alamouti 提出的发射分集传输方案实际上就是两发射天线的正交分组空时码,下面介 绍一般的正交分组空时码。
Tarokh 应用正交设计理论,将 Alamouti 提出的两天线发射分集方案推广到任意多副发 射天线,提出了正交分组空时码。假设信号星座图的大小为 2b,发射天线数为 n,接收天线 数为 m,希望达到的分集为 nm,分组空时编码器将输入的 nb 比特信息映射成星座图的 n
随着数据传输速率的进一步提高,信道将出现频率选择特性。为了研究新一代移动通 信技术,一个与实际传输环境相符合的无线通信信道仿真模型以及信道估计方法是必需的。
2.3 STBC技术在移动通信信道中的展望与未来
基于对频率选择性衰落信道的分析,文章得出了 STBC 新技术在此信道下传输性能将 大大恶化的结论。为了使 STBC 技术在第四代移动通信中继续发挥其优势,我们引入了 OFDM(正交频分复用)调制系统。OFDM 它具有更高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力, 它不仅仅可以增加系统容量,更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求,将包括语音、数 据、影像等大量信息的多媒体业务通过宽频信道高品质地传送出去。文章把 STBC 技术和 OFDM 调制有机的结合起来,从而构成一个 STBC 技术和 OFDM 相结合的通信系统,并通过 仿真的手段研究 STBC 技术和 OFDM 相结合的通信系统在频率选择性衰落信道下的系统性 能。
时通过 nT 根发射天线发射的符号。X 的第 j 列可以看作是 j 时刻发射的一个空时符号。X
为了使空时分组编码技术适用于无线快衰落信道,将它引入正交频分复用[2](OFDM) 系统中。这是因为,OFDM 采用循环前缀技术,可将选择性衰落信道转换为多个平坦衰落 子信道。从而使空时分组码的优势运用于 OFDM 系统中,同时进一步提高 OFDM 系统的竞 争力。
2.绪论
自 1897 年马可尼第一次展示了无线电使英格兰海峡里行驶的船只保持连续不断的通信 能力以来,移动通信就一直是人们心目中最完美的梦想。随着贝尔实验室蜂窝概念的提出和 高可靠的、小型化的、晶体射频电路的发展,移动通信的时代终于来临了。21 世纪,全球 进入了信息时代,信息的产生和传递非常迅速,已影响了社会的各个方面。随着经济的增长、 社会的发展和人们物质生活及精神生活水平的提高,人们对通信提出了更新、更高的要求。
s
∗
1
+
h1 s 0∗
+
n1
(3-2)
其中 n0 和 n1 为表示收端噪声和干扰的随机变量。假设 n0 和 n1 为独立同分布的复高
斯随机变量,均值为零,方差为 N0。
图 2-1 中收端的合并器将以下两个组合信号送入最大似然检测器:
~s 0
=
h
∗
0
r0
+ h1r1∗
~s1 = h1∗r0 − h0 r1∗
正交分组空时码的系统结构如图 3-2 所示。发射端采用 n 副发射天线,接收端采用 m 副接收天线。在分组空时码系统中,输入的信息比特首先映射为调制星座图(如 4-PSK. 8-PSK. 16-QAM)中的信号点,然后经分组空时编码器编码输出 n 路并行的数据流分别用 n 副发射天
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1.引言Biblioteka 未来移动通信是朝着宽带高速的方向发展,信号在经过无线信道时,不仅会受到信道多 径衰落、通信双方移动引起的 Doppler 频移的影响,还会受到各种干扰与噪声的影响。为了 解决此问题,未来移动通信必须采用基于多天线的空时编码技术,其中正交空时分组编码 STBC[1]技术是一种有效的抗衰落发射分集技术,STBC 以其较强的抗衰落性能和较低的译码 复杂度而受到了广泛关注,并且已经被 3G 标准采纳。它具有以下几个特点:(1)对于发 射天线数为 2 的 STBC,无论信号星座为实的或是复的,均可在满发射速率的情况下获得最 大的空间分集增益;(2)空时分组码由正交理论获得,使用最大似然译码,接收机端采用 线性处理,实现简单。