空时编码技术及其在未来移动通信中的应用

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1、空时编码技术及其在未来移动通信中的应用摘要:文章介绍r分组空时码和分层空时码，给出丁它们在3G和后3G中的解决方案；分析了限制网格空吋码应用的儿个因素，提出了网格空吋码应用的其体方案;最后对分组空吋码、分层空时码、网格空时码进行了比较。关键字:分组空吋码；分层空吋码；空吋传输分集；高速不行分组接入空时码是一种基于多天线阵发送技术的编码方案，其将多天线技术和信道编码技术结合起来，同时获得空I川分集和时问分集。W尔实验室于1996年提出的分层空时码(LSTC)模型［1］是最早的空吋编码方案。1998年，朗讯实验室的Tarokh等人提出了一•种基于编码

2、调制技术的空时编码方案［2］--网格空时码(STTC)，STTC不仅可获得较高的频带利用率，而且具有较好的抗衰落性能。STTC很快受到人们的重视，并在整个通信领域掀起了空吋码的研究热潮。除了上述两种空时编码方案以外，另外一种较为简单的空时码是分组空时码(STBC)［3］o以上3种空吋编码方案均假设接收端可以准确地估计信道。这一前提在某些情况下可以满足，但在移动终端高速移动的情况下，信道估计是十分网难的，因此不需要信道估计的盲空时编码方案便应运而出，其中乜括酉空时码和差分空吋码［4-5］。空时编码技术利用多天线阵提供的并行信道传输信息，可以在保•证

3、性能的前提下进一步提高信息传输速率。目前，分组空吋码和分层空吋码己经被3GPP采用。STTC山于受种种原W限制还很难在实际系统中采用，为了实现STTC的疢用，人们正致力于研究STTC在后3G和4G中的应用方案，并取得了一定的进展。1、分组空时码及其在移动通信中的应用円本人Alamouti齊提ili一种利用W根发射天线的传输分集方案，虽然该方案无法获得编码増益，性能比网格空吋码(STTC)略有下降，似它的频帯利用率与STTC相同，且编译码复杂度耍比STTC小得多。因此，相对于STTC,该传输分集方案具有更好的实用价值。在此基础上，Tarokh利用广

4、义正交设计原理将其进行推广，提出了分组空吋码的概念，最简单的一种STBC编码矩阵为：若采用正交移相键控(QPSK)调制，则信息序列以4比特为一组送入STBC编码器，分别对应于QPSK里座图中的两个信号点si和s2,si与s2按(1)式构成信号矩阵G，G屮的每一列对应一根发送天线，经两个符号周期发送完毕。接收端根裾收到的信号rj(t),rj(t+l)和信道特性进行最人似然译码(j=l，2)。STBC最人的特点是简单实用，且性能相对较好，是一种较有效的传输分集解决方案。第3代移动通信系统中采用的传输分集方案之一~空时传输分集(STTD)就是一种最简单

5、的分组空时码。分组空时码在移动通信系统中应用的原理如图1所示［6~7］。信息比特经信道编码、速率叫配和随机交织处理P，送入STTD编码器与他控制信息复用，再经扩频处理，由两根发射天线发送出去。根据需要的传输速率的不同，信道编码器可以选择卷积码或Turbo码。若要求的信息速率为12.2kb/s，则选用码率为1/3,约朿度为9的卷积码；若系统的传输速率较高，如64kb/s或144kb/s,则选用8状态的Turbo码。STTD:空时传瑜分集控制估思STTD控制估A图1分组空时码在移动遇信中应用的原理天线1—M——M图2空时传输分比编码STTD编码器以4

6、比特信息为一组进行编码，比特映射方式如图2所示（图屮比特信息“-1”表示0,“+1”表示1），其中天线1上发送的足原始信息比特，另外一根天线发送相应的校验信息，且与原始信息保持正交关系。这种处理方式一方血保证STTD具有良好的句不兼界性，比较符合S前移动通信发展的现状：另一方面使编译码S杂度相对较低，译码吋延很小，具有更好的实用性。由于STBC没宥编码增益，系统性能提高十分W难。另外，由于STBC的频带利川率不会随着发送天线数的增加而增加，因此，只能是一种过渡时期的替代产品。2、分层空时码及其在HSDPA业务屮的应用分层空时码是频带利用率随着发送

7、天线数线性增加的编码方式。分层空时码的实现方式很简单，信源信息经过信道编码以P，送入一空时映射器。该映射器根裾不同的映射关系，将编码信息分成n个子比特流，对应于各发送天线发送出去（如图3所示）。33分层空时码缁码示赛囝根裾信源消息与发送天线之间的映射关系，可以将分层空时码分为水平、垂直和对角3种。各子倌道因多径袞落而产生不同的袞落特性，接收端则利用这一特性来提取信怠。接收端首先根裾一定的原则来确定每一根接收天线上的加权值，然盾采用迫零检测和干扰抵消《个步骤检测倍号。为获得更伴的检测效果，往往还要经过倍号补偿，即根据接收倌号的其体情况来决定不同天线

8、信号的检测顺序，保信噪比人的信号先检测出来，消除其对艽他弱信号的影响，从而减少弱倌号的错误概率［6］。山于分层空吋码在解码吋只利用了倌道