宽带无线接入网中的空时编码技术

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1、宽带无线接入网中的空时编码技术

2、第1摘要：空时编码技术能提高系统吞吐量，改善非对称应用环境中下行链路的传输问题，还可以结合干扰抑制技术，进一步提高系统容量。文章介绍了用于EDGE蜂窝通信系统和宽带无线接入网的空时编码(STC)技术，重点讨论了物理层信道估值、联合均衡与编码以及干扰抑制等信号处理技术。关键词：宽带无线通信；接入网；空时编码技术随着Inter和多媒体业务的普及，越来越多的应用需要高速无线接入。由于无线传输受到信号衰落和干扰的影响，为了实现高数据速率和高业务质量，要求采用新技术来提高频谱效

3、率和改善链路可靠性。在发射机和接收机使用多个天线进行数据传输的多输入多输出(MIMO)技术，可以在不增加带宽和天线发送功率的情况下，成倍地提高频谱利用率，进而成倍地提高无线信道容量。天线阵列很早就被用于接收机分集。“智能天线”提出后，天线阵列在无线通信系统中的应用更得到深入研究。理论上已经证明，采用多个发射天线能把无线信道分割成多个并行的窄带信道，具有提高信道比特传输率的潜能，且研究结果显示，信道容量随天线数量增加而线性增大。与接收分集和智能天线相比，MIMO系统不但能够提供分集增益和阵列增益，而且

4、可以采用空间复用(SDM)的方式提高系统容量。此外，采用MIMO构成多路信道可以在一定程度上对抗信道衰落，因为多个信道同时处于深衰落的可能性较小。由于无论发射机还是接收机的天线数都是有限的，因此增加分集增益和提高发射速率是一对矛盾。空时编码(STC)能较好地解决这一矛盾。STC是一类采用多发射天线、单接收天线(或多接收天线)，有机结合信道编码与空域发射分集，实现发射速率与分集增益折衷的MIMO通信技术。在不增加总发射功率和总传输带宽的前提下，数据经过STC并通过多个天线发射出去，各发射符号间在空域和

5、时域具有相关性，因而可获得分集增益和编码增益。无线高速应用环境下，在基站和移动用户终端间采用STC传输，基站采用双天线时，即使不增加用户终端接收天线的数目，STC系统也能提高系统吞吐量，从而改善非对称应用环境中下行链路传输“瓶颈”问题。如果移动用户终端采用双天线，还可以结合干扰抑制技术，进一步提高系统的容量[1]。1空时格码和空时分组码随着第三代移动通信系统标准的出台，发射分集技术受到了空前重视，多种发射分集技术被纳入标准当中。北美CDMA2000标准采用的两种发射分集技术分别是空时扩展(STS)和

6、正交发射分集(OTD)。在欧洲的A标准中，前向链路发射分集分为开环发射分集和闭环发射分集，其中开环发射分集采用空时发射分集(STTD)，闭环发射分集采用闭环模式一(CL1)和闭环模式二(CL2)。传统的发射分集技术不能满足带宽或发射速率的要求，因此要想在不损失带宽和发射速率的前提下，实现系统的全空间分集增益，应该采用分集与编码相结合的方法，于是ATT实验室的Tarokh等人提出了空时码(STC)的概念[2]。STC的提出可以认为是多天线MIMO系统以及发射分集研究进程中的一个重要里程碑。STC分为空

7、时格码(STTC)和空时分组码(STBC)。到目前为止，无论是STBC还STTC，大数量发射天线的编码设计问题还是一个难点。因此，如何寻找能够实现更高编码增益以及全空间分集增益的好码目前是STC研究领域的重要课题。1.1空时格码STTC的基本原理是，原始数据流通过信道编码器进行编码，编码数据经过串/并转换分成nt个数据流；每个数据流形成脉冲后进行调制，在每个时刻t，调制器i的输出信号从第i个天线发射出去。这样，nt个信号从ni个不同的天线同时发射，每个信号的比特周期保持相同。接收机采用Viterbi

8、译码对信号进行判决。图1所示为8状态8PSK的STTC状态和编码。除提供额外编码增益外，这个STTC等效于延时分集传输。其中，经过8状态8PSK映射后，送给第二副天线的延时符号X(k-1)为奇数时，延时符号乘以因子1；当延时符号为偶数时，延时符号乘以因子-1。500)this.style.ouseg(this)">虽然STTC集合了前向差错控制编码和分集，提供信号星座、传输速率、分集增益和网格复杂度之间的最佳折衷方案，带来的增益非常可观，但代价是增加了处理复杂度。例如，当发射天线数目固定时，其解码复

9、杂度随分集重数和传输速率呈指数性增加。1.2空时分组码尽管STTC比其他发射分集技术具有更好的综合性能，但是当系统要求的发射天线较多时，STTC的复杂度将严重阻碍其在实际系统中的应用。鉴于这种情况，Tarokh等人随后又提出了STBC。STBC的特点为：发射机不要求接收机反馈信道状态信息(CSI)，没有带宽扩展，译码简单，在不损失发射速率的前提下达到与最大比合并(MRC)接收分集相同的分集增益。虽然STBC实现简单、性能优越，但是由于每个天线的发射功率只有原来的一半，