基于空时编码的mimo

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1、基于空时编码的MIMO引言OFDM是一种高效的多载波调制技术，它能有效地对抗多径传播，将频率选择性信道转换为并行的平坦衰落信道，可以将高速率数据转换为若干个低速率数据流组成的且并行传输的数据，并且提高系统抗多径干扰的能力，更充分地利用信道带宽;MIMO技术能为OFDM系统提供明显的分集增益，增加系统容量，两者结合构成的MIMO-OFDM系统可以带来极大的性能增益。空时编码技术的形成条件之一，就是对信号进行多天线发送和接收。从广义上来讲，在发送和接收端就形成了MIMO信道，所以，可以将空时编码技术OFDM的结合看成是空时编码技术与MIMO-OFDM系统结合的特例，空

2、时编码技术能有效的提高信道容量，同时还具有空间分集增益和编码增益，但却不能直接用于宽带移动通信中，OFDM的特点正好弥补了这一缺陷，空时编码MIMO-OFDM系统能够充分利用所有可用的分集资源,即同时利用空域、频域、时域分集。可提供更高容量、数据速率和频谱效率，充分发挥系统性能，因此，基于空时编码的MIMO-OFDM现代通信系统性能研究就更有实际意义。一、MIMO-OFDM系统MIMO-OFDM技术可以为系统提供空间复用增益，从而大大增加信道容量。MIMO技术的空间复用是在接收端和发射端使用多个天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个数据通道（MI

3、MO子信道）发射信号，从而使得容量随着天线数量的增加而线性增加。这种信道容量的增加不占用额外的带宽，也不消耗额外的发射功率，因此是增加信道和系统容量的一种非常有效的手段。假设有组、每组包含个OFDM符号的信号分别从个天线上同时发送，这些个符号按照发射天线和时间可组成个长的列向量为：接收到的OFDM符号能够形成个列向量：信号经过信道后得到的表达式应该为：，是一个的矩阵，它包含子矩阵，和SISO(simpleinputsimpleoutput)具有相同的托普尼兹矩阵形式。如果在每一个发送天线都采用循环前缀，仍能得到该表达式，这时是列向量，是列向量，而是一个阶、具有循环

4、托普尼兹矩阵形式的矩阵：定义一个阶块对角阵，该矩阵的对角元素为的IDFT矩阵：矩阵左乘DFT矩阵，右乘IDFT矩阵，这样产生的矩阵包含了矩阵每一个循环块的特征值：通过在每一个天线都使用OFDM的技术，产生N个对应DFT下标的平坦衰落信道，为了实现N个MIMO信道，信道矩阵右乘矩阵，左乘矩阵。矩阵和是转换矩阵，用于重排属于相同DFT下标的输入和输出。最后生成的矩阵为：每一个矩阵都表示了对应于DFT下标的平坦衰落MIMO信道，这样通过下式将输入和输出联系起来：。这里的，，，与有相同的定义。MIMO-OFDM系统在发送端和接收端的系统图如下图所示：图1发送端的系统图图2

5、接收端的系统图在发送端，输入的信息比特经过一个串并变换器变成多路输入的数据流，以实现多天线的输出。对于每一路信号，都要经过一次信号的映射。这里的信号映射，不仅包含了对输入数据流的星座映射、而且还涉及到编码调制等。同时，这样映射后的一路信号又会变换成子载波数量的数据流作为接下来的IFFT的输入。加入循环前缀的目的是为了在每个OFDM的符号间加上保护间隔，减小OFDM的符号间的干扰。在接收端，接收到的OFDM的数据流首先要经过一个去除循环前缀的处理，把OFDM符号的有用部分提取出来用于FFT变换。每个FFT变换产生的第i路数据流中包含相同发射端输入信息，所以将这样的数

6、据流经过相同的空间多路检测器，进行检测判决，最后数据流通过一并串变换送入到解调器。图1、2显示了一个基于空间复用的MIMO-OFDM系统，它能够同时增强空间复用技术和OFDM技术，有利于增加系统容量和高速率的传输。通过多路数据流在发送天线的同时发射，实现了在相同带宽情况下的多路空间并行信道。这样的系统不仅发挥了OFDM和空间复用技术的优势，同时也有效地利用了空间的并行性和频率选择性。在接收判决一方，将接收信号转化成了若干个子信号分别通过了OFDM的子载波处理。二、常用空时编码技术及性能比较空时编码技术是一种应用于无线通信系统的新型的编码/信号处理技术，它利用多天线

7、阵技术有效地提高了无线通信系统的容量和数据速率，另外，空时编码结构在频谱效率、功率消耗之间作了最好的折衷。现有的空时编码技术大致可分为三类：分层空时编码、空时格型码和空时分组码。分层空时编码的最大优点是其频带利用率随着发射天线的增加线性增加，它所能达到的频带利用率和传输速率是单天线系统所无法想象的，但由于BLAST（BELLLaboratoriesLayeredSpace-Time）系统在发射端没有对信号进行抗衰落处理，其应用范围仅限于楼内和楼间等信道特性较好的无线环境，对于市区等干扰较大的情况，由于受发射功率、天线大小、频率选择性衰落等的限制，BLAST系统的性

8、能会迅速下