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1、第6卷第2期2006年1月科学技术与工程Vol.6No.2Jan.20061671-1815(2006)02-0198-04S科cienc学eTec技hnolo术gyan与dEng工ineer程ingc2006Sci.Tech.Engng6.卷移动通信空时分组码的正交设计张焕明赵慧民叶梧2(佛山科学技术学院,佛528000;华南理工大学电子与信息工程学院1,广州,510640)摘要介绍了移动通信中的空时码,针对多天线系统提出了空时分组码的正交设计理论,可以采用高效的调制技术(QAM,PSK),由多天线同
2、时发射。接收端采用最大似然译码可以获得最大的分集增益。并因空时码有很高的频谱利用率,从而使空时码在未来移动通信及无线局域岗中得到广泛的应用。关键词空时码正交设计调制现代无线能信系统最主要的问题就是如何在有之后的接收信号。假定理想的定时和频率信息,那限的频谱资源和多径衰落时对基传输性能恶化的影么接收信号可写作响下提供高性能、高速率、高容量的服务。近几年的NEsrj(k)="hij(k)ci(k)+ηi(k),j=1,⋯,M(1)研究表明,空时码技术是对抗衰落提高频谱效率的!Ni=1重要手段[1]。空时码是
3、一种基于多天线发送技术的式中ηi(k)是零均值的复高斯白噪声过程的采样,每编码方案,共将多天线技术和信道编码技术结合起维具有N0/2的双边功率谱密度。hij(k)从发射天线i来,同时获得时间分集和空间分集[2]。它需要解决的到接收天线j的复衰落信道增益。关键问题一方面是确定适合于多天线阵信道的发送若c=[c(k),⋯,c(k)]T是时刻k从N个天线发k1N码矩阵应该具有的特性;另一方面是如何完成信息射的N×1维向量,r=[r(k),⋯,r(k)]T是M×1维信k1M序列发送码矩阵的映射。号接收向量。令η
4、(k)=[η(k),⋯,η(k)]T,则(1)式可1M以写成向量形成式:1空时码基本原理#r(k)=!Es/NH(k)c#k+$η(k)(2)为了实现高速率数据传输,必须采用带宽效率更高的编码调制,采用多发射天线和多接收天线,从2空时码的正交设计而出现了适合于发射端多天线的空时编码技术,同2.1实正交设计时在接收端进行相应的信号处理技术,就能获得较对于n维方阵A,如果满足如下的条件:大的性能增益。n空时编码的基本结构就是一个具有N个发射AAT=ATA="2I(3)%xi&ni=1天线和M个接收天线的无线
5、通信系统。空时编码通其中x1,x2,⋯xn为输入比特的映射信号,则称矩阵A过一个串/并变换器,将数据分割成N个数据流,每为正交矩阵[3]。对于实的正交矩阵,当且仅当n=2、4个数据流作为一个脉冲形成器的输入,然后经映射、或8时才存在,文献[4]中给出了相应的设计方案。调制后,由发射天线同时发射出去。发射信号到接可以看出实正交设计的空码有以下几个特点:收机后,经解周和解码,即能获得原始信号。(1)n维正交矩阵的第一行为x1,x2,⋯xn;令Es是每个输入码元(从所有天线)发射的总(2)主对线上元素全为x1
6、;能量,因此,从每个天线发射的每个输入码元的能量(3)它们是反对成矩阵运算O(x1,x2)为Es/N,若rj(k),j=1,⋯,M为天线j在匹配滤波器x1x2O(x1,x2)=%&(4)-x2x12005年9月27日收到则有2期张焕明,等:移动通信空时分组码的正交设计199O,x)O(x,x)mm(x1234^2O(x1,x2,x3,x4)=!"(5)(!-1+))ai,j2"c*(12)1-O(x3,-x4)O(x1,-x2)j=1i=1由于要符合式(3),8阶的不能够有4阶直接递推,m2^^c2=a
7、rgmin(#)!r1ja*+(rj)*a"&-c1+但可以得出,8阶的正交矩阵中,每2阶的分块矩阵2,j21,jj=1都是一个正交矩阵。m22.1.1复正交设计(!-1+))ai,j2"c^22*(13)j=1j=1对于两个天线的简单系统,假设星座图中符号实际上,完全复正交设计的空时码只是在2维数为2b,在第一个符号周期,2b比特到,在第一个符的情况下才存在[4]。下面我们考虑广义的复正交设号周期,2b比特到这编码器,选择了符号S和S,并12计的空时码的情况。同时由天线1和天线2发射出去。在下一个符号
8、周对于p×n复矩阵G,如果元素为0,±x*,±x,±x*,期,信号-S*和S*同时由天线1和天线2发射出去,12221⋯±x,±x*,或者它们与i的乘积,满足CHC=D,其中从而可以设计出螽的编码知阵为[3]:kkCDC是一个对角阵,且第(i,i)个元素为c1c2G=#$!Iix2+Iix2+⋯+Iix2",其中系数Ii,Ii,⋯,Ii**(6)1122kk12k-c2-c1为全正的数,那么我们称C为复正交设计的矩阵。而显然,若采用QPSK
