垂直分层空时码译码算法的分析及仿真课件.ppt

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1、垂直分层空时码译码算法的分析及仿真陶龙陈成翟玉杰引言当前无线通信业务量的飞速增长提出了对通信速率更高的要求，于是能更高更大信道容量和频谱利用率的技术成为了目前无线通信研究的热点。而分层空时码作为多输入多输出（MIMO）系统中实现高速无线分组业务的一种解决方案，在提高频谱利用率具有巨大潜力。分层空时码是目前已知唯一一种可以使频带利用率随着天线数线性增加的编码方式,这使它在高速无线通信中的应用有着非常大的优势。1、分层空时码分层空时码（BLAST）是贝尔实验室提出的一种基于多入多出（MIMO）传输方式的空时码系统。它将信源数据分为几个子数据流，独立地进行编码、调制，因而它不是基于发

2、射分集的。分层空时码的基本结构：发射机有n根发射天线，接收机有m根接收天线（m≧n）。在发射机内信道编码过来的数据被分为n路，分别流向n根天线。接收端m根接收天线同时接收n根发射天线的信号，然后进行解调、信道估计、译码。在m大于等于n的条件下，信道容量与发送天线数目成线性正比关系。该技术将一维编码方法同空间维度的传输结合起来，使得解码端的复杂度仅仅随天线数目的增加线性增长，而不是如二维空时码一样呈指数增长。2、MIMO信号模型假设一个点对点的MIMO系统，有n个发送天线，m个接收天线，系统的框图如图1所示：图1MIMO系统结构图1中n个发射天线和m个接收天线之间的信道构成MIM

3、O信道，假设天线之间的距离足够大（大于1/2波长），该信道满足准静态和瑞利平坦衰落信道条件，并且该信道响应矩阵H可以通道估计的方法准确估计，则每组天线在发送和接收一组信号的时间内信道响应不改变且接收信号相互独立。在此模型下，定义t时刻从发送天线j到接收天线i的信道响应为，则接收天线i上接收的信号可以表示成：（1）其中,t∈(1,n)为t时刻发送的信号，，t∈(1,m)为接收到的t时刻的信号，是对应的信道响应且,满足均值为0的加性复高斯白噪，均值为0，方差为。假定发送一组数据时间够短，其信道响应不变，把(1)式改写成矢量的形式为：r=Hx+n（2）其中r=(1,rn)为接收到的矢

4、量，h=(h11...hij...hnm)为信道响应矢量，x=(x1...xn)为发送信号矢量，n=(n1...nm)，噪声矢量。(2)式就是用矢量形式表示的MIMO系统的信号模型。MIMO系统的信道容量在理论上可用如下式表示：（3）I表示单位矩阵，H表示信道传输矩阵，p表示发送信号的总功率，[●]H表示矩阵[●]的共轭转置。从式(3)可以看出，MIMO系统的信道容量随着天线数目的增加线性增长，多天线大大提高系统的频谱利用率。在典型的V-BLAST系统中，单用户的信息流经过串并变换后由个天线同时发送出去，在接收端通过m个天线接收信号，通过信号处理方法解出发送的信号以后再复用成原

5、信息流，达到保持原信息速率不变而降低信道带宽、提高频谱利用率的目的。3、垂直分层空时编码（V-BLAST）分层空时码按发送端分路的不同方式可分为：对角分层空时编码、垂直分层空时编码和水平分层空时编码。这里我们主要了解垂直分层空时编码。垂直分层空时编码是将并行信道编码器的输出按垂直方向进行空间编码，其编码原理如下图所示：...c4,b4,a4,c1,b1,a1...c5,b5,a5,c2,b2,a2...c6,b6,a6,c3,b3,a3,去天线1去天线2去天线3由上图可知，垂直分层空时编码的空时特性及其层次结构较其他两种编码方式要差一些，但却没有传输冗余，且由于垂直分层空时编码

6、结构的简单，故在实际中的应用较多。4、垂直分层空时码的译码算法分层空时码不是基于发送分集的，各副发送天线上的信号是相对独立的，在接收端每副接收天线上的信号是所有发送信号的叠加。垂直分层空时编码由于译码相对简单、性能好且应用较多。因此主要以V-BLAST为主来讨论译码算法。（1）极大似然译码算法极大似然译码就是从所有可能发送信号的集合中找出一个信号，使其满足：其中，X是发送信号向量集合的一个元素。极大似然译码算法的译码性能较好，它可以获得最小差错概率，但是算法的复杂度与发送天线数以及调制星座的点数成指数的关系，故实际应用中并不采用。由于垂直分层空时码不是基于发送分集的，因此没有发

7、送分集增益，但是有接收分集增益。同时它的分集增益与接收天线数有关，接收天线数多的分集增益大，而在接收天线数相等的情况下，发送天线数多的系统要比发送天线数少的性能差，这主要是因为空间干扰增加了。（2）线性译码算法分层空时码的译码算法分为线性和非线性两种。线性译码算法根据接收端的接收信号r和已知的信道矩阵响应H来找到一个具体的加权矩阵W，从而利用加权矩阵和接收信号得到发送信号的估计。迫零算法迫零算法就是寻找一个加权矩阵W，使其满足：其中，Wi和Hj分别表示加权矩阵的第i行和信道矩阵的第j列。因