MIMO多天線技術(shù)

1、移動(dòng)通信-第三課MIMO多天線技術(shù)多天線技術(shù)MIMO多天線技術(shù)v概述vMIMO系統(tǒng)容量vMIMO傳輸方案vMIMO-OFDM技術(shù)概述 vMIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)又稱多發(fā)多收天線技術(shù)，能在不增加帶寬和發(fā)送功率的情況下，成倍提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，是第四代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。vMIMO的奠基工作是在20世紀(jì)90年代由貝爾實(shí)驗(yàn)室和AT&T的學(xué)者Telatar,Foshinia,Tarokh,Alamouti等人完成。概述vMIMO的核心思想是將單個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)通過一定映射（編碼、調(diào)制）變換成并發(fā)的多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)流發(fā)射出去，在接收端通過先進(jìn)

2、的信號(hào)處理技術(shù)和反變換再恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)符號(hào)流。vMIMO能將多徑影響因素變?yōu)閷?duì)通信性能有利的增強(qiáng)因素。通過在空間中產(chǎn)生獨(dú)立的并行信道，同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流，從而增加系統(tǒng)傳輸速率和頻譜利用率。MIMO系統(tǒng)模型x1x2x3y1y2y3h11h21h31h12h22h32h13h23h3311111121,(0,)TRRRTTRMijMMM MMMyhhxnhNyhhxnnIyHxnMT TX antennasMR RX antennas2TPMIMO的系統(tǒng)容量多輸入單輸出（MISO）系統(tǒng)（發(fā)送分集、等功率發(fā)送發(fā)送分集、等功率發(fā)送） ：22log (1 |)/ /Chb s Hz多輸入多輸出（MIMO

3、）系統(tǒng) ：?jiǎn)屋斎攵噍敵觯⊿IMO）系統(tǒng) （接收分集、接收分集、MRC合并合并）：221log (1|)/MiiChb s Hz2211log (1|)/NiiChb s HzN單輸入單輸出（SISO）系統(tǒng) ：*221log det()log (1)/mEPMiiCIHHb s HzNNuMIMO系統(tǒng)容量隨著天系統(tǒng)容量隨著天 線數(shù)目的增加成線性增加。線數(shù)目的增加成線性增加。 MIMO系統(tǒng)模型v發(fā)送信號(hào)：第j根天線發(fā)送xj為零均值i.i.d高斯變量，發(fā)送信號(hào)的協(xié)方差矩陣為：v總的發(fā)送功率約束為v若每根天線發(fā)送相等的信號(hào)功率PT/MT， HxxRE xx()TxxPtr RTTxxMTPRIMv信道

4、矩陣：H為復(fù)矩陣，hij表示第j根發(fā)送天線至第i根接收天線的信道衰落系數(shù)。v歸一化約束：每一根天線的接收功率均等于總的發(fā)送功率21 , 1,2,TMijTRjhMiMMIMO系統(tǒng)模型v接收端的噪聲：各分量為獨(dú)立的零均值高斯變量，具有獨(dú)立的和相等方差的實(shí)部和虛部。v噪聲協(xié)方差矩陣v若n的分量間不相關(guān)，v每根接收天線具有相等的噪聲功率2。v每根接收天線輸出端的信號(hào)功率為PT，故接收功率信噪比為MIMO系統(tǒng)模型HnnRE nn2RnnMRI2TPv根據(jù)奇異值分解（SVD-Singular Value Decomposition）定理，任意矩陣H可表示為vU和V分別為MRMR和MTMT正交矩陣，vD為

5、MRMT非負(fù)對(duì)角陣，對(duì)角線元素為矩陣特征值的非負(fù)平方根 。滿足 vz為關(guān)于特征值的MR1特征向量。U的列是HHH的特征向量，V的列是HHH的特征向量。MIMO的系統(tǒng)容量分析HHUDV , 0HHH zzzRHMUUITHMVVIiHHHyUyxV xnU n yDxnHyUDV xn令則MIMO的系統(tǒng)容量分析v矩陣HHH的非零特征值數(shù)目m等于矩陣H的秩r。對(duì)于MRMT矩陣H，其秩最大為 即H的非零奇異值最多有m個(gè)。v用 表示H的奇異值，則 v從第1個(gè)到第r個(gè)接收分量，子信道增益為 ，而從第r+1接收分量起，子信道的增益為0，相應(yīng)的接收分量不再依賴發(fā)送分量 。min(,)RTrMM (1,2,)

6、iir (i=1,2,r) (i=r+1,r+2,)iiiiiiRyxnynMiixMIMO的系統(tǒng)容量分析v等效的MIMO信道可看成由m個(gè)相分離的并行子信道組成，每個(gè)子信道指配一個(gè)H矩陣的奇異值（或HHH的特征值），該奇異值 相當(dāng)于該子信道的幅度增益，而子信道的功率增益相當(dāng)于HHH的特征值i。 i i,1,iiiiyxn ir ,1,iiRyn irM MIMO的系統(tǒng)容量分析v即y、x 和n的協(xié)方差矩陣與變換前y，x，n的協(xié)方差陣具有相同的跡（對(duì)角線元素之和）或功率。 ()() ()() ()()Hy yyyy yyyHx xxxx xxxHn nnnn nnnRU R Utr Rtr RRV

7、 R Vtr Rtr RRU R Utr Rtr R MIMO的系統(tǒng)容量分析v各子信道是分開的，因而它們的容量相加。假定在等效MIMO信道模型中每根天線發(fā)送的功率為 ，總的信道容量可利用Shannon公式求出：v式中F為每個(gè)子信道的帶寬，Pi為第i個(gè)子信道的接收信號(hào)功率： TTPM21log(1)riiPCFiTiTPPM2211log(1)log(1)rriTiTiiTTPPCFFMMMIMO的系統(tǒng)容量v根據(jù)特征值與特征矢量的關(guān)系，有（設(shè) ）： 是方程 的m個(gè)特征根。v可得：v因此，v有：MIMO的系統(tǒng)容量i22log det() log det()TmTHTmTPCFIQnPFIHHnxx

8、QR(1,.,)iimdet()0mIQv特別的，當(dāng) 時(shí)，有：v其中，MIMO的系統(tǒng)容量分析i2log(1)TTPCmWMmin(,)TRmMN0510152025051015202530信噪比 ( d B )信道容量 ( b its / c h an nel )Tx1Rx1Tx2Rx2Tx2Rx4Tx4Rx2Tx4Rx4Tx8Rx2Tx8Rx4Tx8Rx8E.Teletar,1995,”Capacity of Multi-Antenna Gaussian channels”G.J.Foschini,1998,”O(jiān)n Limits of Wireless Communication in a

9、Fading Environment When Using Multiple Antennas”)det(log02HHINnECtanMIMOrMIMO的系統(tǒng)容量功率注水算法v在系統(tǒng)呈閉環(huán)閉環(huán)情況下，發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息CSI，可以通過注水（water-filling）算法，將較大的發(fā)送功率分配給狀態(tài)較好的信道，來提高信道容量。v注水算法的目的是在功率約束的前提之下實(shí)現(xiàn)信道容量的最大化。其功率約束可以表示為:v 歸一化信道容量為：功率注水算法v采用拉格朗日乘子法，構(gòu)造如下函數(shù)：v令：v得到： ，其中v功率不可能為負(fù)值，因此：功率注水算法MIMO系統(tǒng)下容量注水算法示意圖功率注水算法v最優(yōu)功率

10、分配時(shí)的MIMO信道容量：v其中L為通過功率限制條件 得到的拉格朗日乘子。v令發(fā)送天線數(shù)和接收天線數(shù)相等，發(fā)送機(jī)與相應(yīng)的接收機(jī)之間通過正交、并行的子信道相連接，因而各個(gè)子信道之間無干擾。 正交傳送的MIMO信道21| , (1,2,)TMijTRjhMiMHMHHMI2222logdet()logdet(1) log(1)log(1)TTMMMTTMPPCFIIFdiagMPPFMFv當(dāng)MR= MT=M=8 ，SNR=20dB， 歸一化容量 各子信道不相關(guān)聯(lián)地給出了M倍增益。 MIMO信道容量53.264/sec/CbitHzFvMIMO系統(tǒng)的信道容量主要由H的奇異值決定，即HHH的特征值。反

11、映各支路的相關(guān)程度。v發(fā)送端未知CSI，采用功率均分v發(fā)送端已知CSI：采用water-filling，增加容量v發(fā)送端未知CSI時(shí)的信道容量小于或等于已知CSI時(shí)的信道容量，是因?yàn)榘l(fā)送端可利用CSI對(duì)發(fā)送模塊進(jìn)行優(yōu)化處理。MIMO信道容量（總結(jié)）2211log(1() )riiCF21log(1)riTiTPCFM回顧vOFDM與CDMA相結(jié)合vMIMO的信道容量vMIMO功率注水算法MIMO系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)v分集增益v編碼增益v復(fù)用增益分集階數(shù)和分集增益v 在無線通信系統(tǒng)中，分集階數(shù)（Order）指的是獨(dú)立的衰落支路數(shù)。v 假設(shè)發(fā)送符號(hào)具有單位平均能量，系統(tǒng)分集階數(shù)為M；接收端已準(zhǔn)確估計(jì)

12、信道的衰落系數(shù)，且使用ML檢測(cè)和MRC合并技術(shù)2min121min11/ 44rMMreeeSNRirSNR dPNNSNR dMMv例：獨(dú)立同分布瑞利衰落及BPSK調(diào)制，M階分集的誤碼率上限？分集階數(shù)和分集增益分集增益和編碼增益v 無線通信中，經(jīng)常同時(shí)使用糾錯(cuò)編碼和分集，高信噪比時(shí)的誤符號(hào)率近似為v c為常數(shù)，與使用調(diào)制方式有關(guān)；c表示編碼增益，M表示分集增益v 編碼技術(shù)只能使誤符號(hào)率曲線整體左移，而不會(huì)改變曲線的斜率；v 分集技術(shù)可改變曲線的斜率，使得誤符號(hào)率曲線隨著M的增加下降更快。MecrPcSNRA Simple Transmit Diversity Technique for Wi

13、reless CommunicationsIEEE JOURNAL ON SELECT AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 16, NO. 8, OCTOBER 1998分集增益和編碼增益v復(fù)用增益r：v分集增益d：v最優(yōu)分集復(fù)用折中函數(shù)：分集增益和復(fù)用增益L. Zheng and D. Tse, “Diversity and multiplexing: a fundamental tradeoff in multiple-antenna channels”, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 49, no. 5

14、, pp. 1073-1096, May 2003.( )()()d rmr nrR為頻譜利用率（bps/Hz）v例：SISO系統(tǒng)中PAM、QAM以及最優(yōu)分集復(fù)用折中？分集增益和復(fù)用增益v例：MISO與MIMO信道的最優(yōu)分集復(fù)用折中與？分集增益和復(fù)用增益MIMO分類v特點(diǎn)q利用空間復(fù)用技術(shù)提高頻帶利用率（最大化復(fù)用增益）q利用空間分集技術(shù)提高傳輸可靠性（最大化分集增益）q兩者的折衷空時(shí)編碼（space-time coding）v聯(lián)合考慮編碼、調(diào)制和發(fā)送分集，可同時(shí)提高編碼增益和分集增益信道信道編碼編碼串并串并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換脈沖成形，調(diào)制脈沖成形，調(diào)制脈沖成形，調(diào)制脈沖成形，調(diào)制脈沖成形，調(diào)制脈沖成形

15、，調(diào)制 12輸入數(shù)據(jù)2tCtntC1tCtnMIMO傳輸方案空時(shí)編碼v空間復(fù)用方案分層空時(shí)編碼（BLAST）v空間分集方案分組空時(shí)編碼（STBC）網(wǎng)格空時(shí)編碼（STTC）空時(shí)碼研究現(xiàn)狀v 目前，STBC和BLAST已經(jīng)被3GPP和LTE采納。信道特性已知信道特性未知BLAST 1996，Bell USTM 2000 BellSTBC 1998, AT&TDSTM 2000 AT&T, 2001 BellSTTC 1998, AT&T v分層空時(shí)碼是最早提出的一種空時(shí)編碼方式。v基本原理：將信息比特流分解成多個(gè)比特流，獨(dú)立地進(jìn)行編碼、調(diào)制，映射到多條發(fā)射天線上。在接收端，

16、采用特殊的處理技術(shù)，將這些一起到達(dá)接收天線的信號(hào)分離，然后送到相應(yīng)的解碼器。v缺點(diǎn)：無法實(shí)現(xiàn)分集，性能相對(duì)較差?？烧J(rèn)為是一種空間復(fù)用技術(shù)。v優(yōu)點(diǎn)：速率隨發(fā)送天線數(shù)線性增加。v與接近信道容量的二進(jìn)制編碼方式（如卷積碼、Turbo碼）聯(lián)合使用將是一種較好的應(yīng)用方式。分層空時(shí)碼（BLAST）分層空時(shí)碼 串串并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制空空域域內(nèi)內(nèi)符符號(hào)號(hào)映映射射1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制2編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制n12n 比特輸入信道信道估計(jì)估計(jì)干擾干擾抑制抑制干擾干擾消除消除12mm-1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制2編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制m-1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制m 并并串串轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換比特輸

17、出分層空時(shí)碼v水平分層空時(shí)碼（H-BLAST）：q第i路調(diào)制與編碼模塊輸出的符號(hào)恒定由第i根天線發(fā)射出去；v垂直分層空時(shí)碼（V-BLAST）:q每路調(diào)制與編碼模塊輸出的符號(hào)循環(huán)地由n根天線發(fā)射出去；v對(duì)角分層空時(shí)碼（D-BLAST）:q每路調(diào)制與編碼模塊輸出的符號(hào)按對(duì)角線方式由n根天線發(fā)射出去；三種BLAST方案比較vD-BLAST具有較好的空時(shí)特性及層次結(jié)構(gòu)，但有N(N-1)/2比特的傳輸冗余；vV-BLAST的空時(shí)特性及層次結(jié)構(gòu)較D-BLAST差，但沒有傳輸冗余；vH-BLAST空時(shí)性能很差。分層空時(shí)碼的特點(diǎn)vn根發(fā)射天線使用同一頻帶，符號(hào)同步，使用同樣的星座圖；v分層空時(shí)碼不是基于發(fā)射分

18、集的；v天線發(fā)射總功率恒定，與發(fā)射天線數(shù)n無關(guān)；v將單個(gè)高SNR信道分割成n個(gè)相互重疊的低SNR信道，以此來提高頻譜利用率；v當(dāng)mn時(shí)，系統(tǒng)容量與n近似成正比；v不同收發(fā)天線間的信道增益不相關(guān)。V-BLAST的檢測(cè)方法v最大似然（ML）檢測(cè)：最大似然檢測(cè)就是從所有可能發(fā)送信號(hào)的集合中找出一個(gè)信號(hào)，使其滿足：v優(yōu)點(diǎn)：譯碼性能較好，可以獲得最小差錯(cuò)概率；v缺點(diǎn)：算法的復(fù)雜度與發(fā)送天線數(shù)以及調(diào)制星座的點(diǎn)數(shù)成指數(shù)的關(guān)系。2minargHXrXv線性譯碼算法：根據(jù)接收端的接收信號(hào)r和已知的信道矩陣響應(yīng)H來找到一個(gè)加權(quán)矩陣W，從而利用加權(quán)矩陣和接收信號(hào)得到發(fā)送信號(hào)的估計(jì)。v根據(jù)得到加權(quán)矩陣準(zhǔn)則的不同又可分

19、為迫零（ZF）和最小均方誤差（MMSE）兩種方法。V-BLAST的檢測(cè)方法WrX 迫零算法（ZF）：尋找一個(gè)加權(quán)矩陣W，使其滿足： 其中，Wi和Hj分別表示加權(quán)矩陣的第i行和信道矩陣的第j列。 rHHHWrX1)(mjmiHWjijijiji,.2, 1;,.2, 110,V-BLAST的檢測(cè)方法 最小均方誤差算法（MMSE）：目標(biāo)函數(shù)是最小化發(fā)送信號(hào)矢量與接收信號(hào)矢量線性組合WHr之間的均方誤差，即：式中的W是mn的線性組合系數(shù)矩陣。從上式可以求解其梯度得到最優(yōu)解。MMSE檢測(cè)算法的系數(shù)矩陣為： HIHHWn12)(V-BLAST的檢測(cè)方法V-BLAST的檢測(cè)方法v最小均方誤差譯碼算法性能更

20、好，因?yàn)榭紤]了噪聲的影響，而迫零算法則沒有。v干擾對(duì)消技術(shù)：基本思想是在進(jìn)行第k次檢測(cè)時(shí)，首先抵消掉已經(jīng)檢測(cè)出的（k-1）個(gè)符號(hào)的影響。v干擾對(duì)消技術(shù)可用于迫零檢測(cè)或MMSE檢測(cè)。解調(diào)的順序?qū)π阅苡泻艽笥绊?。vMMSE流程（結(jié)合干擾對(duì)消技術(shù)）：根據(jù)MMSE準(zhǔn)則計(jì)算出當(dāng)前的權(quán)向量矩陣：選取當(dāng)前最優(yōu)檢測(cè)元素：V-BLAST的檢測(cè)方法檢測(cè)當(dāng)前信號(hào)：判決發(fā)射信號(hào)：消除前面一層的干擾：縮小矩陣的維數(shù)，進(jìn)行下一迭代：V-BLAST的檢測(cè)方法V-BLAST的分集復(fù)用折中(0,n-1)(0, 1)V-BLAST(1)：固定順序檢測(cè)V-BLAST(2)：最優(yōu)順序檢測(cè)V-BLAST(3)：子信道速率可分配+固定順

21、序檢測(cè)回顧vMIMO的性能指標(biāo)v分集復(fù)用折中函數(shù)v分層空時(shí)碼空時(shí)分組碼（STBC）v空時(shí)分組碼是根據(jù)碼字的正交設(shè)計(jì)原理來構(gòu)造空時(shí)碼字，最早由Alamouti提出。其設(shè)計(jì)原則就是要求設(shè)計(jì)出來的碼字各發(fā)送天線之間滿足正交性。 接收時(shí)采用最大似然檢測(cè)算法進(jìn)行解碼，由于碼字之間的正交性，在接收端只需做簡(jiǎn)單的線性處理即可。v優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，譯碼復(fù)雜度是線性的，能夠?qū)崿F(xiàn)完全分集，但沒有引入編碼增益，可認(rèn)為是一種分集技術(shù)，故應(yīng)考慮與其他編碼方式結(jié)合。2021-12-2254空時(shí)分組碼 信息源調(diào)制器12,x x*1212*21xxx xxx1*121,XTXxx2*212,XTXx x兩根發(fā)射天線，一組編碼

22、取兩個(gè)符號(hào)，傳輸一組編碼需要兩個(gè)周期Alamouti STBC編碼：2021-12-2255空時(shí)分組碼很顯然，這種方法既在空間域進(jìn)行編碼，又在時(shí)間域進(jìn)行了編碼，且天線1，2上的發(fā)射序列為：發(fā)射序列是正交的：兩根天線的發(fā)射序列的內(nèi)積為0；編碼矩陣具有如下特性： 1*2*1221,XxxXx x12*12210XXx xx x222212122221200HxxX XxxIxx 信道估計(jì)信號(hào)合并最大似然譯碼器Tx1Tx21*2xx2*1xx1h2hRx12nn1h2h1h2h1x 2x 1 x2 x2發(fā)1收STBC譯碼器結(jié)構(gòu) 空時(shí)分組碼（STBC） 其中，發(fā)送天線1和2的塊衰落信道響應(yīng)系數(shù)為： 在

23、接收端，相鄰兩個(gè)符號(hào)周期接收到的信號(hào)可以表示為： 其中，n1和n2表示第一個(gè)符號(hào)和第二個(gè)符號(hào)的加性白高斯噪聲樣值。121122,jjhh ehh e11 1221*212212rh xh xnrh xh xn 空時(shí)分組碼（STBC）STBC最大似然譯碼(MLD)算法： 假設(shè)接收機(jī)可以獲得理想信道估計(jì)，則最大似然譯碼算法要求在信號(hào)星座圖上最小化如下的歐式距離度量： 其中 都是星座圖上的信號(hào)點(diǎn)。 將上式展開可得： 22*11 1222122122*11 12221221( ,)( ,)dr h xh xdrh xh xrh xh xrh xh x12 ,x x 22*11 122212212222

24、22221212121222*1 12 212 11 2211rh xh xrh xh xhhrrhhxxh rh rxh rhrx空時(shí)分組碼（STBC） 由于上式中第一項(xiàng)是公共項(xiàng)，與信號(hào)點(diǎn)無關(guān)，可以去掉，這樣可得最大似然譯碼判決準(zhǔn)則為： 其中，C表示調(diào)制符號(hào)對(duì)的組合， 是判決統(tǒng)計(jì)量，表示為： 由此可知，兩個(gè)判決統(tǒng)計(jì)量分別只是各自發(fā)送信號(hào)的函數(shù)。則最大似然譯碼準(zhǔn)則可以分解為獨(dú)立的兩個(gè)準(zhǔn)則： 122222221212121122 , ,arg min1,x xCx xhhxxdx xdx x12,x x22*11 12 1111112222*22 11 21121221xh rh rhhxh n

25、h nxh rhrhhxhnh n1222221121112222212222argmin1,argmin1,xSxSxhhxdx xxhhxdx x空時(shí)分組碼（STBC） 當(dāng)采用MPSK調(diào)制方式時(shí)，對(duì)于所有的信號(hào)點(diǎn) 都有： 是常量，因此最大似然判決準(zhǔn)則可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為： 上述MLD算法可以推廣到多個(gè)接收天線的情況： 222121,1,2ihhxi112222*1111 12 1122*2222 11 22argmin,argminargmin,argminxSxSxSxSxdx xh rh rxxdx xh rhrx1222221,1,2111122222,1,22221argmin1,ar

26、gmin1,RRnjjxSjnjjxSjxhhxdx xxhhxdx x空時(shí)分組碼（STBC） Alamouti編碼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于保證兩天線發(fā)送信號(hào)序列之間的正交性。STBC碼可以獲得完全的分集增益，并且只需要利用線性信號(hào)處理進(jìn)行簡(jiǎn)單的最大似然譯碼。 空時(shí)分組碼（STBC）空時(shí)分組碼 信息源調(diào)制器空間分組編碼器S 根發(fā)射天線，一組編碼取k個(gè)符號(hào)，傳輸一組編碼需要p個(gè)周期Tn11STSSnT nS空時(shí)分組碼傳輸矩陣要基于正交設(shè)計(jì)構(gòu)造：其中 的第i行第j列的元素 代表第i根發(fā)射天線在j時(shí)刻發(fā)送的信號(hào)，且傳輸矩陣的行是相互正交的：22212THknS Sc sssI X,(1,2,1,2, )i j

27、Txinjp*,10, ,1,2,piji tj tTts sxxij i jnAlamouti STBC的分集復(fù)用折中2*2天線分集復(fù)用折中比較v空時(shí)分組碼能夠獲得分集增益，但不能提供編碼增益。分層空時(shí)碼能夠極大的提高系統(tǒng)的頻譜效率，但一般的，它不能獲得完全的分集增益。vTarokh首次提出將信道編碼、調(diào)制及收發(fā)分集聯(lián)合優(yōu)化的思想，構(gòu)造了空時(shí)格碼(STTC)。STTC既可以獲得完全的分集增益，又能獲得非常大的編碼增益，同時(shí)還能提高系統(tǒng)的頻譜效率。空時(shí)網(wǎng)格碼空時(shí)網(wǎng)格碼編碼網(wǎng)格圖v 基于基于QPSKQPSK調(diào)制的調(diào)制的4 4狀態(tài)狀態(tài)STTCSTTC編碼器及對(duì)應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編碼器及對(duì)應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖T0

28、T1調(diào)制調(diào)制0b1b空時(shí)網(wǎng)格碼舉例：假定發(fā)射天線數(shù)為2的4狀態(tài)空時(shí)網(wǎng)格編碼QPSK結(jié)構(gòu)的生成序列為： 1202 , 20,01 , 10gg00/00 01/01 10/02 11/0300/10 01/11 10/12 11/1300/20 01/21 10/22 11/2300/30 01/31 10/32 11/33輸入序列：輸入序列：c=(10,01,11,00,01,)輸出序列：輸出序列：x=(02,21,13,30,01,)空時(shí)網(wǎng)格碼TTTT1cmc0,10,20,Tmmmnggg111111,1,2,Tvvv nggg1111,11,21,Tnggg1110,10,20,Tngg

29、g1,11,21,Tmmmnggg,1,2,mmmTmmmvvvnggg12,Tnx xxSTTC編碼器的一般結(jié)構(gòu) 如上圖，t時(shí)刻第i個(gè)天線編碼器的輸出符號(hào) 可以表示為： STTC編碼器用生成多項(xiàng)式描述 如下： STTC編碼器對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式生成矩陣為： itx,10mod,1,2,kvmikktj itjTkjxg cM in,0,1,0( )mod1,2,1,2,kkkvvkkjkkkij iiiv ijTGDg Dgg DgDMkm in111122221212()()()()()()()()()()TTTnnmmmnG DG DGDGDGDGDDGDGDGDG空時(shí)網(wǎng)格碼v準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道條件

30、下STTC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： v 在Rayleigh衰落信道下： v 在高信噪比條件下，可以表示為：101,14RTnnsiiPEN X X空時(shí)網(wǎng)格碼10,4RRrnnrsiiEPNX XvSTTC編碼的收發(fā)分集增益為 ，與信噪比成負(fù)指數(shù)關(guān)系，而在相同分集增益條件下，與未編碼系統(tǒng)相比，STTC的編碼增益為 。v因此STTC編碼的性能主要由分集增益和編碼增益決定。從而可以得到準(zhǔn)靜態(tài)衰落信道條件下STTC碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：(1) 秩準(zhǔn)則(2) 行列式準(zhǔn)則Rrn11rrii空時(shí)網(wǎng)格碼v優(yōu)點(diǎn)：在給定分集增益和發(fā)送速率條件下，空時(shí)網(wǎng)格碼引入編碼增益，性能要優(yōu)于空時(shí)分組碼。在不損失帶寬效率的前提下，可提供最大的編碼增益和分集增益。v缺點(diǎn)：當(dāng)發(fā)射天線數(shù)固定時(shí)，空時(shí)網(wǎng)格碼的譯碼復(fù)雜度隨著分集