分层空时编码.doc

摘要 空时编码技术是近几年来在通信领域新兴的研究方向，它主要用于解决高速无线通信下行传输问题。空时编码技术将信道编码技术与天线分集技术相结合，大幅度的增加了无线通信系统的容量，为无线传输提供了分集增益和编码增益，并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率，为解决无线信道的带宽问题提供了一条新的解决途径。空时编码技术具有很高的频谱利用率和较好的通信质量，能够满足高速数据通信业务的要求。空时编码分为:分层空时编码、空时格型编码和酉空时编码、差分空时编码。 分层空时码（LSTC）(Layered Space-Time Coding)是最早提出的一种空时编码方式，又俗称贝尔实验室分层空时结构(BLAST, Bell Labs Layered Space-Tirrae )，是由贝尔实验室在1998年提出的一种利用多根发射天线实现数据流的多路并行无线传输的方法。BLAST的特点是系统结构简单，易于实现，频带利用率随着发射天线数目的增加而线性增加，它所能达到的传输速率是单天线系统无法想像的。分层空时码通过一维信号处理方法来处理多维信号，一般适于接收天线数多于发送天线数的无线MIMO系统。BLAST能提供一定的接收分集增益，但由于BLAST没有直接在空域上引入不同发射天线发送信号间的相关性，因此不提供发射分集增益，所以，从严格意义上讲分层空时码不能算作为一种真正的空时编码方法。BLAST根据信号构造方式的不同可以分为对角结构(D-BLAST)垂直结构( V-BLAST )和水平结构( H-BLAST )，D-BLAST接收端的检测复杂度高，但性能较好;而V-BLAST检测复杂度低，较为实用. 关键字: MIMO 空时编码 空时分层编码 MATLAB 目录 一、前言 1 二、移动通信的发展概况 2 三、MIMO技术研究现状 3 3.1 MIMO信道容量 3 3.2 MIMO天线设计 4 四、分层空时编译码 5 4.1分层编码原理 5 4.2 分层空时码模型 5 4.3 编码算法 6 4.4 垂直分层译码原理 7 4.5 系统仿真及结果 8 4.6 分层空时编码技术及应用 12 五、总结 14 六、参考文献 15 致谢 16 一、前言 分层空时编码(Layered Space--Time Codes，简称LST)最早由Foschini提出 1131，能够获得更大的MIMO信道容量。其突出特点是，可以在同一空间范围内通 过一维处理方法处理多维信号。这种方法依赖于接收机具有高效的信号处理技术。 M个信息流通过M根发送天线在相同频率范围内发送，接收机采用N(Ⅳ≥M)根天线来分离发送信号。分离包括干扰抑制和干扰抵消的联合过程。LST是目前已知的唯一一种可以使频带利用率随着发射天线数目线性增加的编码方式。因此，它是实现未来无线通信高速数据传输比较有前途的解决方案之一，具有非常广阔的应用前景。 分层空时码的译码算法分为线性和非线性两种。线性译码算法主要是根据接收端的接收信号和已知的信道矩阵响应来找到一个具体的加权矩阵，从而利用加权矩阵和接收信号得到发送信号的估计，包括迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)两种方法。非线性译码算法是一个迭代的过程，主要指串行干扰消除方法，即先在接收端通过线性译码算法解调出．一副天线上发送的符号，然后把它当作干扰从接收信号中消除掉，继续以同样方法来解调其它天线上发送的符号。 分层空时码的最大特点是能取得很高频谱效率。但是分层空时码不能提供分集益，抗衰落能力差，不适合于衰落复杂多变的室外环境。1998年ATT的Vahid Tarkh等人分层空时码的启发下，在空时延迟分集的基础上，首先提出空时码(STC，Space-Time Codes)的概念，信号在时间和空间域上都引入了编码，这就称为空时码。空时码是将空域上的发射分集和时域上的信道编码相结合的编码技术。空间域上的编码可以利用空间冗余度来实现分集，以克服信道衰落，提高性能，从而具有较好的频率有效性和功率有效性。 二、移动通信的发展概况 移动通信是指通信的一方或双方是在移动中实现通信的。其中包括:移动台 与移动台之间通信、移动台与固定台之间通信，移动台通过基站与移动台或固定 台通信。移动台与基站之间是无线电通信链路。 无线移动通信传输信道复杂(时变的多径传播环境，以及传播损耗、慢衰落、 快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落等)。同时无线移动通信系统受到严重的干扰(远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同道干扰、码间串扰等)，对设备要求更为苛刻(稳定性、成本、功能、功耗)，并且频谱资源有限。目前，无线移动通信方面针对这些特点已经发展了一系列的技术，包括分集技术，MIMO系统和空时处理技术等等。 过去二