通信中的空时编码技术研究.doc

1 绪论
课题背景
在过去的十几年中，个人通信和移动无线通信服务得到了极其迅猛的发展，而未来的无线通信服务的目标是要传输比现在通用系统高千倍以上速率的数据。随着无线通信技术的发展，人们对通信的质量以及信道的容量提出了比以往更高的要求，然而带宽的限制、传播的衰减、信道的时变特性、噪声、干扰（主要是公共信道干扰）以及多径问题，所有以上这些因素都严重制约着无线通信业务的发展[3]。
理论上，抵制信道衰落的最好方法是进行功率控制，也就是如果发射端预先知道信道条件，那么在发射的时候预先将信号变形来抵消衰落带来的影响。但是这种方法需要发射端有较大的动态范围，另外发射端也不可能知道信道的条件，因此在大多数散射环境中，是采用天线分集方法来抵制信道衰落的。
传统的天线分集是在接收端（移动台）采用多根天线进行接收分集的，并采用合并技术来获得好的信号质量，例如Rake接收机。但是由于移动台尺寸受限，采用接收天线分集技术较困难，而且在移动台端进行接收分集代价高昂，增加了用户的设备成本。从理论与实际应用中都发现，相同阶数的发射分集与接收分集具有相同的分集增益。因此为了适应下一代移动通信的要求，只有增加基站的复杂度，在基站端采用发射分集技术才是比较合适的方法[3]。
空时编码是应用于无线通信中的一种新的编码和信号处理技术，它将发射分集、信道编码技术以及调制技术有机结合，采用这种技术以后，可以大幅度地提高无线通信系统的信息容量和传输速率，并能有效抵制多径衰落、抑制噪声和干扰。
空时编码的模型最早是由美国的Lucent Bell实验室提出的，并于1996年提出了分层空时编码LSTC的概念，在此基础上他们开发出了BLAST试验系统。随后，以美国AT&T实验室的Tarokh博士领导的科研小组提出了空时格形码STC和空时分组码STBC的方案，引起了通信界的广泛关注。根据这一现状，及时开展空时编码方面的研究，可以使我国跟上国际发展的趋势，缩短和西方发达国家的差距，本文正是基于这一目的，对空时编码技术进行了具体的分析和研究。
，发射天线数和接收天线数分别为n和m，显然这是一个（n，m）的MIMO系统，数据的发射过程为：信号首先通过信道编码器进行编码，编码器的输出通过一个串
/并转换器，被分割成n个长度相同的数据流，每一个数据流作为一个脉冲形成器的输入，然后经调制后，由发射天线同时发射。我们将发射阵列同时发射的已调信号称为空时码元（Space-Time Symbol）或是空时码元矢量（Space-Time Vector Symbol）。
信 源
S (T)
信道
编码器
串并转换器
脉冲
形成器
脉冲
形成器
调 制
调 制
。。。。。。
。。。。。。
接收机
。。。。。。
。。。。。。
S (T)
发射机
空时编码系统基本结构
在接收端，接收机对接收到的信号做与发射机相反的处理。每一路接收天线都通过一个匹配滤波器对其接收到的信号进行同时地检测，所有二路的匹配滤波器的输出形成一个检测统计向量，检测统计向量的每一个元素均为n个发射天线发送信号的经MIMO信道后的重叠并伴有噪声的扰动。
空时编码的最大特点是将编码技术和阵列技术有机地结合在一起，实现了空分多址，从而提高了系统的抗衰落性能；空时编码技术根据衰落信道的多径传播特点，以及发射分集和接收分集来提供高速率、高质量的数据传输；与不使用空时编码的编码系统相比，空时编码可以在不牺牲带宽的情况下获得更高的编码增益，提高了抗干扰和噪声的能力，特别是在无线通信系统的下行（基站到移动台）传输中，空时编码的应用将移动台的设计负担转移到了基站。
空时编码的研究现状
（MEA）构造分层空时结构，1998年Vahid Tarokh在此启发下，首先提出空时编码概念。
空时编码（Space-Time code）可以将多个发送天线的编码技术和接收端对信号的处理技术结合在一起，能够得到很高的增益，它是适合于多天线阵信道的一种编码方案，空时编码综合了空间分集和时间分集的优点，同时提供分集增益和编码增益，现有的研究表明，空时编码能够获得远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个新的解决方案。
空时编码利用多天线阵提供的信道并行发送信息，从而提高系统传输速率，它要解决的关键问题一方面是确定适合于多天线阵信道的发送码矩阵应该具有的特性；另一方面是如何完成信息序列到发送码矩阵的映射。
按照空时编码适用信道环境的不同，可以将已有的空时编码方案分为两大类：一类是要求接收端能够准确地估计信道特性，包括分层空时码、空时格形码和空时分