空时码的设计准则及其在OFDM系统中的应用.ppt

空时码的设计准则及其在OFDM系统中的应用,张琦 0408110161,宽带无线通信报告,内容提要,绪论 空时码的设计准则 空时码在OFDM系统中的应用 总结,绪 论,1996年，Bell实验室提出了空时编码技术的概念，为数据的高速传输提供了一个新的选择。空时编码技术利用多发射和多接收天线，将发射分集技术和接收分集技术相结合，在各阵元的发射信号之间引入时域和空域的相关，并且将信号处理技术与编码技术有机的结合在了一起，因而具有非常优异的性能：有效的补偿了信道的衰减、增加了系统的容量、抑制了噪声和干扰，并获得了很高的分集增益和编码增益，因此有着广阔的应用前景。,空时编码技术分为三类： 分层空时编码（LSTC）技术 网格空时编码（STTC）技术 分组空时编码（STBC）技术,主要内容,讨论了空时编码的基本思想和原理，给出其设计准则 空时编码技术在正交频分复用（OFDM）系统中的应用,空时码的设计准则,设： 第i副发射天线在时隙t发射的信号 第j副接收天线在时隙t接收到的信号 则 接收端利用最大似然译码算法寻找使 最小的码字 作为正确码字来完成译码。,（2）,（1）,(a) 空时信道模型,Rayleigh衰落信道下,该空时编码系统的错误概率为： 其中,r为矩阵 的秩, (i=1,2,r) 为矩阵A的特征值，差矩阵 衡量空时码的性能的参数有两个：一个是采用多发射天线和多接收天线所获得的分集增益，它决定误码率曲线随信噪比增加的下降速度；另一个是编码所获得的编码增益，它在分集增益确定的情况下，决定误码率曲线的平移。,（3）,（4）,平坦准静态Rayleigh衰落信道下空时码的设计准则： 秩准则（Rank Criterion）：为获得最大分集增益mn，要求任何两码字c和e所构成的差矩阵B(c,e)必须是满秩。如对所有不同的码字对c和e，差矩阵B(c,e)的最小秩为r，则所获得的分集增益为mr； 行列式准则（Determinant Criterion）：如分集增益以mr为目标，则编码增益可由矩阵 的所有rXr阶主余子式的行列式的和来衡量，使其最小值最大，就可获得最大的编码增益。其中 要求能够覆盖编码码组中的所有码字。特别的，当分集增益以mn为目标时，为获得最大编码增益，所有不同码字对c和e所构成的矩阵 的行列式的最小值必须最大化。,空时码在OFDM系统中的应用,OFDM的基本原理 空时码在OFDM系统中的应用,OFDM的基本原理,正交频分复用是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信流变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加即得发射信号。 多载波调制复数信号形式 : (10) 为第n个载波频率，dn(t) 为第n个载波上的复数信号,采样频率为1/T,一个符号周期Ts内有N个采样值，即Ts=NT,则有: (11) 将其与IDFT形式 (12)比较, (12),当式 成立时，(11)与(12)式等价。由此可知，若选择载波频率间隔为1/Ts，则OFDM信号不但保持了正交性，而且可以用IDFT来定义。接收端只要用DFT就可恢复原始信号d(n)。 可见，OFDM实际上是一种特殊的多载波传输方式，它将一个高速单数据流通过多个低速子载波同时并行地传送，也就是把总的信号带宽划分成N个子信道来传送N个子数据流。只要子信道带宽f 足够小，以致各子信道内频率响应近似为常数，则各子信道可近似为平坦衰落信道。可见OFDM技术可以把一频率选择性衰落信道变为多个并行平坦衰落信道，这样就可以将前面介绍的适用于平坦衰落信道的空时码应用于频率选择性衰落信道。,空时码在OFDM系统中的应用,STC-OFDM系统框图,设系统总带宽被划分为K个相互重叠的子信道。每个空时码字包含有NK个码符号，在一个OFDM码字持续时间内同时发送，每个码符号用某一发射天线在某一OFDM的子载波上发送。 如图所示，在每一时刻t，空时编码器对输入的信息比特序列进行编码输出码字 其中 为在时刻t，在第i副发射天线的第k个子载波上传输的数据，是调制星座中的星座点信号。然后分别对信号点序列 进行OFDM调制，并映射到第i副发射天线上，最后将这些调制信号由N副发射天线在时刻t同时发射出去。,接收天线 j 上的接收信号经符号速率采样、去循环前缀及FFT解调后为 假设接收端已知信道状态信息，则收端译码器运用最大似然检测算法，寻找使度量值 最小的码字 作为译码器的输出。,(13),(14),经分析，在频率选择性衰落信道下空时编码正交频分复用STC-OFDM系统的错误概率为 可以看出，空时编码正交频分复用STC-OFDM系统所能获得的最大的分集增益为NML，也就是发射天线数、接收天线数以及信道的频率选择分集阶数的乘积。,(15),（a）不同多径数,（b）不同时延,（c）不同多普勒频移,上图给出了在频率选择性衰落信道下，采用4-PSK调制的8状态网格空时码的STC-OFDM系统的性能曲线。由图(a)可以看出，随着多径数目的增加STC-OFDM系统的性能变好，这是因为多径数越多，空时码所获得的分集增益越大。由图(b)可以看出，随着两条径之间时延的增加STC-OFDM系统的性能变好，这是因为时延越大，相关带宽越小，信道衰落的独立性越强，从而性能越好。由图(c)可以看出，随着多普勒频移的增加STC-OFDM系统的性能变差，这是显然的。,空时编码技术同OFDM技术相结合后，在频率选择性衰落信道下具有很好的性能，可以获得所有可能的分集增益，不仅包括空时码一般所能获得的发射天线的分集增益和接收天线的分集增益，而且还包括信道的频率选择性所带来的分集增益。,结论,本文主要讨论空时码的设计准则及其与OFDM技术的结合。把空时编码技术同OFDM技术结合起来，可以在实际的频率选择性衰落信道下获得很好的性能。由分析和仿真可知，空时码与OFDM技术相结合后，可以获得所有可