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摘要 空时编码技术将信道编码技术与天线分集技术结合为无线传输提供了编码增益和分集 增益，能提供远高于传统单天线系统的频带利用率，大幅度增加了无线通信系统容量，为高 速无线通信下行传输问题提供了一条新的途径。 正交频分复用( o f d m ) 以频谱利用率高、抗窄带干扰和多径衰落能力强成为f 一代移动 通信系统的关键技术。其基本原理是把高速数据流经串并变换，分配到传输速率相对低的若 干个止交子信道中传输，使并行子载波上的符号周期变故。通过把信道分为窄带平坦衰落子 信道，比单载波系统更能抗频率选择性衰落。 传统空时编码与o f d m 结合的系统，接收端要作信道估计。 本文基于新型差分空时分组编码( d s t b c ) 与o f d m 结合，设计了一种新型o f d m 系统， 无需信道估计，得到编码增益。并且彻底解决了常见的星座图扩张问题。 仿真分析表明：平坦衰落信道或频率选择性衰落信道，新型d s t b c - o f d m 系统较传统 d s t b c o f d m 系统，误帧率都有l d b 左右的改善：使用两副天线接收，相比y - 一副天线， 两种d s t b c o f d m 系统的性能都有2 4 d b 的改善，新型d s t b c - o f d m 系统较传统 d s t b c o f d m 系统还是有1 1 5 d b 的提商。 本文首先介绍o f d m 和空时编码技术，然后着重阐述新犁o f d m 系统，最后进行仿真、 分析给山仿真结果和研究结论。 关键词：差分空时分组编码，o f d m ，频率选择性衰落，平坦衰落 中国科学技术大学碗士毕业论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fs p a c e - t i m ec o d i n gc o m b i n e st h et e c h n o l o g yo fa n t e n n a sd i v e r s i t yw i t h c h a n n e lc o d i n g , e n h a n c e st h ec a p a b i l i t yo fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma n dp r o v i d e sd i v e r s i t y g a i na n dc o d i n gg a i n f u r t h e r m o r ei tp r o v i d e st h eh i g h e re f f i c i e n c yo ff r e q u e n c yu s i n gt h a n t r a d i t i o n a ls i n g l ea n t e n n as y s t e m ，a n do f f e r san e ww a yt or e s o l v et h ep r o b l e mo fb a n d w i d t hi n w i r e l e s sc h a n n e l o f d mh a sb e t aak e y t e c h n o l o g yo f n e x tg e n e r a t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mw i t h t h eh i g he f f i c i e n c yo ff r e q u e n c yu s i n ga n ds t r o n gr e s i s t i n gt o i n t e r f e r i n go fn a r r o w b a n da n d m u l t i p a t hf a d i n g t h eb a s i cp r i n c i p l eo f o f d m i st op a r a l l e ls e r i a lh i g hr a t ed a t at os e v e r a ll o n g e r s y m b o ld u r a t i o nd a t a , w h i c ha r et r a n s m i u e ds i m u l t a n e o u s l yo v e ro r t h o g n n a ls u b c a r r i e r s i th a s b e t t e rr e s i s t i n gt of r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n gt h a ns i n g l ec a r r i e rs y s t e m sb yc h a n g i n gc h a n n e lt o n a l t o wf l a tf a d i n gs u b c h a n n e l s i nt h et r a d i t i o n a ls y s t e mu s i n gs p a c e - t i m ec o d i n ga n do f d mt h ec h a n n e le s t i m a t i o nm u s tb e m a d ea tr e c e i v e r b a s e do nn e wd i f f e r e n t i a ls p a c e - t i m eb l o c kc o d i n g ( d s t b c ) a n do f d man e wo f d m c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d b yu s i n gf l e wd s t b c c o d i n gg a i n i sg o t t e n ，c o n s t e l l a t i o n e x p a n s i o np r o b l e mc a r lb ec o m p l e t e l yr e s o l v e d ，a n dw i t h o u tc h a n n e le s t i m a t i o n t h es i m u l a t i o ni n d i c a t e st h a tf r a m ee r r o rr a t e ( f e r li s i m p r o v e db ya r o u n dl d bc o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a ld s t b co f d mc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nf r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n gc h a n n e l sa n d f i a tf a d i n gc h a n n e t s ，w h e nt w or e c e i v ea n t e n n a si sc o n s i d e r e dt w od s t b co f d m s y s t e mc a n b o t hi m p r o v e df r o m2 d bt o4 d ba n da tt h i st i m en e wd s t b co f d m s y s t e m i sb e t t e rt h a n t r a d i t i o n a ld s t b co f d m s y s t e mb yl d b t h ed i s s e r t a t i o n f i r s t l ye x p l a i n s t h ec h a r a c t e ro fo f d ma n d s p a c e t i m ec o d i n g ，t h e n i n t r o d u c e st h en e wo f d ms y s t e ma n dd o e ss o m em a t e r i a ls i m u l a t i o n i nt h ee n do ft h e d i s s e r t a t i o nc o n c l u s i o n sc a nb ef o u n d ， k e y w o r d s ：d i f f e r e n t i a ls p a c e - t i m eb l o c k c o d i n g ，o f d m ，f r e q u e n c ys e l e c t i v ef a d i n g ，f l a tf a d i n g 中国科学技术大学预士毕业论文 2 第一章绪论 第一章绪论 为满足多媒体业务需求，无线通信系统必须能提供宽带高速数据传输。典型的无线信道， 发送信号的多次反射导致了多径传播。不同的传播路径具有不同的延迟特性。由此引发符号 间干扰( i s i ) 。随着通信距离的增加和数据速率的提高，i s i 变得越来越严重。采用怎样的处 理方法取决于数据速率。如果数据速率较低、符号持续时间较信道是犬延迟时间长，就有可 能无需任何均衡技术处理i s i 。 o f d m 以其频谱利用率高、抗窄带干扰和多径衰落能力强成为f 一代移动通信系统的关 键技术”“”。1 9 6 6 年r w c h a n g e r 对散射衰落信道提山了o f d m 模式“，其基本原理 是把高速数据流通过串并变换，分配到传输速率相对低的若干个上e 交于信道中传输，使并行 于载波上的符号周期变长，从而多径时延扩展相对变小，减少了i s i 。1 9 7 1 年w e i n s t e i n 等提 山用d f t 取代正弦波发生器和解调器”“，明显减少了o f d m 调制解调器的复杂性。由丁f f t ( 快速傅立叶变换) 和i f f t ( 快速傅立叶反变换) 易用d s p ( 数字信号处理) 技术实现，使 o f d m 技术走向实用化。1 9 8 0 年p e l e d 等引入循环前缀( c p ) 的概念”。解决了止交性问题。 f o s c h i n i 等在对多输入天线、多输出天线信道( m i m o ) 容量研究的基础上，提出了分 层空时编码( l a y e r e ds p a c e - t i m ec o d i n g ) l j “将信源数据分为若干子数据流，独立编码、调 制。要求接收天线数不少于发射天线数，不太适用于室外移动环境。a l a m o u t i 提出了一种发 射分集实现方案：发送信号经过简单编码、映射，通过n 副天线同时发送：接收端在准确知 道信道传输特性的情况下采用简单的信号处理技术即可获得与n a 1 天线接收分集相同的效 果。t a r o k h 等将发射分集技术与格状编码调制( t c m ) 结合，提出空时格状编码( s p a c e - t i m e t r e l l i sc o d i n g ) ”：又将发射分集技术与正交编码结合，提山空时分组编码( s p a c e t i m eb l o c k c o d i n g ) 2 1 ，统称为空时编码。空时编码利用发射分集，接收端设计大大简化。空时分组编 码采用最大似然( m l ) 译码算法，简单有效地克服了空时格状编码译码过丁复杂的缺点。接 收端采用差分技术的著分空时分组编码( d s t b c ) “”“，无需信道估计，通过著分检测完 成解码。 传统的空时编码与o f d m 结合的系统”“”“ ，接收端需作信道估计“”“i 。每次 需要估计的信道数是子载波数、发射天线数和接收天线数三者的乘积。尽管研究者”j 已提出 了许多信道估计的算法以降低接收机复杂度，信道估计在接收机端还是占相当人比重。 基于传统d s t b c 与o f d m 结合的系统通过接收端采用差分检测方程，应用最大似然估 计、反映射获得发送信息，避免了信道估计，但不能提供编码增益，而且存在星座图扩张问 题7 。 本文基于新型d s t b c 与o f d m 结台，设计了一种新型o f d m 系统，无需信道估计，得到 编码增益，并且彻底解决常见的罩庠图扩张问题，使系统误帧率较传统d s t b c 与o f d m 结 合的系统改善l d b 左右。 中国科学技术大学硕士毕业论文3 第二章o f d m 技术 第二章o f d m 技术 2 1 o f d m 信号的基本模型” o f d m 符号是多个经过调制的并行正交子载波的合成信号。子载波可用不同的调制方 式，常用p s k 或幽。 若设r 为o f d m 符号周期，n 表示子载波的个数，c ( f = q l ；一1 1 表示第i 个子载波的 调制数据，是第o 个子载波的频率，则起始时间为t ，的一个o f d m 符号可表示为 ) = 笔d , r e c t ( ，告 唧( m 卜。 ，+ r s ( f ) = 0， t 、+ t 21 式中。 矩形函数删( ，) = l i , i - 吖t 2 2 j = ：七i | t 图2 1 给出t o f d m 系统的基本模型图。 圈2 1o f d m 模犁幽 每个子载波在个o f d m 符号周期内都包含整数倍个周期，而且相邻子载波之间相著 个周期。这样子载波间就是正交的，即对角频率为国。和国。的两个子载波，满足 f j ( ，。，) 吣一( ，) 一，= j： 2 _ 2 在各个子载波正交的条件下，接收端就可解调出子载波上的数据。对第j 个子载波， 于，= f _ x ， 叫zr f l ”) r ( m 争( f _ 卜 = 篓：1 r7 ( m 早( ，) ) a ， = d 2 3 中国科学技术大学磺士毕业论文4 第二章o f d m 技术 2 2 基于d f t ( 或f f t ) 的o f d m 系统 对于子载波数n 较大的o f d m 系统，o f d m 调制需要大量的l e 弦波发生器、滤波器、调 制器和相干解调器，但若利用d f t 及其反变换实现o f d m 系统的解调和调制，易用d s p 实现， 从而简化和节约大量的复杂设备。并且还可以利用f f t 和i f f t 进一步简化运算，提高运算效 塞。 在符号周期t 内以t n 为采样间隔进行采样，设l ，= 0 ，：= 0 ，忽略矩形函数， 得到的第k 个采样值为 驴心r n ) = 篓一州胁矽i k = n r | 7 ：d f t d , ( 0 _ k - n - i ) 2 一 可以看出s 实际上就是对d 进行l d f t 变换。 同样可以得出在接收端解调d ，过释实际上就是对s k 进行d f t 变换，即 z = 荟n - i x 阶胁尹i k = d f t ( 0 _ i n - 1 ) 2 5 根据上述分析可以看到o f d m 系统的调制和解调可以分别由【d f t 和d f t 米代替。通过 n 点i d f t 运算，把频域数据符号d ，变换为时域数据符号s k 经过射频调制，发送到无线 信道中。其中每一个i d f t 输出的数据符号& 都是由所有子载波信号经过叠加而生成的，即 对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到。 2 3 循环前缀的应用 一般o f d m 符号周期远大丁信道时延扩展，时延扩展造成的1 s i 相对较小。但由于o f d m 多个止交子载波符号并行传输，还会带来载波间干扰( 1 c i ) ，即子载波之间的正交性遭到破 坏，不同的子载波之间产生干扰。为消除i s i ，一种基本的方法是前插长于信道时延扩展的空 符号传输，这样前一个o f d m 符号的能簧不会扩展到当前o f d m 符号时间内，因而没有i s i 。 但空符号传输不能保证正交子载波符号经多径信道后的正交性。当第1 个子载波的第2 径分量 延迟丁| 第k 个子载波的第l 径分量会造成对第k 个子载波的i c i 。使用循环前缀是o f d m 系统消 除i s i 同时避免i c i 的一种有效方法。所谓循环前缀，就是将o f d m 符号内的后一段长r 信道 时延扩展的波形拷贝到o f d m 符号的前面，经多径信道传输，接收端经过同步后去掉循环前 缀内的数据，只对有用符号时间内的o f d m 符号进行采样并用d f t 变换回频域。这样循环前 缀可以完成对前一个o f d m 符号的隔离作用，同时又保持o f d m 符号内各子载波之间的正交 性，消除i c i 。 信号sl t ) 通过一个冲击响应为h i t 的信道。若不考患噪声影响，接收信号为 r ( f ) = 矗( r ) + s ( r ) 2 6 若设数字离散信道为 ，i = o ，1 ，l ，其中l 为信道的时延值扩展，2 9 式为 中国科学技术大学硕士毕业论文 第= 章o f d m 技术 对于一般串行系统，通常可以在发射端每 系统，为了消除i c i ，可以使用循环前缀替代。 一数据帧之间插入个零值，但对t o f d m 这样带有循环扩展的一帧数据为 s + c 七，= 5 二。：k 。= - l ：i - 1 ze 其中 m ) = 酗n - ie x 吣2 厅尹i k ( 0 _ k n - 1 ) 2 9 则在接收端接收帧为 s ”( j ) = s + ( k f ) 办， 21 0 对接收到的数据帧进行d f t 解调j ，可得到 町= 专篆s ”( 七) e x p ( 一，2 厅万i k ) = d 2 h ，f = o ，l 一一l z ，t 其中，h ，= 芝h ；e x p ( 一j 2 石等) 为第f 个子载波上的信道频率响应阏子。 可以看到，通过使用循环前缀，多径信道的线性卷积作用变为循环卷积。 图2 2 给出了基于o f d m 的多载波系统等效频域实现，图中n 。代表第玎个子信道的高 斯白曝声 图2 2 基于o f d m 的多载波系统等效频域实现 图2 3 给出了o f d m 的系统框图。 中国科学技术大学硕士毕业论文6 72 一m s口向 。 = m r 第二章o f d m 技术 2 4 小结 图2 3o f d m 的系统框图 本章介绍了o f d m 技术的基本原理。o f d m 的核心思想是将高速数据串变成多路低速并 行码流，利用多个正交子载波同时独立传送，用1 f f t 和f 兀完成基带调制和解调。可以通过 加保护间隔，消除i s i 。也可以不加保护闻隔，加循环前缀( c p ) 消除i s i ，同时保持时问弥散 信道上o f d m 符号内各子载波间的正交性，消除i c i 。 中冒科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 第三章新型o f d m 系统的研究设计 3 1 差分编码的向量空间 爿= 髻睁叫， ，2 6 1 ，= 二t 3 1 取其旱座图上任两个符号x i 和x 2 ，我们发现复向量( x x ：) 和( 一x2 x l + ) 是相互止 交的单位向量。任何一个二维向量z = ( x ，z 。) 都可片j 这两个复向量构成的正交基唯一表 示。即存在一个唯一的复向量只= ( a z b ，) ，其中的a 。和b 。满足如下向嫱方程： ( x ，x 。) = 爿。( x 、x ：) + b ：( 一x ：x ? ) 3 2 则a f=工3x i + x 4z ； 3 3 占z = 一工3 工2 + 工4 工l 34 我们定义集合矿，由所有的向量p ，组成( z a a ) ，选择一种一一映射mt 使含 2 b 比特信息的数据块与集合v 一一对应。在所有可能的映射中，我们选择如f 映射；给定 个禽2 b 比特的数据块卢，前b 比特信息用格雷映射至星座点吗，届b 比特信息片j 格雷映射 至星座点吼。 设口。= 口：= 1 i ，肼( 声) = ( ( 卢) 日( 芦) ) ，则 a ( ) = a 3 日卜a 4 n ： 35 曰( ) = 一a 3 a 2 + a 4 a l 3 6 显然，映射m 将任何2 b 个信息比特一映射到集合矿。 反之，若给定向量( 彳( ) b ( 户) ) ，则( 口，口。) 可以由f 式恢复： = 匕剃矧 3 , 7 数据块可由码和口4 的反格雷映射得到。 3 2 基于传统差分空时分组编码的o f d m 系统 中国科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 3 2 1 传统差分空时分组编码o f d m 系统的模型 3 2 2 传统差分空时分组编码算法 对o f d m 系统中的每个子载波独立进行差分空时分组编码。时刻1 犬线1 和2 同时分别发 送信号s l 、s 2 ：时刻2 天线l 和2 同时分别发送信号一s 2 、s l 。这些信号对接收机都是 未知的，且不传送有用信息。然后，发射机对接着的有用信号迭代地进行编码，即当前时刻 的发送信号与前一时刻的发送信号有芙。 假设在时刻2 n 一1 ，信号s ( 2 n 1 ) 和5 ( 2 n ) 分别从发送大线l 和2 同时发出在时刻2 n ， 信号一s + ( 2 i ) 和，( 锄一1 ) 分别从发送天线1 和2 同时发出。在时刻2 n + l ，空时编码器收到2 b 个比特的数据块( 2 月+ 1 ) 。用映射肘计算出它在集台v 中的对应元素： m ( f l ( 2 + 1 ) ) = ( 彳( ( 2 ”+ 1 ) ) 丑( ( 2 胛+ 1 ) ) ) 3 8 输出的信号s ( 2 一+ 1 ) 和s ( 2 一+ 2 ) 为 妥耋_ ：豸 = r ( 。2 ( n 刎- 1 。- s ( 抽 ( 2 一n 1 ) ) j l l a b ( ( f l 卢( ( 抽2 n + + 1 ) 1 ) ) ) l 。 l s ( 抽+ 2 ) j ls ( 刎s ( 抽一1 ) j lb ( 卢( 抽+ 1 ) ) l 。 时刻2 n + 1 分别在天线l 和2 发送信号j ( 2 n + 1 ) 和s ( 知+ 2 ) ，时刻2 n + 2 分别在天线l 和2 发送信号，( 扫+ 2 ) 和s ( 2 n + 1 ) 。这个过程一直循环进行到发送完所有数据。 f 面举例说明传统著分空时分组编码的编码过程。 假设系统用b p s k 调制，星座图上的信号点是1 i 和一矿压，首先用格雷映射将比特 i = 0 ，l 映射到( 一1 ) 。互。我们选定q = 呜= 1 互，然后用映射m 将两比特信息映射到集 合v 中： a ( a ) = q d ：+ 口。d ；= 吩1 压+ 吼l 压 3 1 0 b ( ) = 一吗吒+ a 4 a 。= 一q 1 互+ q l j 3 1 1 中圉科掌技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 若两比特为0 0 ，则经格雷映射，a 3 = a 4 = l 三。利用上式可求得 a ( 0 0 ) = i ，曰( o o ) = o ，即m ( o o ) = ( 1o ) 3 1 2 若两比特为1 0 ，则经格雷映射，a ，= 一l 手，a 4 = 互。利用上式可求得 a ( 1 0 ) = 0 ，b ( 10 ) = 1 ，即m ( 10 ) = ( 0 1 ) 同理可求得： m ( 0 1 ) = ( 0 1 ) m ( 1 1 ) = ( 一l0 ) 则此处集合 矿= ( 1 0 ) ，( 0 1 ) ，( 一1 0 ) ，( o - o 3 1 3 3 1 4 3 1 5 31 6 假设在时刻2 h 一1 ，天线l 和2 分别发送s ( 2 一1 ) = 1 j 和s ( 2 力= 一j ，则在时刻2 n ， 天线1 和2 分别发送( 2 砷= 芝和，( 力卜1 ) = 芝。假设在时刻2 聍+ l ，差分时空编码器 的输入是数据块1 0 。因为m ( t o ) = ( 们) ，即月( 1 0 ) = 0 t 口( 1 0 ) = l 。这样，对应于2 n + l 时刻 输入的数据块l o ，输出的信号j ( 锄+ 日和s ( 抽+ 2 ) 为 瞄s ( 2 n + + 荆箍忡。a v j l 咄, 淘 317 l2 ) jl l 压 j 1 1 压j 蝴1 2 n + l ，天线1 和2 分别发送j ( 2 n + 1 ) = j 和s ( 知+ 2 ) = 至，在时刻2 + 2 ， 天线l 和2 分别发送- - s * ( 2 ”+ 2 ) = 一l j 和s ( 2 玎+ 1 ) = 1 互。 我们计算了对应于该倒中时刻2 n + l 和时刻2 n + 2 输入比特为0 0 ，l o ，叭和1 1 天线l 和 2 的发送信号的情况，示于表3 1 表3 2 。这里我们选定q = 岛= 1 - f 2 ，映射m 为 m ( 0 0 ) = ( 1 0 ) ，m o o ) = ( 0 1 ) ，m ( 0 1 ) = ( o - 0 ，m ( 1 1 ) = ( 一l o ) 3 1 8 2 n + l 时刻天线天线 输入的比特 1 0 0 、| 压一1 压 l o 、| 矗、| 厄 0 1 _ 、| 压_ 、| 托 1 1 1 v f 2 1 矗 表3 1 发射端在时刻2 n + 1 发送的信号 中国科学技术大学硕士毕业论文 o 第三章新型o f d m 系统的研究设计 2 n + 2 时刻天线天线 输入的比特 l2 0 0 、| 妊、| 压 1 0 o | 压、| 压 o l l 三一1 压 1 l - 、| 矗o f n 表3 2 发射端在时刻2 ”+ 2 发送的信号 同理：当我肿】选定q = q = 一1 j ，映射肘为 m ( o o ) = ( - l o ) ，m o o ) = ( o 一1 ) ，m ( 0 1 ) = ( 0 1 ) ，m ( 1 1 ) = ( 1 0 ) 3 1 9 在以上条件下发射天线l 和2 在时刻2 n + 1 和时刻2 n + 2 发送的信号分别为 2 n + l 时刻天线天线 输入的比特 12 0 0 o f 矗、| 冱 1 0 一、| 托一t 7 压 0 1 、| 压、| 厄 1 1 、| 压 一l x 2 表3 3 发射端在时刻2 n + 1 发送的信号 2 n + 2 时刻天线犬线 输入的比特 12 0 0 o 妊- 、| 厄 1 0 、f 矗o | 矗 0 l l x 2 、f 托 1 1 、| 厄、f 压 表3 4 发射端在时刻2 n + 2 发送的信号 同理：当我们选定a ；l i ，a ：= 一l i ，映射时为 喇卿= ( 0 1 ) ，删l o ) = ( - 1 0 ) ，川0 1 ) = ( 1 0 ) ，川1 1 ) = ( o 一1 ) 3 2 0 中国科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 在以上条什卜发射端天线l 和2 在时刻2 n + 1 和时刻2 n 十2 发送的信号分别为 2 n - i - 1 时刻天线天线 输入的比特 l2 0 0 、? 五 1 x 2 1 0 o 冱、| 矗 0 1 l 压o | 压 1 l l 压一1 压 表3 5 发射端在时刻2 n + 1 发送的信号 2 n + 2 时刻天线天线 输入的比特 12 0 0 o | 冠l l a 1 0 1 压o | 厄 0 1 、| 厄、 娩 1 1 、| 厄o 矗 表3 6 发射端在时刻2 n + 2 发送的信号 同理：当我们选定口。= 一1 i ，n ：= 1 i ，映射m 为 m ( o o ) = ( o 一1 ) ，u o o ) = o o ) ，m ( o t ) = ( 一l o ) ，u ( 1 1 ) = ( 0 1 ) 3 2 1 在以上条件下发射端天线l 和2 在时刻2 n + l 和时刻2 w + 2 发送的信号分别为 2 n + 1 时刻天线天线 输入的比特 12 0 0 一l x 2一l q 互- 1 0 、| 压 1 x 2 0 1 一t f 冱、 也 1 1 、 矗、| 托 表3 7 发射端在时刻2 n + 1 发送的信号 中国科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 2 n + 2 时刻天线天线 输入的比特 12 0 0 一、| 厄 1 x 2 1 0 、| 矗、 厄 0 l 一、| 厄o f 冱 l l 、f 厄o f 五 表3 8 发射端在时刻2 n + 2 发送的信号 以上我们选择正交基，不是根据上一状态发送的数据确定，只是选一个列定正交基。分 析四种不同正交基情况，虽然当系统采用占p k 调制时，时刻2 n + 1 和2 n + 2 天线1 、2 发 送的数据仍在星座图上，不存在星座图扩张问题。但当系统采用q p s k 调制时则不完全在 q p s k 星座图上，扩展到9 一d m 。对犟座图扩张问题，f 面我们提出的新型差分空时 分组编码算法能很好的解决。 3 3 基于新型差分空时分组编码的o f d m 系统 3 3 1 新型差分空时分组编码o f d m 的系统模型及分析 图3 2 基丁新型差分空时分组编码的o f d m 系统模型 图3 2 给出了基于新型差分空时分组编码的o f d m 系统模型。 对具有k 个子载波的o f d m 通信系统作如r 假设：( 1 ) 各发射天线到接收天线2 间的 无线信道相互独立并具有相同的统计特性，且没有共同的信道零点。( 2 ) 系统具有庭好的同 步。( 3 ) 信道是慢变的，在两个相邻的空时编码数据块中保持不变。 设输入信息一抑曲为k 行2 列矩阵形式，对应k 个子载波。它的第k 行 ( x t , ( 2 n + 1 ) 气( 勘+ 2 ) ) ，在星座图上的格雷映射为h ( 扫+ 1 ) 矗( 扫+ 2 ) ) 。根据上一时刻发送的数 据b ( 2 n - 1 ) ，乩( 2 n ) ) 选择两个不同的映射集合中的一个进行映射，设其对应的映射为 ( ，b 。) ，则该时刻所发送的数据可由卜- 式求出 中国科学技术大学硕士毕业论文 h ( 2 n 1 ) i 以( 2 n ) 3 2 2 1 3 1illj 爿口 ，l 1j ，n：、 m 2 s ，l 一。 门列 l 2 + 加抽 t，l 吼以 。l 一三兰，堑型殳! 里坚墨茎竺堡墨墼 经差分空时编码，在2 n + l 时刻和2 n + 2 时刻第k 个子载波上传送的信号为 雠s ；( 2 n + 1 + 2 ，端2 n + 刳l 驰。 l 一) () i “ 每个行向量的两个分量分别用天线1 和2 同时传送，每个列向量用同一天线传送。接i f 5 ( 信号经过f f t 解调，在2 n 一1 时刻和2 ”时刻第k 个子载波上的接收信号分别为( 力卜d 和 ( 柳在2 n + l 时刻和2 n + 2 时刻第k 个子载波上的接收信号分别为噍( 2 h + 】) 和 气( 知+ 2 ) 。 r - = 咋鼢+ 】) ( 2 n 一】) + + ( 2 h + 2 ) ( 2 一) 3 “ r z = ( 2 聆+ 1 ) 咯( 2 ，d 一唯( 2 n + 2 ) r 。( 2 n 一1 ) 32 5 其中 噍( 纠) ( 舡q 蝇+ ( 刎蝇叫( 刎 32 6 ( 刎= ( 2 砷皿+ & ( 抽一1 ) 耳：+ m ( 2 砷 32 7 咯 锄+ 1 ) = 鼍( 锄+ 1 ) 皿l + 最( 锄+ 2 ) + m ( 知+ 1 ) ( 旃萄= ( 勘+ 2 ) x 耳，驰9 蝇叫( 刎 机( 2 n 一1 ) ，m ( 2 一) ， 0 ( 2 n + 1 ) ， ( 2 月+ 2 ) 是均值为零、方差为l 的复高斯白噪声。 由3 2 2 式至3 2 9 式，得 32 8 3 2 9 r ：) = ( i 峨，1 2 + l 吼：1 2 ) ( q 吼：) + ( m 。m ：) 3 3 0 再通过维特比译码、反映射、并串转换，完成数据输出。 3 3 2 新型差分空时分组编码算法 新型著分空时分组编码根据不同( ( 2 n - 1 ) ，( 2 h ) ) ，选择差分系数集，使下一状态满 足( & ( 孙+ q ，墨( 抽+ 2 ) ) e 湫a 。 举例：对q p 饼调制，彳a ，有1 6 个信号向量。对丁i 】6 个不同的( 2 一一1 ) ，最( 2 ”) ) 有1 6 个不同的集合矿。 根据 可得 中国科学技术大学硕士毕业论文 3 3 1 4 _f_l 女 t 爿口 。l 1j ) d r 一 0 + i 2 s ( 一， 、j 曲抽0 “ 一 一 j i 1，j d ” 十 ” 玎 0 0 如 l 蔓三兰堑型旦! 旦坚墨墼塑竺塞堡生 4 = 颤( 2 n + 1 ) s k ( 2 n j ) + ( 2 胛+ 2 ) 0 ( 2 n ) 3 3 2 岛。& ( 2 n + 1 ) s ( 2 ”) + ( 2 n + 2 ) s 。( 2 n - i ) 3 3 3 当取h ( 孙一1 ) ，( 刎) 2 击( l 9 对应1 6 个不同的( ( 抽+ 1 ) 个分量。 肖( ( 2 + 1 ) ，s , ( 2 n + 2 ) ) = ( 1 ，1 ) ，利用上式可求出 v z a 万l “- ) ) = l - b 。f 万i ( 1 ) - 0 同理可求出 4 睦( 1 ，_ 1 ) 卜最( 扣- 1 ) 叫 4 恃( _ l ，) ) 砘b 。( i 一，) ) _ i 4 击( 吐- 1 ) 一鸲b ( 万1 ( “叫 = 。 4 ( 击叫屯仇( 击，) = 0 a 。( 万i ( 卜，) ) = o ，b 。陆i ( 小，) ) = 一- 4 ( 击( 吐，) ) 一o ，b 。( 万1 ( “，) ) = ， 4 击( 吐叫) = 。，辟( 击( 吐切) = 。 4 ( 击) ) = j 1 ( h 力且( 击( 。力= i f - 】枷 4 睦( 切 之( 卅，尽睦( l 切) 之( _ 卅 4 睦( _ l 川= 扣儿恳陆，) 挎卅 4 ( 击( _ l - ，) 一小，) 1 尽( 击( - l 1 滑h ) a 。协1 川) ) = 如n 鼠( 去u t ) ) = 扣，) 4 咖，_ 1 ) ) = 扣n 辟滢叫= 扣力 4 ( 击) = 知) 县( 击) = 知， 4 睦 训一卜们睦( 刊挎t + j ) 即对应33 5 式，1 6 个不同的b ( 扫+ 1 ) ，& ( 劾+ 2 ) ) 审同科学特来士堂商+ 丝“p 静寺 耳( 抽+ 2 ) ) ，该集台v 有1 6 3 3 4 第三章新型o f d m 系统的研究设计 _ 。：l _ 4 2 ( 1 ，1 ) ，( 1 ，一1 ) ( ，j ) ，( ，一) ( 1 ，) ，( 1 ，一j ) ， ( ，1 ) ，( ，一1 ) ， ( 一1 ，1 ) ，( 一i ，一1 ) ( 一j ，) ，( 一j ，一) ( 一1 ，) ，( 一l ，一j ) ( 一，1 ) ，( 一，1 ) 当b ( 孙一1 ) ， ( 刎) = 忑1 ( l 1 ) 时所求出的集台r ( 妈( q - 1 )( 0 9( 一l q iu q( q 卅( 叫( 叶q ”：f 扣卅，( 一l 枷j 主( ( 1 叫) ，( 一l 叫) ) ；( ( _ 1 卅，( 1 卅) i ( ( q - j l ，( 1 训 i 扣枷，( - 卅) 扣一枷，( - 1 训( i 卅，- 枷) ( 。) ，( _ 卅) 3 3 5 3 3 6 同理当( & ( 刈冉( 刎) 毛( i 叫时，对应彳彳中1 6 个不同的b ( 抽+ 1 ) ，& ( 抽+ 2 ) ) ，所求 出的集合v f心q 均( q( q _ 1 ) l( 蚴( 川( j q( q 一) 叫自( 1 劫，( 1 删) 女( 1 删，( 1 棚) ；( 一卅，( - l 卅) 女( 一切- l 卅 8 ( ( - l 删1 卅) ( 1 卅_ 1 切) ：( ( d 卅1 嘲) 扣- j ) ，( _ 一卅) 33 7 当( 丑( 2 一一1 ) ，( 2 曲) = 西1 ( 一1 ，1 ) 时，对应一爿中1 6 个不同的b ( 勘+ 1 ) ，五( 2 h + 2 ) ) t 所求 山的集合y f ( q q ) ( 刈( 1 q( q 4 l ( 酬 蚴 吨( 一切一一) ) 象_ 一) “_ 圳粤蚓，一】) ( 1 切1 切) i 塾l 卅，( 一叫) ( 斗州蚓) 女f - 删，( 一删) ( 一卅，( - 训 33 8 当( & 2 n q ，唧( 刎= 诱1 ( 一q 时：啪d x d 中1 6 个不同的仅( 知+ 1 ) ，( 锄十2 ) ) ，所求出的 集合矿 ( 一螂心4( 0 , - i )( t o ) f( 工o )( q ，)( q _ ，)( o ) ”2 ：( ( 1 1 一力，( 1 ，) ) ；( ( _ l 切，( 1 + 瑚；( o - j ) ， 一1 嘲) 扣枷，( - l + 朋 酐，- ) ，h 肼扣州+ 力) 扣l + 肼训扣圳t 一力) 33 9 当( 耳( 锄一n ，耳( 刎) ：疆1 ( 枷时，对应爿4 中1 6 个不同的h ( 抽+ 1 ) ，s ( 2 n + 2 ) ) ，所求出的 集合矿 中国科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 3 4 0 当b ( 抽1 ) ，( 刎) = 击_ ，) 时 对应一一中1 6 个不同的( 唧( 2 + 1 ) ，乱( 2 n + 2 ) ) ，所 求出的集合y f( q 力 l( q 叫 it q ( _ l 砌卅 踟枷， _ l 卅 当( & ( 2 一一1 ) ，( 刎) = 去( o ，) 时， v z 求出的集合矿 ( 叶q( 砷 ( t o ) ( - t o ) 挈l - 1 ) ，( 1 + j ) ) ( _ l 卅，( _ 卅) 知_ j ) ，( _ l 训：( ( _ 卅，( t 卅) ( q 刊 ( q n ：( ( 1 卅，o - s ) ) j ( ( - l - s ) ，( 1 卅) 3 4 1 对应一爿中1 6 个不同的( & ( 2 以+ 1 ) ，s k ( 2 n + 2 ) ) ，所 f ( n j ( 脚0 ( q l ( q l j( - t o )( t o ) ( q _ 1 ) ”2 扣卅1 ( 1 吖) ) ；( ( 一l 卅( _ l 卅) ；( o - j ) ( 1 枷) ；( ( - l - j ) 卅 i ( ( _ l - s ) ，( i 埘) ；( ( 一l 枷，( 1 吖) ) 扣卅，( 一j - i ) ) ：( ( 1 卅，( - 1 卅) 3 4 2 当h ( 2 n - 1 ) ( 2 一) ) = 万1 ( 一工一j ) 时，x t 立a x a = p1 6 个不同的( & ( 知+ 1 ) ，& ( 知十2 ) ) ，所 求出的集合矿 f似q( 鲫( q 司( 吐q i( q( q q( q 日( 岣 q ( 蝴1 切) ( 蚓_ 卅) ( 一卅“- 瑚) ( 一曲，( _ 卜埘) 出( _ 1 删，( _ 卅) j - l 埘_ 蝴) ：( ( 1 删，( 叫) 女( 1 卅，( 1 卅) 3 4 3 当b ( 新一q ，最( 刎) 毒( l 力时，对应彳4 中t 6 个不同的b ( 2 n + 1 ) ，& ( 2 ”+ 2 ) ) ，所求 v z 出的集合矿 悖( 1 卅，( 1 训【，枷，( - i 叫) d ；( ( ，( 1 切) ( - i 卅，0 - i ) ) i( t o )( q 一) lf q 9“砷 ：( ( - l - j ) ( 1 枷) ；( ( _ l 枷，( _ l 卅) ( 1 卅_ l 卅) ( _ l 棚，( _ l 棚) 她i 吐! 吐qf q _ 】) 3 4 4 当( & ( h 1 ) ， ( 2 ”) ) = 击( 1 ，。) 时，对应爿爿中1 6 个不同的( & ( 锄+ 1 ) ，& ( 锄+ 2 ) ) ，所求 出的集合矿 中国科学技术大学硕士毕业论文 第三章新型o f d m 系统的研究设计 萤卅圳壹卅i 矧 壹卅删i ( 功h ) ) ( 刈( 蚓 ( q j( 剥 34 5 当“( 知一9 ，乓( 刎) ：名卜l 力时，对应爿一中1 6 个不同的( 品( 2 + 1 ) ，& ( 2 ”+ 2 ) ) ，所求出的 q 上 集合矿 凰叫叫) 妻卅吲) 复吲枷) 壹吲蝴) d 壹吲嘲) 复刮4 酬誊吲i 卅) 誊卅i 卅 | o 了)( 卅( 1 q( q