移动通信系统中空时网格码技术研究
【摘要】MIMO-OFDM系统中的空时编码技术将信道编码技术和天线分集技术结合，改善了分集增益和编码增益，有效地减弱了干扰和多径衰落，为解决无线通信中的带宽问题提供了一条新的解决途径。本文首先介绍了MIMO系统的特性。接着阐述了与MIMO技术紧密相关的空时编码分类，包括空时分组码、空时网格码、空时分层码。最后对空时网格码进行了性能仿真分析和展望。
【关键词】MIMO系统;空时编码;空时网格码
1.引言
移动通信系统的发展已经经历了三代，现在已经进入4G时代。为实现4G时代无线和移动通信系统的高速率和大容量传输，需要解决频率资源利用率和对抗宽带无线通信环境中存在的频率选择性衰落等问题。
正交多任务分频技术（OFDM）作为一种多载波调制技术，其将单一物理信道分割为若干个并行的正交子信道，减轻了由多径信道环境对系统造成的影响，可以有效地对抗频率选择性衰落。
MIMO通信系统在发射端与接收端均采用多根天线，充分利用了空间资源，在不增加系统带宽和天线总发射功率的情况下，能够有效对抗无线信道多径衰落的影响，大大提高了通信系统的频谱利用率和信道容量。
由于多输入多输出（MIMO）在提高系统容量和正交频分复用（OFDM）在对抗多径衰落方面的优势，将两者相结合的多输入多输出-正交频分复用（MIMO-OFDM）技术成为公认的第四代移动通信的核心技术。
2.空时编码分类
空时编码是一种把编码、调制和空间分集结合起来的新兴技术。典型的空时编码主要有空时分层码（LSTC）、空时网格码（STTC）、空时分组码（STBC）等三种。
2.1 空时分层码（LSTC）
Foschini提出了空时分层编码（LSTC）结构，以获得更大的MIMO信道容量。其基本思想是把高速数据业务分接为若干低速业务，通过普通的并行信道编码器编码后，对其进行分层的
空时编码，调制后用多个天线发送。在接收端，用多个天线分集接收，信道参数通过信道估计获得。首先有线性判决反馈均衡器实现分层的反馈干扰抵消，然后进行分层空时译码，单个信道译码器完成信道译码。
2.2 空时网格码（STTC）
空时网格码（STTC）是一种将差错控制编码、调制、发射和接收分集的联合设计的编码方案，它能够在平坦Rayleigh衰落信道中同时提供较大的编码增益、频谱利用率及分集增益。
2.3 空时分组码（STBC）
上个世纪八十年代末期Alamouti最早在其著作中就介绍了空时分组码的理论，不过该方案是采用了简单的两根天线发射分集编码的方式。这种STBC的最大优势在于采用简单的最大似然译码准则，因此可以获得最大传输速率以及最大的分集增益，是一种简单有效的空时编码方案。
3.空时网格码的性能仿真分析
3.1 空时网格码的编码
STTC编码结构的方法是使用网格图，采用星座映射方式，这种方式决定了信息位的个数。它的编译码过程是：通过星座图将信息位映射为符号，然后通过STTC编码器编码。编码器为每一个发射天线产生一个发送码元，通过无线信道，在接收端则由最大似然译码器（ML）译码，恢复出发送的信号，最后通过反映射机制将符号反映射为信息位，最终完成整个译码过程。
3.2 空时网格码的译码
由于空时网格码采用网格编码方法，因此在接收端可以采用Viterbi译码算法来进行译码。假设接收机有理想的信道状态信息H，接收机计算的判决式为：
该判决计算所有的码字，在t时刻第j个接收天线接收到的数据为，而编码器在该时刻所选择的支路标号为，如果要以最小概率准则恢复出编码数据，可采用最大似然方法得到该编码路径的度量：
3.3 空时网格码的性能仿真分析
假定发射端和接收端都置两根天线，采用空时网格编码且在瑞利信道下分别采用8状态的4P
SK调制方式和8PSK调制方式，系统的性能仿真图如图1所示。
图1 空时分格编码下系统的符号误码率、比特误码率的改善情况
由图1可知采用了空时分格编码，通信系统在同一状态下的符号误码率、比特误码率随着信噪比在0-10dB范围类的增加而呈逐渐减小的趋势，并且两条曲线的走向大致相同。说明通过信道空时编码增强了信道抗衰落特性，提高信道容量。
通信系统在8状态下，采用4PSK调制方式的符号误码率、比特误码率比相同状态下8PSK调制方式的符号误码率、比特误码率低。说明我们可以通过采用改善调制方式来提高信道性能。
4.展望
空时编码技术作为一种适合于多个发射天线、多个接收天线组成的无线通信系统的编码技术和信号处理技术相互融合发展的技术体系，具有极大地提高无线通信系统的信道容量和数据传输速率的潜力和能力。比如空时网格码与延迟发射分集的结合，空时网格码与Turbo码的结合等等。
参考文献
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空字符串是什么
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