空时编码技术内容简介

内容简介

本书主要围绕空时编码的基本理论及在无线通信系统中的相关应用，如码劈多址(CDMA)和正交频分复用(OFDMA)进行介绍，既有各种性能分析与仿真结果，又有生动的应用举例，还提供了基于科研导向的观点。

本书适用对象为无线通信工程及相关专业的研究生、工程师和科研人员。

版 次:初版

目录

译者序

原书前言

术语表

第1章 多输入多输出无线通信系统的性能局限

1.1 概述

1.2 MIMO系统模型

1.3 MIMO系统容量推导

1.4 自适应发送功率分配的MIMO信道容量的推导

1.5 具有固定系数信道的MIMO容量实例

1.6 具有随机信道系数的MIMO系统容量

1.6.1 快瑞利衰落和块瑞利衰落信道的MIMO信道容量

1.6.2 MIMO慢瑞利衰落信道容量

1.6.3 MIMO慢瑞利衰落信道容量的示例

1.7 系统参数和天线相关性对MIMO信道容量的影响

1.7.t LOSMIMO信道的相关模型

1.7.2 瑞利衰落信道MIMO相关模型

1.7.3 赖斯MIMO信道的相关模型

1.7.4 匙孔效应

1.7.5 有发射和接收散射体的MIMO相关衰落信道

1.7.6 系统参数对匙孔传播的影响

附录1.1 注水原理

附录1.2 Cholesky分解

参考文献

第2章 空时编码的性能分析和编码设计

2.1 概述

2.2 衰落信道模型

2.2.1 多径传播

2.2.2 多普勒频移

2.2.3 衰落信道的统计模型

2.3 分集

2.3.1 分集技术

2.3.2 分集合并方法

2.3.3 发射分集

2.4 空时编码系统

2.5. 空时编码的性能分析

2.5.1 慢衰落信道的差错率

2.5.2 快衰落信道的差错率

2.6 空时编码设计准则

2.6.1 慢瑞利衰落信道的编码设计准则

2.6.2 快瑞利衰落信道的编码设计准则

2.6.3 中低SNR范围的编码性能

2.7 编码性能的准确评估

参考文献

第3章 空时分组码

3.1 概述

3.2 Alamouti空时编码

3.2.1 Alamouti空时编码器

3.2.2 合并和最大似然译码

3.2.3 有多根接收天线的Alamouti方案

3.2.4 Alamouti方案的性能

3.3 空时分组码(STBC)

3.4 实信号星座的STBC

3.5 复信号星座的STBC

3.6 STBC的译码

3.7 STBC的性能

3.8 非理想信道估计对性能的影响

3.9 天线相关性对性能的影响

参考文献

第4章 空时网格码

4.1 概述.

4.2 STTC编码器结构

4.2.1 生成器简介

4.2.2 生成多项式简介

4.2.3 举例

4.3 慢衰落信道上的空时网格码设计

4.3.1 基于秩与行列式准则的最佳STTC

4.3.2 基于迹准则的最佳STTC

4.4 慢衰落信道上的性能评估

4.4.1 基于秩与行列式准则的编码性能

4.4.2 基于迹准则的编码性能

4.4.3 基于不同设计准则的编码性能对比

4.4.4 发射天线数对编码性能的影响

4.4.5 接收天线数对编码性能的影响

4.4.6 信道相关性对编码性能的影响

4.4.7 非理想的信道估计对编码性能的影响

4.5 快衰落信道下空时网格码的设计

4.6 快衰落信道上的性能评估

参考文献

第5章 空时Turbo网格编码

5.1 概述

5.2 递归STTC的性能

5.3 空时Turbo网格编码(STTurboTC)

5.4译码算法

5.5 STTurboTC的性能

5.5.1 STTurboTC和STTC的比较

5.5.2 记忆长度和交织器容量的影响

5.5.3 迭代次数的影响

5.5.4?分量编码设计的影响

5.5.5 译码器的EXIT表

5.5.6 交织器类型的影响

5.5.7 发射天线和接收天线数量的影响

5.5.8 天线相关的影n向

5.5:9 非理想信道估计的影响

5.5.10 快衰落信道上的性能

附录 最大后验概率算法

参考文献

第6章 分层空时编码

6.1 概述

6.2 LST发射机

6.3 LST接收机

6.3.1 QR分解干扰抑制和干扰抵消

6.3.2?最小均方误差(MMSE)干扰抑制和干扰抵消

6.3.3迭代LST接收机

6.3.4 具有PIC的迭代接收机

6.3.5迭代MMSE接收机

6.3.6 迭代MMSE接收机和迭代PIC-DSC接收机的比较

6.4 不同LST结构的比较

附录QR分解

参考文献

第7章 差分空时分组码

7.1 概述

7.2 单根发射天线的差分编码

7.3 发射天线数为2的差分STBC

7.3.1 差分编码

7.3.2 差分译码

7.3.3 性能仿真

7.4 发射天线数为3和4的实信号星

空时编码在不同天线所发送的信号中引入时间和空间的相关性, 从而不用牺牲带宽就可以为接收端提供不编码系统所没有的分集增益和编码增益 . 空时编码的基本工作原理如下: 从信源给出的信息数据流 ,到达空时编码器后 ,形成同时从许多个发射天线上发射出去的矢量输出, 称这些调制符号为空时符号( STS) 或者空时矢量符( STVS). 与通常用一个复数表示调制符号类似( 复的基带表示), 一个空时矢量符 STVS可以表示成为一个复数的矢量, 矢量中 数的个数等于发射天线的个数  .

目前提出的空时编码方式主要有:⑴正交空时分组码 OSTBC( Orthogonal SpaceTime Block Coding);⑵贝尔分层空时结构 BLAST( Bell Layered Space-Time Architecture);⑶空时格型编码 STTC( Space-Time Trellis Coding);这 3 类接收机需要已知信道传输系数的空时编码,另外还有适于少数不知道信道传输系数情况的有效期分空时编码 .

作为一种新的通信信号处理技术和方法 ,自从空时编码提出以来 ,全球无线通信领域内掀起了研究空时编码的热潮,除了对如何构造空时编码和空时编码与其他信道编码方式如 Turbo 码相结合方面的研究外,许多和工程应用紧密联系的研究方向正在形式  .

当前虽然关于空时编码的构造和应用有了一些成果, 但是这些理论大多假设信道是准静态、平衰落的,各衰落路径也是假设是相互独立的 ,而实际信道为频率选择性衰落、快变化以至各衰落路径有可能相关 ,所以为了推动空时编码技术的实用性 ,有必要对空时编码在信道为频率选择性衰落 、快变化以至各衰落路径相关的情况下的性能以及相应的改进措施进行理论和实践研究. 同时, 如何将空时编码和第三代移动通讯的标准相结合, 研究在CDMA ,WCDMA 环境下空时编码技术的性能以及和其他技术如多用户检测技术的结合目前也吸引了不少的研究人员进行研究,如空时编码和OFDM 等通讯技术的结合, 使其适用于宽带无线通讯系统 .

另外 ,如何将空时编码和阵列信号处理技术如波束形成技术( Beamforming)和干扰抵消技术( Interference Cancellation) 有机地结合起来,充分发挥二者的优点, 进一步提高其性能 , 提高它的实用性 ,是当前研究的另一个热点和方向; 由于二者均是多个阵元天线系统的重要而有效的信号处理技术 ,所以它们的结合应用就具有的应用基础 ,最先提出和研究空时编码技术的研究人员也正在进行这方面的研究和探索工作,但是此项工作刚刚开始, 具有很大的理论和实际研究价值. 当然 ,有关在接收端和发射端均得不到信道信息的差分空时编码方面的研究对于空时编码在未来移动蜂窝系统中的应用也是很有意义的  .

推导空时编码的构造准则和在接收端进行译码时都需要知道较为准确的信道信息 CSI, 这晨多数情况下是可行的; 但是,在快衰落或者发射、接收天线数目较多时等少数情况下, 就可能得不到精确的信道估计,这就需要研究发射端和接收端都不需要信道衰落系数的空时编码. 受常规的单发单收无线通信系统中的差分调制技术的启示, 人们试图将差分调制方法推广到多发射天线的情况. Hochwald 和 Marzetta 提出了酉空时编码( Unitary Space-Time Codes) , 最优酉守时码的设计是最小化任意两个码字矩阵之间的相关系数 ,但是它们的指灵敏级的编码、译码复杂度,使得其更像一种理论上的最优编码. 随后 ,Hochwald 等人又提出了具有多项式编码复杂度和指数级译码复杂度的第二种结构,这同样在实际环境中难以使用 . 几乎与此同时, V .Tarokh 等人提出了针对两个发射天线的基于正交设计和空时分组编码的真正的差分编码方案,该方案是第一个具有简单的编 、译码复杂度的差分编码方案 ,随后 Jafarkhan 和 Tarokh 又将该差分方案利用广义正交化设计方法推广到多个发射天线的情况. 其他学者也提出了一些其他形式的算法, 但是其译码复杂度均要大大超过差差分检测方案的只是天线数目和数据传输速率的线性关系的译码复杂度, 所以目前差分检测方案应该是适合实际应用的未知信道信息的发射分集方案 . 需要指出的是 ,这种差分空时编码的性能也要比空时分组编码的相干检测性能要有3dB的损失, 这也算是对无需信道估计所付出的代价  .