淺析頻率選擇性信道中的微分空時(shí)編碼

淺析頻率選擇性信道中的微分空時(shí)編碼張延(西北政法大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò )中心,西安710063)摘要:本文介紹了兩種空-時(shí)傳輸機制,通過(guò)在頻率選擇性衰落信道上使用兩根傳輸天線(xiàn),來(lái)得到全速率和全分集非相干性。第一種機制結合了頻域的OFDM微分空一時(shí)分組編瑪;第二種機制采用微分反時(shí)空-時(shí)分組編碼,這樣可以保證在不需要當前過(guò)采樣或多根接收天線(xiàn)的情況下保證盲信道估計。關(guān)鍵詞:盲估計;微分空時(shí)編碼;衰落信道;碼間干擾;多天線(xiàn)編碼中圖分類(lèi)號:TN91.22文獻標識碼:A文章編號:1003-8329(2010)02001203Discussion on Differential Space-Time Coding in Frequency-Selective ChannelsZHANG TiNetwork Information Center, Nothwest University of Politics& Law, Xian 710063, China)Abstract This paper introduces two space-time transmission schemes which allow full -rate andfull-diversity noncoherent communications using two transmit antennas over fading frequency-se-lective channels. The first scheme operates in the frequency domain where it combines differentialAlamouti space-time block-coding(STBC)with OFDM. The second scheme operates in the timedomain and employs differential time-reversal STBC to guarantee blind channel identifiability with-out the need for temporal oversampling or multiple receive antennasKey words: blind identification; differential space-time coding; fading channels; intersymbol in-terference: multiple antenna coin以前的相關(guān)工作主要是在平坦衰落環(huán)境下考察1概述兩根或更多天線(xiàn)的微分空一時(shí)編碼機制、分組的微分編碼機制,以及頻率選擇性信道下的相干的空空時(shí)編碼因為其在無(wú)線(xiàn)通信中極大的提高了傳時(shí)編碼機制。本文主要是針對任意數量傳輸天線(xiàn)和輸速率所以得到了廣泛的關(guān)注。在頻率選擇性信頻率選擇性信道環(huán)境下的微分空-時(shí)編碼道上使用N個(gè)發(fā)送天線(xiàn)和M個(gè)接收天線(xiàn)需要被盲估計技術(shù)能夠消除傳輸中的訓練符號。只基估計的信道參數有MM(v+1),是有限脈沖響應信于沒(méi)有多個(gè)接收天線(xiàn)二次統計信息的FIR信道的估道階數的上界。高階的頻率訓練伴隨著(zhù)信道估計的計是不可能的,因為丟失了相位信息。本文提出的成本增加以及在快速時(shí)變環(huán)境中訓練質(zhì)量的下降,微分空-時(shí)編碼使基于只使用符號空間采樣的單接因此非相干的機制需要轉換。收天線(xiàn)的二次統計信息的盲信道估計變得可能。綜·作者簡(jiǎn)介:張題(1981-)男陜西西安人,在職研究生西北政法大學(xué)信息網(wǎng)絡(luò )中心網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗管理員主要研究方向為無(wú)線(xiàn)通信,計算機網(wǎng)絡(luò )?！稛o(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》2010年第2期上所述,本文的主要工作是下面兩個(gè)方面:考慮空-時(shí)編碼,并且可以一般的擴展為多接收天基于頻率選擇性信道環(huán)境下使用任意數量的發(fā)線(xiàn)。從發(fā)送天線(xiàn)到接收天線(xiàn)的頻率選擇性衰落信道送天線(xiàn)的背景提出一種基于OFDM的微分空-時(shí)被建模為有記憶u的FIR濾波器,分別為長(cháng)度(編碼的傳輸多樣性機制在沒(méi)有多個(gè)接收天線(xiàn)或當前1)的向量h“(n)}和h2(n)}在這里有個(gè)有用過(guò)采樣信息的情況下,只利用二次統計信息,為保證盲信道估計提出時(shí)域的空-時(shí)傳輸多樣性機制。的轉換為(D)=∑(n)D。下面我們在頻率選擇性信道中提出兩種擴展的2基于微分編碼的空-時(shí)編碼微分傳輸機制。在這兩種機制中,為了避免子塊間干擾每個(gè)傳輸塊被分為兩個(gè)子塊每個(gè)子塊長(cháng)度為在有兩根發(fā)射天線(xiàn)的情況下, alamouti的空-P,并且被u個(gè)保護符號分開(kāi)時(shí)塊編碼把輸入符號分組為(x,x2),反饋至空一3.1頻域機制時(shí)塊譯碼為:xx2)→tme↓ space對一個(gè)常量的傳輸塊信道,OFDM提供了一系x2 2,列并行平坦衰落信道。前面談到的微分傳輸技術(shù)可(x)表示復共軛操作。假設只有一個(gè)接收天線(xiàn)情況以被應用到頻域。我們考慮FK調制中的兩個(gè)符下兩個(gè)連續時(shí)隙上的接收信號可以被寫(xiě)為=m號x(m)和X1(m),遵循編碼機制可以被映射為(,2)-0x:(,x(m,點(diǎn)(m)x幫x中分別對應第根第元2],n=[n1,-2]r,n和n2是獨立的方差為M/2二根傳輸天線(xiàn)的方向信息向量。X(1)和X(是通過(guò)的AWCN過(guò)程。在準靜態(tài)信道的假設下,H是正交兩根傳輸天線(xiàn)的長(cháng)度為2P的符號向量P為FFT的的,即m=目hB2,其中h2=(+6),高1階數。更明白的說(shuō),對于第一根大線(xiàn),第二個(gè)行號和h2是第一根和第二根發(fā)送天線(xiàn)分別到接收天線(xiàn)的信道增益。為了在下一章節中方便提出頻率選擇送;第二根天線(xiàn)第二個(gè)符號x(2(m)通過(guò)第二個(gè)性信道下的微分空一時(shí)編碼機制,我們用矩陣的方OFDM子塊的第m個(gè)子載波發(fā)送。第二根傳輸天線(xiàn)式描述微分空-時(shí)編碼。我們可以得到的OFDM子塊結構相同傳輸符號為-x2(m)和x1(m)。因此接收端做FFT后,我們得到m子載Y1 Y2h,h2馬馬)+噪聲源符號波上的接收符號為a(k)=[u1(k),2(k)]r,發(fā)送矩陣為x(k),接收符號為(4)在不考慮噪聲時(shí),上式可以寫(xiě)成4)/B1(m)h(m)1/x(m)x(m)噪聲。=HX(k)。假設信道是兩個(gè)連續塊的準靜態(tài),上式-B2(m)B1(m)(-x2(m)x1(m)進(jìn)一步為Y(k-1)Y(k)=1h2X(k-1)X()。本該式中H1(m)和B2(m)是子載波m上的信道h1(n)和h2(n)的信道頻率響應。通過(guò)上述分析,文估計源符號包含在U)=(4(A)“()并可以清楚的得出平坦衰落信道的微分空-時(shí)編碼機-正2(k)正(k)制可以應用在每一個(gè)子載波上。且定義微分傳輸規則X(k)=X(k-1)U(k),這是平臺衰落信道下微分空-時(shí)編碼的基礎。下面本32時(shí)域機制文討論微分傳輸規則如何擴展到頻率選擇性信道本文提出一種單載波的微分空-時(shí)編碼機制它可以克服多載波技術(shù)的缺點(diǎn),其處理都在空-時(shí)3頻率選擇性信道的微分空-時(shí)編碼送信息。因此在D轉換的符號第k個(gè)塊的第一個(gè)本文在兩個(gè)發(fā)送天線(xiàn)和一個(gè)接收天線(xiàn)的基礎上和第二個(gè)子塊上的接收次序為《無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》2010年第2期)(D)=B(D)x1(D)+(D)x(D)+2(D(D)=B(D)XD)+B(D)x(D)+2(DX(D)表示從第l個(gè)傳輸子塊的第i個(gè)傳輸天線(xiàn)的發(fā)送順序,=1、2,1=12。信息次序|x}eX(D)和它的時(shí)間反轉共軛{動(dòng)(-n)X(D)在兩個(gè)天線(xiàn)和子塊上傳輸可以表示為x(D)=x(D),x2(D)=x1(D),X(D)=-x(D+),x2(D)=-X(D)。對第k個(gè)傳輸塊本文可以把接收次序的D轉換表示為:(D)=(F(D)Y(D)=(B”(D)(D)X( (D) X(D)X (D-)X(D-)+(z1(D)z2(D)進(jìn)一步可以寫(xiě)成(D)=(D)x(D)+2(D(D")=F(D)(D-)+2(D-)我們可以定義式矩陣x(D)的反轉有簡(jiǎn)化的表示這個(gè)多項式x”(DP (D) X(D)矩陣也定義了一個(gè)乘法群,即如果定義Q(D)表示X T(D-)X(D的多項式矩陣,它有下面的屬性:V1(D),V2(D)∈x (D-)-XT(D)Q(D),V1(D)V2(D)∈Q(D),[W(D)]-=x(D")X2 (D-)X(D)(D-)cQ(D)我們假設對于連續的傳輸本文定義x(D)x(D)=X(D),這里我們塊k和k+1,信道仍然是不變的,即時(shí)*)(D)=定義X(D)x(D)X( (D-)H(D)。因此結合前面的分析我們可以得到x(D)x(D1),是單位矩陣表示2×2的多項(D)f(D)=(D)四"(D)+z"(D)這里z”(D)=2Q(D)(D)x(D)+和(D)(D)z2"(D)+2(D)z定義信息符號矩陣為U(D)=X(D)x"(D),服從微分空-時(shí)編碼機制。信道增益矩陣等效為(D),并且四(D)=(D)(D)+B(D)(D)注意等效嗓聲陣z(D)近似是原始噪聲3dB衰減的2倍。至此,我們可以得到微分編碼機制為x"(D)(D)x4(D)UQ"(D)使上式兩邊相等,我們可以得到:D)2(D-)x( D(D)-x (D)((D- )+x (D)X)(Dx*)(D)x(D)U4“”(D)+x2(D)D(D)x(D)和(D2)+X2(D)x(D)本文總結了頻域和時(shí)域兩種機制,頻域機制基于OFDM,因此它的復雜性低有比較好的多速率能4結論力,但是同時(shí)也有較高的峰均比和較強的頻率靈敏度;時(shí)域機制是單載波的,因此避免了OFDM系統本文介紹了在兩根發(fā)射天線(xiàn)情況下的時(shí)域和頻的兩個(gè)缺點(diǎn)但是增加了算法的復雜度因為它要求域的全速率微分空一時(shí)編碼機制,可以在頻率選擇對信道和噪聲的盲估計。性信道環(huán)境中得到空間和多路徑的多樣性增益?？臻g空時(shí)編碼結構保證了單接收(下轉第18頁(yè))14《無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》2010年第2期是為了使有限的系統信道資源得到有效利用,即在生顯著(zhù)的變革相當程度上解決了WF的有限覆蓋信道數量不變化的情況下,服務(wù)更多的用戶(hù)。這一和3G的低速率數據傳輸問(wèn)題。作為新一代無(wú)線(xiàn)帶部分功能需要多址協(xié)議的控制算法來(lái)實(shí)現,而動(dòng)態(tài)寬接入技術(shù)的代表之一,WMAX以其先進(jìn)的技術(shù)性控制算法已經(jīng)被證明具有較好的性能。由于一般的能吸引了業(yè)界的廣泛關(guān)注,并且正逐漸顯示出它在控制協(xié)議在處理隨機到達的業(yè)務(wù)的時(shí)候,不區分業(yè)寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)領(lǐng)域的巨大潛力。面對來(lái)自3G務(wù)的類(lèi)別例如,業(yè)務(wù)是新到達還是重發(fā)的,這樣得的強勁挑戰,WMAX在研發(fā)、產(chǎn)品化和市場(chǎng)化方面到的只是一個(gè)平均意義上的延時(shí)指標,對于部分重還需要進(jìn)一步加快速度,這樣才能在未來(lái)寬帶無(wú)線(xiàn)傳業(yè)務(wù),延時(shí)沒(méi)有保障,特別是對延時(shí)敏感的業(yè)務(wù),接人領(lǐng)域尤其是無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)的競爭中占得先機。這在無(wú)線(xiàn)信道中,為了改善這種局面需要做相對較復雜的控制算法。參考文獻4.3分組調度機制[1] IEEE802. 16-2001 IEEE Standard for Local and Metro在所有需要被解決的技術(shù)問(wèn)題中,分組調度是politan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed最重要的(調度箅法提供了帶寬控制、擁塞控制機Broadband Wireless Access Systems [S].2001制)。由于WMAX能夠支持多種多媒體業(yè)務(wù),采用2]Em.16-20( Revision of IE82.16-200面向連接機制其端到端的QS機制顯得尤為重IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks要,為了提高系統頻譜效率,滿(mǎn)足用戶(hù)間的公平性,Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Ac-cess Systems[S].2004同時(shí)很好地支持不同業(yè)務(wù)的Qs保證需要研究和[3]馬楠劉培植張平.無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)[實(shí)現QoS解決機制的核心——MAC層的資源管理中興通訊技術(shù),2005,11(2):14~18和調度算法。在有關(guān)的參考文獻中已經(jīng)有人提出了[4]彰木根李茗,王文博,WMAx系統中QS機制研究公平隊列分組調度算法在EE802.16的QoS架構[J].中興通訊技術(shù),2005,112):25~30中的應用,如加權公平排隊(WFQ)算法。收稿日期:200912305結語(yǔ)IEEE802.16系列標準正在使寬帶無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域發(fā)(上接第14頁(yè))天線(xiàn)沒(méi)有當前過(guò)采樣下的二次統計盲信道估計。[2]佟學(xué)儉羅濤編著(zhù).OFDM移動(dòng)通信技術(shù)原理與應用并且可以擴展到任意發(fā)射天線(xiàn)的場(chǎng)景中。[M].北京:人民郵電出版社,2000[3] H. Jafarkhani and V. Tarokh. Multiple transmit antenna參考文獻differential detection from generalized orthogonal designs[J]. IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, Pp. 2626[1](澳)武切蒂奇( Vucetic Branka)(澳)尤安(Yuan2631,Sept,2001jinhong)編著(zhù),王曉海譯.空一時(shí)編碼技術(shù)[M].北收稿日期:20091209)京:機械工業(yè)出版社,200418《無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)》2010年第2期