基于差分空時(shí)分組碼的OFDM系統的性能分析

基于著(zhù)分時(shí)分組碼的OFDM系綿的性能分析陳靜(南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院南京210003)摘要本文介紹了差分空時(shí)分組碼的編譯碼原理,研究了采用差分空時(shí)分組碼的OFDM系統( DSTBC-OFDM)性能,仿真結果表明, DSTBC-OFDM系統的性能隨著(zhù)子載波數及子信道數的增加而提高。通過(guò)仿真還證明了多天線(xiàn)技術(shù)與OFDM技術(shù)相結合,系統性能可得到提高,更適用于多徑無(wú)線(xiàn)信道,而且采用差分編碼技術(shù),接收端不需要信道估計,可以大大降低接收機的復雜度。關(guān)鍵詞多輸入多輸出正交頻分復用差分空時(shí)分組碼多徑信道子載波1引言送天線(xiàn)數目較多時(shí)也變得越來(lái)越困難,這將嚴重制約這些空時(shí)編碼的應用。因此, Tarokh和 Jafarkhani移動(dòng)通信的不斷發(fā)展和人們對通信需求的日益在空時(shí)分組碼理論的基礎上,提出了基于正交設計增長(cháng),要求在有效的頻譜資源上實(shí)現綜合業(yè)務(wù)的快的差分空時(shí)分組碼,該方案提供了簡(jiǎn)單的差分編碼速傳輸,需要頻譜效率極高的技術(shù)。OFDM技術(shù),利和譯碼的方法。對于單天線(xiàn)系統,差分相移鍵控用多載波之間的正交性,高效利用頻譜資源MMO(DSK)編碼,不要進(jìn)行信道估計,該差分方案已經(jīng)( Multiple Input Multiple Output)技術(shù),可以在不增加在實(shí)際蜂窩移動(dòng)通信系統中廣泛使用。例如美國數帶寬的情況下,成倍的提高通信系統的容量和頻譜字蜂窩系統標準IS54就使用了-DSK。本文利用率,一般的MIMO技術(shù)僅適用于平坦衰落信道,將差分方案擴展到MMO系統中,主要介紹了基于而OFDM技術(shù)可以將一個(gè)頻率選擇性衰落信道分割成若干并行的平坦衰落子信道,所以在MMO系統正交設計的差分空時(shí)分組碼,并以?xún)砂l(fā)一收的MI中采用OFDM技術(shù)能夠對抗和減小多徑傳輸引起的MO-OFDM系統為例,對其在M1225信道下的性能碼間干擾,使信道更符合MMo技術(shù)所需的傳輸特進(jìn)行了仿真和分析。性2差分空時(shí)分組碼編譯碼原理目前空時(shí)編碼技術(shù)主要包括分層空時(shí)碼,空時(shí)分組編碼空時(shí)網(wǎng)格編碼。上述各類(lèi)空時(shí)碼的研究均21差分空時(shí)分組碼編碼原理是在準靜態(tài)衰落信道條件下進(jìn)行的,且需要信道信當發(fā)射天線(xiàn)數為2時(shí),該方案首先發(fā)送兩個(gè)參息進(jìn)行信道估計。然而在實(shí)際無(wú)線(xiàn)通信系統中,并不考調制信號x1和x2。根據 Alamouti提出的空時(shí)分組能保證這個(gè)假設條件,信道估計在衰落較快或者發(fā)碼論,發(fā)送端在t=1時(shí)刻,從兩根天線(xiàn)同時(shí)發(fā)送信號x1和x2,并在t=2時(shí)刻,從兩根天線(xiàn)發(fā)送信號x2根天線(xiàn)的基帶信號的總發(fā)射功率為1。和x1。這兩次傳輸不攜帶任何數據信息。然后,發(fā)送任何一個(gè)復信號矢量(x21,x22)都可以唯一的端采用差分方式對后面待發(fā)送的數據進(jìn)行編碼并用“和(-x2,x)正交基表示。表達式的系按如下方式進(jìn)行發(fā)送。數為在2+1時(shí)刻,編碼器根據先前發(fā)送的信號和差分矢量,計算后面要傳輸的調制符號為M2=-x2+1x2+x2+2x21(4)(x21,x2)=M1(x21,x2)+M2(-x2,x21)(1)對于給定星座A和參考矢量(x21,x2)來(lái)說(shuō),有因此,在2+1時(shí)刻分別從發(fā)射天線(xiàn)1和2發(fā)送2個(gè)不同的差分矢量(MM,),對應于2個(gè)不同的信號x;和x2,在2+2時(shí)刻分別從發(fā)射天線(xiàn)1和2信號矢量(x21,x2)因此,一個(gè)2b信息比特的分組發(fā)送一x2和x2,重復這一過(guò)程直到數據幀結束。與差分矢量M之間存在一一對應的關(guān)系。由此可見(jiàn),2+1和2+2時(shí)刻發(fā)送的信號可以表22差分空時(shí)分組碼譯碼原理為時(shí)刻2-1和2的線(xiàn)性組合。線(xiàn)性組合的系數設只有一根接收天線(xiàn)。r表示時(shí)刻t接收到的信(MM2)為差分矢量,由該時(shí)刻發(fā)送的數據決定。差號,n表示時(shí)刻t的噪聲采樣,和h表示時(shí)刻t從分空時(shí)分組碼的關(guān)鍵步驟是計算一組差分矢量集發(fā)射天線(xiàn)1和2到接收天線(xiàn)的衰落系數。2-1、2、M,并將發(fā)送的信息比特映射到這個(gè)差分矢量集。下2+1和2+2時(shí)刻的接收信號可以表示為B,面介紹如何得到差分矢量的元素。廠(chǎng)2+1,r2+2設信息比特星座集為2-PSKh, h,令H且N2=(n21,n2)N2=(n2,2τkyl;k=0,1,2,…,2式中,信號幅度除以√2,功率歸一化,這樣兩接收信號可以表示為hstn2=((2+12(2(xmx2:+xx2)+(xnx:)BN2+N(x2:2)+M12,(5n-2:=(12+1221(-x1:x+2x2:)+(x212)BN2+N21H(22:)+N212,(6)我們可以令M1=2r2-1+r2+2r2N2=(x21x2)HN21+N21B(x21x2)+N2nN2M2=2+12-7222N=(x. x,HN,N,.H(-X. x,)+N.N則根據式(5)和(6)(M1M2)是差分矢量(MM2)的相應函數。由于集MM1=2,h+252=(12+1)M+y(7)中的所有差分矢量都具有相等的長(cháng)度,因此接收端Mh212M2+2(8)可從M中選擇一個(gè)與判決統計矢量(M,M2)的最近判決統計信號矢量可表示為的差分矢量。然后逆映射,進(jìn)行譯碼。(MM=(1+1(MM1)+(所9)23 DSTBC-OFDM系統框架圖DSTBC-OFDM系統框架如圖1所示,以?xún)砂l(fā)對于給定的信道h1和h2,判決統計信號矢量收的系統為例。待發(fā)送的數據先進(jìn)行差分空時(shí)分組channel A。3.1各差分系統間的性能比較P圖2給出了采用 DQPSK調制的OFDMDSTBC系統,采用兩發(fā)一收的差分空時(shí)分組碼系統和采用兩發(fā)一收差分空時(shí)分組碼的OFDM系統三種差分系統的性能比較。從圖中可以看出,采用兩發(fā)一收差分空時(shí)分組碼的OFDM系統的性能最好,單天線(xiàn) DQPSK調制的OFDM系統性能最差。在102≤BER≤10的情況下,兩天線(xiàn)系統比單天線(xiàn)系統的性能圖1 DSTBC-OFDM系統框架圖提高了2dB左右,兩天線(xiàn)OFDM系統比單純的兩天線(xiàn)系統的性能又提高了差不多編碼STBC),經(jīng)差分調制后的符號分到各自的天2dB?？梢?jiàn),MIMO與OFDM兩者的結合更適線(xiàn)上,然后每根天線(xiàn)單獨進(jìn)行OFDM調制,即將每個(gè)用于多徑無(wú)線(xiàn)信道。天線(xiàn)上的信號串并變換(SP)到p個(gè)子載波上,反傅32子載波數對系統性能的影響里葉變換(IFT),加循環(huán)前綴(CP),再并串變化圖3給出了 DSTBC-OFDM系統在子載波數分(S/P)成一行,從各自的天線(xiàn)上發(fā)出。經(jīng)過(guò)信道,接收別為64、128、256的情況下的系統性能(信道的多普端進(jìn)行一系列的反變換,最后差分譯碼,選擇和集M勒頻移=50Hz)從圖中可以看出,隨著(zhù)子載波數的中最接近的差分矢量,通過(guò)逆映射估計出發(fā)送的原增加,系統的誤碼率會(huì )降低系統性能得到改善。始序列。3系統仿真和性能分析系統參數設置:載波頻率()為90MTHz,樣率()為4 Mbit/s,子載波數(p)為256,循環(huán)前綴(CP)為32,發(fā)送天線(xiàn)數為2,接收天線(xiàn)數為1。信道模型采用ETSI的UTRA(UMTS陸地無(wú)線(xiàn)接入)信道模型81012141618SNR(dB)圖3子載波數對 DSTBC-OFDM系統性能的影響33不同的多徑信道對 DSTBC-OFDM系統性能的影響圖4給出了 DSTBC-OFDM系統在不同的多徑信道環(huán)境下的性能比較,多徑信道的徑數分別為2徑,3徑和6徑。從圖中可以看出,隨著(zhù)信道多徑數SNR(dB)的增多,系統的誤碼率明顯降低,提高了系統的性圖2三個(gè)差分系統的性能比較能。在10≤BER≤10的情況下,由于多徑分集增益,通過(guò)6徑信道的系統性能比通過(guò)3徑信道的系統性能好大約1dB,比2徑信道的要好4dB左multip athe右4結論輔排排理排本文主要對基于正交的差分空時(shí)分組碼的編厘m里電里電里譯碼原理進(jìn)行了詳細的介紹,并將其應用在OFDM系統中,并對所得系統在M1225信道下的性能進(jìn)行了仿真比較。仿真結果表明,子載波數越搏想想多,該系統的性能越好,同時(shí)該系統可以在不同的多徑信道下,可獲得多徑增益。本文還比較了單天線(xiàn)OFDM系統,多天線(xiàn)系統和多天線(xiàn)OFDM系統101214161820三種不同的采用差分調制系統的性能,其中采用NR(dB)兩發(fā)一收的差分空時(shí)分組碼的OFDM系統性能最好,說(shuō)明MMO與OFDM兩者的結合更加適用于圖4不同的多徑信道對 DSTBC-OFDM系統系統性能的影響多徑無(wú)線(xiàn)環(huán)境。參考文獻[11 Yang H. 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Therefore, it is well tailor for the multi-paths wireless channel. In addition, when usingdifferential coding technology, channel estimation is not necessary in the receiver, which can reduce the complexity of the receiverKey words MIMO, OFDM, DSTBC, multi-path, subcarrier