2006年(第35眷)第5期信焦技術(shù)MIMO技術(shù)的空時(shí)編碼技術(shù)張蔚,封志宏(蘭州交通大學(xué)信電學(xué)院,甘肅蘭州730070)摘要:本文介紹了MIMO技術(shù)的空時(shí)編碼技術(shù),重點(diǎn)介紹空能，抗哀落(尤其快衰落)性能比STTC略差,而且在接收端譯碼時(shí)分組碼的編碼和解碼方法。最后介紹了MIMO與空時(shí)碼的研時(shí),需要準(zhǔn)確的信道衰落系數(shù)。究動(dòng)態(tài)。關(guān)鍵詞:空時(shí)編碼多輸入多輸出( MIMO)無線通信門0引言i多輸人多輸出(MIMO)技術(shù)是無線通信領(lǐng)域智能天線技術(shù)的一分組叫斜|線最佳碼重大突破。MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍的提高通信-們系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。使用空時(shí)編碼是達(dá)到或接近MIMO無線信道容量的- -種可行有效的方法。空時(shí)編碼是-一種用于多發(fā)射團(tuán)1 2X2空時(shí)分組碼系統(tǒng)框圉天線的編碼技術(shù)。該編碼在多根發(fā)射天線和各個(gè)時(shí)間周期的發(fā)射2.1編碼部分信號(hào)之間能夠產(chǎn)生空城和時(shí)域的相關(guān)性。這種空時(shí)相關(guān)性可以使輸入的信息首先分成兩個(gè)碼元- -組[ene]o 在兩個(gè)碼元周期接收機(jī)克服MIMO信道衰落和減少發(fā)射誤碼。目前提出的空時(shí)編內(nèi),兩個(gè)天線同時(shí)發(fā)射兩個(gè)信號(hào)。第一個(gè)碼元周期,天線 1發(fā)射碼主要有3種形式:空時(shí)柵格碼STTC(Space -Time Tellis Codes)、s.,天線2發(fā)射e;第二個(gè)碼元周期,天線1發(fā)射一,天線2發(fā)射空時(shí)分組碼STBC(Space -Time Block Codes)和分層空時(shí)碼BLAST8*,其中s"代表信號(hào)s的共軛。(Bell Labs Layered Space -Time Architecture)。BLAST 空時(shí)碼是最表1早提出的一種空時(shí)編碼，它按分層方式可分為D-BLAST和. 天線2V-BLAST兩種。分層空時(shí)碼的編解碼復(fù)雜度過高,在實(shí)際應(yīng)用中t時(shí)刻存在- -定的困難。不予討論,主要看另兩種編碼方式,重點(diǎn)介紹Alamouti提出的空時(shí)分組碼。t+T時(shí)刻- sis1空時(shí)柵格碼(STTC)從表1可以清楚的看出這種編碼是在空間域和時(shí)間域內(nèi)共STTC吸收了延時(shí)分集技術(shù)和多路格形編碼(MTCM,Muliple同進(jìn)行的,為了區(qū)分與一般的單個(gè)域編碼,我們稱之為空時(shí)編碼Trellis Codes Modulaion)調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),通過傳輸分集與信道編(STC)。設(shè)從發(fā)射天線j到接收天線的信道響應(yīng)為碼相結(jié)合來提高系統(tǒng)的抗哀落性能,從而可利用多進(jìn)制調(diào)制方式h:(ij=1.2),對(duì)于準(zhǔn)靜止信道,假設(shè)在兩個(gè)相鄰的碼元周期T內(nèi)h提高系統(tǒng)的傳輸速率。格形編碼器采用多進(jìn)制調(diào)制方式，可以提是恒定的,hy()=h, (t+TD。相應(yīng)地,對(duì)于接收天線1,接收信號(hào)在t時(shí)高系統(tǒng)的傳輸速率,但采用多進(jìn)制后,星座圖中信號(hào)點(diǎn)之間的距刻和t+T時(shí)刻分別可以表示為:離減小,要達(dá)到相同的誤碼性能所需要的信噪比要比二進(jìn)制高。r'=()=hus+hper+n'rEr(+T)=-hjs"x+hys' i+n2所以只有在信道衰減較小的時(shí)候,才可以考慮用更好頻譜效率的其中n和?分別表示在t時(shí)刻和t+T時(shí)刻接收機(jī)的加性白調(diào)制方式來提高信息傳輸速率?？諘r(shí)格柵編碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:為了得到最大的分集增益MN(M噪聲。假設(shè)n'和n3為獨(dú)立同分布的復(fù)隨機(jī)變量,服從均值為零，和N分別是發(fā)射和接收天線的數(shù)目),需要遵循秩準(zhǔn)則;在滿秩的方差為No的復(fù)高斯分布。令=(r(2)]s=[sI sJ].n=[n'n2]那么 上式前提下,為了使誤碼率最小,要遵循行列式原則。STTC 方案可以可以表示為:獲得與最大比合并接收相同的分集增益,而且還可以獲得編碼增其中n=Hgs+n;益?？諘r(shí)柵格碼建立了空域中的信號(hào)(發(fā)送天線)和時(shí)域中的信號(hào)(連續(xù)時(shí)域信號(hào))的內(nèi)在聯(lián)系。STTC接收機(jī)采用基于信道衰落系統(tǒng)H估計(jì)和最大似然的Viterbi譯碼或者最大后驗(yàn)概率譯碼，空時(shí)柵格碼有較好的性能,但其譯碼復(fù)雜度與發(fā)送天線數(shù)和傳輸速率成2.2 解碼部分指數(shù)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)難度較大。對(duì)接收變量用H"進(jìn)行線性變換,得到的判決矢量為:2空時(shí)分組碼(STBC)STTC的優(yōu)點(diǎn)是碼的性能較好,抗衰落能力較強(qiáng);缺點(diǎn)是編碼方案搜索好碼比較困難,譯碼過程比較復(fù)雜,而且增加發(fā)送天其中ρ=|hu|+ |h2I',H代表矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置。n仍線數(shù)或增加數(shù)據(jù)傳輸率都會(huì)使譯碼復(fù)雜度呈指數(shù)增長(zhǎng),使其應(yīng)用然為復(fù)高斯白噪聲 ,將輸出信號(hào)利用最大似然準(zhǔn)則就可以重建。受到一定的限制。為了減少STTC譯碼的復(fù)雜度,Alamouli提出了和82。同時(shí)考慮兩個(gè)接收天線的情況時(shí),相應(yīng)的信號(hào)處理為:一個(gè)簡(jiǎn)單的特殊的發(fā)射編碼方案,可以推廣形成-類新的編碼方案一一空時(shí)分組碼(STBC)。如系統(tǒng)框圖1所示.STBC把輸人的符中國煤化工號(hào)分組映射到空城和時(shí)域，通過構(gòu)造正交結(jié)構(gòu)使譯碼簡(jiǎn)單,尤其其I.MHCNM H G_是編譯碼算法可行，利用簡(jiǎn)單的線性最大似然譯碼算法即可,而且還可以獲得與最大比合并接收(MRC)相同的分集增益。無論增2.3結(jié)構(gòu)分析加發(fā)送天線數(shù)還是增加數(shù)據(jù)傳輸率,對(duì)譯碼復(fù)雜度影響不大。但Alamouti空時(shí)分組碼是發(fā)射天線數(shù)M=2,每組發(fā)射碼元數(shù)為STBC性能-定(只與分集度有關(guān)),不能通過提高狀態(tài)數(shù)來改善性k=2, 發(fā)射時(shí)隙數(shù)為p=2,發(fā)送速率R=k/p=1的復(fù)正(下轉(zhuǎn)24頁)l9計(jì)者科技縱損工業(yè)科技2006年(第35卷)第5期乙蛤制備實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)許力,王九思,沈 彤(蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,蘭州甘肅730070)摘要:針對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)的問題,對(duì)教材中提供的因?yàn)橛袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)配備了比較齊全的磨口儀器,所以乙烯制備實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn),結(jié)果表明新的實(shí)驗(yàn)裝置取得了很好改進(jìn)思路以充分利用現(xiàn)有的磨口儀器為主。在實(shí)驗(yàn)中以50mL磨的效果?？趫A底燒瓶作為反應(yīng)燒瓶代替具支試管, 25mL圓底燒瓶作為安關(guān)鍵詞:裝置化學(xué)實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新思維全瓶代替了另一支具支試管,用蒸餾頭和真空尾接管作為連接部乙烯的制備是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本制備實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)件,安裝成了-套實(shí)驗(yàn)裝置,完全可以滿足乙烯制備實(shí)驗(yàn)的要求，實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖2。中一方面要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要安裝有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,另一方3改進(jìn)后的使用效果面要求學(xué)生制備合格的產(chǎn)品并對(duì)產(chǎn)品的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)教材中提供的實(shí)驗(yàn)裝置存在很多缺點(diǎn),因此對(duì)教材中提改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,(1)全套實(shí)供的乙烯制備實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行大膽的改進(jìn)是很有必要的。驗(yàn)裝置的安裝充分利用了實(shí)驗(yàn)室中的現(xiàn)有資源,在不增加儀器的條件下完成了實(shí)驗(yàn)提高了實(shí)驗(yàn)室資源的利用率(2)實(shí)驗(yàn)裝置中1存在的問題乙烯是由95%的乙醇經(jīng)濃硫酸在160 ~ 170C條件下脫水制以圓底燒瓶代替具支試管，使實(shí)驗(yàn)安全的性有所提高(3)關(guān)鍵部位用玻璃儀器的磨口連接代替橡皮塞打孔和橡皮管連接,具有方備的，制備出的乙烯可以用來驗(yàn)證乙烯的加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)，便、快捷的特 點(diǎn),使操作的方便性有了提高(4)學(xué)生在指導(dǎo)下安裝教材[]提供的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在三個(gè)比較突出了資料.上沒有的實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)學(xué)生的多元化思維和創(chuàng)新性思維出的問題( 1)實(shí)驗(yàn)室沒有大量符合規(guī)格的具支試管,無法按實(shí)驗(yàn)方面的培養(yǎng)有積極的促進(jìn)作用。用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置使學(xué)生順利要求安裝32套有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置來滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的要求(2)地完成了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。安裝裝置過程是需在橡皮塞上打孔，學(xué)生花費(fèi)的時(shí)間較多,無法4結(jié)束語快速完成實(shí)驗(yàn)裝置的安裝(3)個(gè)別學(xué)生用僅有的幾個(gè)具支試管安裝的實(shí)驗(yàn)裝置因橡皮管和橡皮塞的連接處較多,裝置存在漏氣現(xiàn)在進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要重視培養(yǎng)學(xué)生安裝有機(jī)化學(xué)實(shí)象。這樣根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)是很有必要的。驗(yàn)裝 置的能力,在培養(yǎng)過程中-方面強(qiáng)調(diào)利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源，另一方面強(qiáng)調(diào)充分利用磨口儀器拆裝方便的優(yōu)勢(shì)，在思維上進(jìn)行創(chuàng)新，開拓思路。 這樣可在不增加實(shí)驗(yàn)室投資條件下，安裝出資料上沒有，但理論上可行，實(shí)際中可用的新型化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，滿足具體實(shí)驗(yàn)的要求。培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)軀 接洗氣和驗(yàn)證|接洗氣和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置拷文獻(xiàn):[1]黃濤.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].高等教育出版社,20020[2]蘭州大學(xué)化學(xué)系有機(jī)化學(xué)教研室.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M1]人民教育出版圖1乙烯的制備實(shí)驗(yàn)裝置圖2改進(jìn)后的乙烯制備實(shí)驗(yàn)裝置社,1983.2改進(jìn)的方法.[3]陳耀祖有機(jī)化學(xué)分析[M].高等教育出版社,1983.++++-++++++-++++++++++++++++←+→+葉葉→←→+←- ++-+-++++++++(上接19頁)交碼。分集增益=2N(N為接收天線數(shù))。頻譜利用率上的巨大潛力,人們給予了極大關(guān)注,在MIMO系統(tǒng)從表1可以看出,Alamouli方案的編碼矩陣為:理論和性能上做了廣泛的研究。但是,為了實(shí)際應(yīng)用MIMO技術(shù),就必須結(jié)合具體通信體制進(jìn)行性能研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。快速信道估s=S[-s; S,計(jì)和盲處理都是重要研究?jī)?nèi)容。作為MIMO重要技術(shù)的空時(shí)編碼可以發(fā)現(xiàn)5S"=r3h,即編碼矩陣為正交矩陣。其中re|s |+目前已經(jīng)寫人到第三代蜂窩移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)中，如CDMA2000|s2| *,I2為2x2的單位矩陣。將其推廣到一般的情況,設(shè)空時(shí)和WCDMA?？梢钥隙ǖ卣f它也會(huì)在第四代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)中占分組碼的編碼矩陣s元素為81,3,“.". 和他們的共軛的線性組有重要位置。在空時(shí)編碼中如何找到更合適的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是值得深合。s的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是:S是正交矩陣,即SS"nJn= |s1+|s2|人研究的方向。對(duì)于快衰落或發(fā)射天線較多時(shí),衰落信道的估計(jì)+..+.. I ,瓜,為kxk的單位矩陣。分析也是需要研究的。全速率(R=1)正交空時(shí)分組碼只有當(dāng)發(fā)射天線數(shù)為幾個(gè)特總之，在頻譜資源8益緊張的情況下, MIMO和空時(shí)編碼技定值時(shí)存在,即術(shù)越會(huì)受到人們的關(guān)注,相信MIMO和空時(shí)碼在下一代無線通信*實(shí)正交設(shè)計(jì):M=2,4,8中得到更廣泛的應(yīng)用。*復(fù)正交設(shè)計(jì):M=2考文中國煤化工，technique for wireless conm-當(dāng)發(fā)射天線數(shù)M>2時(shí),復(fù)信號(hào)的空時(shí)分組碼(STBC)不能同[1]s.時(shí)滿足以下條件:municalYHC N M H Gun.vol.6.no.pp.1451-1458.正交設(shè)計(jì)(2)碼率R=1(3)達(dá)到最高的分集增益,這時(shí)候可[2] R. Chang, Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-chan-以犧牲發(fā)送速率來保持編碼的正交性和最大分集增益。nel data unsisions, BST]. Vo1.46, December 1966.3 MIMO 空時(shí)碼研究動(dòng)態(tài)[3]王松桂,程維虎,高旅端, .概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì).科學(xué)出版社2000.由于MIMO和空時(shí)編碼技術(shù)在提高無線通信系統(tǒng)容量以及[4]張平，王衛(wèi)東，陶小峰.WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)，人民郵電出版社，2001.24