第 ll卷 第 5期
2006年 10月
哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报
JOURNAL HARBIN UNIV．SCI．＆ TECH．
Vol_11 No．5
Oct．，2006
空时编码的 OFDM 系统性能分析
羿宗琪 ， 王 钢， 李鸿林
(哈尔滨工业大学 通信工程系，黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要：研究了一种适用于频率选择性瑞if,4衰落信道的空时编码与 OFDM相结合的技术．理
论分析和 Maflab仿真结果表明，该技术能在译码复杂度较低的情况下，获得更大的分集增益．在频
率选择性信道下，空时编码的OFDM系统较单纯的OFDM 系统性能有一定改善．
关键词：空时码；空时分组码；空频分组码；正交频分复用；频率选择性信道
中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1007—2683(2006)05—0069—03
Performance Analysis of STC ——OFDM System
YI zong—qi。 WANG Gnng。 LI Hong—lin
(Department ofCommunication Engineering，Harbin Institute ofTechnology，Harbin 150001，China)
Abstract：To study a new combination of STC concatenated with OFDM system over~equency selective fading
Rayleigh channel，the theoretic analysis and simulation results from Matlab demons~ate that this scheme call achieve
a larger diversity gain while affording low—complexity decoding．STC—OFDM system can achieve significant per—
formance increase over~equency selective fading channel compared to simple OFDM．
Key words：STC；STBC；SFBC；OFDM ；~equency selective fading channel
1 引 言
空时码发射分集技术已在很多文献中提出，这种
技术在不需要额外频率资源的情况下，能够提高信道
的容量，增加无线链路的数据传输率，显示出良好的
分集性能⋯．但在频率选择性信道下，空时码的码元
周期小于多径衰落的时延扩展时，会导致严重的码间
干扰．因此，这种技术仅仅适用于平坦衰落信道．
OFDM是一种高效的多载波调制技术，能有效
对抗多径传播，并能将频率选择性多径衰落信道在
频域内转变成平坦信道．OFDM的这一特点正好弥
补了空时码缺点，为空时码在后 3G宽带移动通信
系统中的应用找到了较为理想的解决方案．两者结
合不仅可以使空时码技术应用于频率选择性信道，
获得最优分集增益，而且译码器仅仅需要简单的线
收稿日期：2005一l1一l0
作者简介：羿宗琪 (1968一)，女，哈尔滨工业大学硕士研究生
性处理即可．空时编码的OFDM系统可提供更高容
量、数据速率和频谱效率．本文研究了空时编码与
OFDM相结合的方案．
2 空时编码的OFDM系统模型
2个发射天线和 1个接收天线的(2，1)空时编
码 OFDM系统如图 1所示．经过编码映射之后的信
号 (／2,)，首先经过串并变换．如果 OFDM调制时的
子载波数是 ，则输人信号经过1：M的串并变换之
后，变成有 个元素的向量序列x ，然后将向量序
列进行空时编码或空频编码．编码器同时取出两个
数 据 向 量 x x川 ，传 输 矩 阵 为 G =
n
，
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70 哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 第 11卷
图 1 空时编码的OFDM 系统框图
若天线#1在时刻t传输X ，时刻 t+ 传输一
+ ；天线#2在时刻 t传输 川 ，时刻 t+ 传输
． 这里 、 川 分别表示第 ／7,，／7,+1个 OFDM符
号．它们包含 个元素的向量，每个元素对应一个
子载波．其中， 表示 OFDM符号周期．这样的系统
称为STBC—OFDM系统．
若天线#1和天线#2的第一个子载波传输的码
字分别为 、X川 ；而两根天线第二个子载波传输
码字分别为 一 + 、 ．这样的系统称为 SFBC—
OFDM系统．由这样的传输方式可知，SFBC—OFDM
系统能够避免信道快速时变性而带来的不利影
响 J，这是该系统的一大优点．
以STBC—OFDM系统为例，接收端两个发射天
线发送的信号和高斯白噪声叠加在一起进入每一个
接收天线．假设经过理想的载波同步、定时、采样，再
经过去除循环前缀，FFrr解调，接收信号可以表示为
Yo=H1X + +1+Z (1)
Yo+1=一日1 +1+ +Z +1 (2)
式中， 、 分别表示第一、二发射天线与接收天线
之间的信道传输函数．z 和z川 表示高斯自噪声．
如果将 表示成 ， 川 表示成 X。，则
l，e=H X。+ 。+Z。 (3)
Yo=一H1 +H2 +Z。 (4)
计算的判决向量为
。
= H1 + (5)
o
= ll Y e—H Y： 06
= (I 1 I +1日2 I ) + 1-z。+ z (7)
。
= (J H1 I +I I ) 。+ z 一日1Zo" (8)
SFBC—OFDM系统的译码算法与 STBC—OFDM系
统的译码算法类似，不再详述．
3 性能分析
设 c=c ，c ，⋯，c 是空间的发送码字，而 e=
e ，e ，⋯，e 为最终的接收的码字，根据切诺夫界
(Chemoff Bound)，可以得到码字 c被判决成码字 e
的成对错误概率的上界为 J：
尸(c-~,elH)~<expP( ) (9)
空时编码 OFDM系统在宽带无线信道下的成
对错误概率可以表示为 J：
≤(
可见，在空时编码 OFDM系统中，可以提供的
最高分集阶数为 NML，即为发射天线个数、接收天
线个数、频率选择性衰落分集级数(多径数)的乘
积．也就是说，空时编码 OFDM系统能够同时利用
空域、频域和时域分集．
4 仿真及结果分析
4．1 仿真条件
仿真时假设信道环境是多径环境加白噪声，信
道估计可以准确地估计信道参数，并且信道是准静
态的．相应的仿真参数为：子载波数 M=48；IFFT
(FFr)点数为64；调制方式为 QPSK调制；信源编码
为 2／3的卷积码．
当多径数 L=2时，信道中各径的功率谱和时延
参数为：
Mdelay=[0 200] 10一s；Power=[0—3．6]dB
当多径数 L=6时，信道中各径的功率谱和时延
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^ 一 一 1 ． r●●1_-L 如 图
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第5期 羿宗琪等：空时编码的 OFDM系统性能分析
参数为：
delay=[0 80 240 320 400 480] 10一S；
Power=[0—3．6—7．2—10—13—20]dB
4．2 仿真结果分析
不同(N， )的STBC—OFDM系统在多径环境
L=2时的性能比较如图2所示．仿真结果表明，当
误码率为 1O 时，(2，2)STBC—OFDM系统所需要
的信噪比为(2，1)STBC—OFDM系统所需要的信噪
比低 6．5dB；比单纯的 OFDM系统所需要的信噪比
低 12．5dB．另外，当信噪比为 10dB时，(2，2)STBC
— OFDM系统的误码率是(2，1)STBC—OFDM系统
误码率的 1％；是单纯 OFDM系统误码率的0．3％．
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STBC—OFDM系统在多径环境 L=6和 L：2
时的性能的比较见图3．仿真结果表明，当误码率为
1O 时，L：6时所需要的信噪比较 L=2时所需要
的信噪比低2．2dB．可见，在STBC—OFDM系统中，
多径数越大，其性能越好．因此，分集技术以及空时
编码技术的应用，使得原本对系统性能有不好影响
的多径信道，变成对系统性能有利的因素．
图4是SFBC—OFDM系统在多径环境 L=2时
性能的比较．仿真结果表明，(2，2)SFBC—OFDM系
统比(2，1)STBC—OFDM系统及单纯的 OFDM系统
可获得更高的分集增益．
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(2，2)STBC—OFDM 系统在不同
信道环境中的性能仿真
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SNR／dB
圈4 SFBC—OFDM 系统性能仿真
5 结 语
71
综上所述，空时编码的 OFDM系统的误码性能
与单纯的OFDM系统相比有很大改善．采用空时编
码的发送分集技术，能有效改善移动通信系统的性
能，克服频率选择性衰落，降低误码，提高分集增益．
具体地说，STBC—OFDM系统误码率受信道时延影
响不大，能够有效对抗信道频率选择性衰落；SFBC
— OFDM系统误码率受多普勒频移影响不大，能够
有效对抗信道时间性衰落．随着第三代移动通信逐
渐投入商用，对下一代通信体制的研究已经开始．其
中，OFDM技术和基于空时编码的分集技术必将成
为研究热点之一．
参 考 文 献：
[1] TAROKH V，JAFARKHAN1 H，CALDERBANK A R．Space—time Block Codesform Orlhognnal Designs[J]．IEEETransactions onInformation
Theory，1999，45(5)：1456—1467．
[2] LIU z，XIN Y．Linear Space—time—frequency codedOFDM overfrequency2 selectivefading channels[J]．IEEETransactions 0I1 Signal Pro~ss—
ing，2002。50(10)：2465—2476．
[3] LU B，WANG X．Space—time code design in OFDM system[J]．IEEE GLOBECOM，2002，2：1000—10o4-
(编辑：董 晶)
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