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基于空时编码的分集技术
姚树香 I 张启政 2
(1.厦门东海职业技术学院福建厦门 361000; 2. 中国海洋石油服务有限公司 福建厦门 361000)
[摘 要]近年来，为了提高无线频谱的利用率，一些学者提出了一种结合分集发送、调制和编码的空时码。空时码是应用于无线通信中的一种新的编码和信号处
理技术，它将信道编码技术与分集技术相结合，从而提高信号在无线衰落信道中传输的可靠性，采用这种技术以后，可以大幅度地提高无线通信系统的信息容量和
传输速率，并能有效地提高抗噪声和抗干扰的能力。
[关键词]空时编码衰落信道分集技术无线通信
中图分类号 :TN929 文献标识码 :A 文章编号: 1 009-914X (2∞9) 05( a )-0205-01
在移动通信系统中，移动台常常工作在城市建筑群或其它复杂的地理环境
中，而且移动的速度和方向是任意的.发送的信号经过反射、散射等传播路径后，
到达接收端的信号往往是多个幅度和相位各不相同的信号的叠加，使接收到的
信号幅度出现随机起伏变化，形成多径衰落。另外，气象条件的变化也会影响信
号的传播，使接收到的信号的幅度和相位发生变化，因此如何在恶劣的无线信道
下，提供高速可靠的无线数据通信，对研究学者来说是一个挑战。而解决这一
问题的唯一方法就是采用抗衰落技术，它包括分集技术、自适应均衡、跳频、扩频
交织及纠错编码技术等，其中主要的、且行之有效的是分集技术。
-、分集技术
分集技术 (Diversity Techniques)就是研究如何利用多径信号来改善系统
性能、补偿信道衰落的技术。它利用多条传输相同信息且具有近似相等的平均信
号强度和相互独立衰落特性的信道路径，在接收端对这些信号进行适当的合并
(Combining) ，大大降低了多径衰落的影响，改善了传输的可靠性。分集有二重含
义z一是分散技术，即如何得到多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号。分散
的方法有空间、角度、频率和时间等。二是合并技术，即如何把收到的多个统计独
立的衰落信号进行合并，从而降低衰落的影响，改善系统的性能。
二、合并技术
在分集中，接收端取得多个不相关的信号后要进行合并处理，合并又有分解
调前或后之分。常见的合并技术有2
(1)选择合并 (SC) .它选择瞬时 SNR 最高的支路信号。
(2)增益合并 (EGC) 。它是把各支路信号进行同相后再叠加，各路的加权权意
相等，其性能只比最大比合并稍微差一些，但要比选择合并好的多，是一种次最
佳的合并方案。
(3)最大合并佩。。它对各路信号进行同相加全权合并，权重是由各支路信
号所对应的信号功率与噪声功率的比值决定的，最大比合并的输出 SNR 等于各
路 SNR 之和，它是最佳的抗衰落线性分集合并技术。
(4)反馈或扫描分集。与选择合并相似，但它不是总采用信号最好的支路，而
是以一个固定顺序扫描多个支路直到发现某一支路的信号超过了预置的阙值，
选中这路信号并送到接收机，一旦这路信号降至阀值之下，扫描过程将重新开
始。在这四种合并技术中，最大比合并技术是较优的一种方法。
三、接收分集
传统的空间分集方法主要以接收分集为主，即在接收端采用多副天线接收，
然后将每一副天线上接收到的信号副本通过适当的组合方式，来提高系统的性
能。研究表明，在误码率为 10-' 的情况下来用两副天线进行接收分集，其信噪比
可以获得近 20dB的好处[!]。实际上，分集接收的核心是在接收端如何将得到的
这些不相关的信号副本组合。一般来说，信号的组合可用线性叠加表示:
r(t)=立 αkrk (t) (1)
r k (t) 为接收到的第 k 个信号副本， αk表示加权系数，则r(t) 表示组合后
的和信号。若只有一个系数不为零(最好的)，其它皆为零，即 aü;:: l，切，=0 ， (k1#
k2, k1 , k2 , ^k )这种组合方法就是最佳选择合并。若不管好的坏的，把所有收
到的信号全部叠加起来，即 α 产飞=^=飞就得到等增益合并方式。若在最短
时间内自动调节加权系数飞，便和信号 r(t) 的信噪比最高，就得到最大信噪比
组合方式。
对 K 重分集，最佳选择分集得到的平均信噪比为三 1/k，等增益合并方式得
到的为 1 +π/4'(K- 1)，最大信噪比组合方式得到的为 K. 显然，最佳选择
分集的效果最差，在 K = 2 时只能得到1. 8dB的好处，最大信噪比组合方式效
果最好，它比等增益合并方式要好差不多 1dB ，在 K →∞时，两者得到的好处儿
乎相同，但由于等增益实现要简单的多，所以实际系统中多采用等增益合并方
式。可以证明，在 Ray1eigh 衰落信道下， 4 重分集已经在 99. 9 弛的时间内基本
上克服了快衰落的影响，因此一般采用的分集不超过 4 重 2。
四、基于空时.码的分集技术
(1)空时分组码 (STBC)
空时分组码译码是利用正交性，采用最大似然译码算法来实现的。故空时分
组码具有很低的译码复杂度，而且还可能得到最大的发射分集增益.因此，空时
分组编码被得到广泛的应用.
图 1 STBC 工作框图
(2) 空时分组码的发送分集
空时分组码主要是在正交设计的基础上提出来的。设(屿， x" ^xJ为需要传
送的信息符号序列，采用正交编码矩阵:
c~ ^ c~ 八 c ，
G= I^ ^ ^
c~ ^ c; ^ c:
进行空时编码。这里 c; (t=1, 2，…p) 为 xρ" ^Xk及其共领的线性组合。一
个编码码字共有 P 个时刻，并按行由 n 副天线同时发送，即在第一个时刻发送
第一行，第二个时刻发送第二行，依此类推，共需 P 个时刻才可完成一个编码
码字的发送。因此，矩阵的每一列符号实际是由同一副发送天线在不同时刻发送
的。考虑到编码矩阵 G 之间的相互正交性，在同一副天线上发送出去的星座点符
号与另外任意天线上发送出去的符号是正交的。故这类码称为正交空时分组码，
由于其正交性，使编码系统简单，易于实现。基于分集的空时码应用于多发射天
线和多接收天线系统 (MIMω 中，在发射端和接收端使用多天线技术可以获得相
当高的信道容量和系统性能。
参考文献
[1J 李祥明，罗涛，乐光新。正交空时分组码性能估计的一种方法[J]。电子
学报。
[2J 罗涛，李祥明，乐光新。空时分组编者按码信道与多天线系统信道容量
比较[J]。北京邮电大学学报， 2001 ， 24 (2): 76-79.
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