??? 摘 要:? 介紹了基于發(fā)射分集的空時(shí)碼" title="空時(shí)碼">空時(shí)碼的結(jié)構(gòu)和編碼原理,，總結(jié)分析了基于發(fā)射分集的空時(shí)碼在移動(dòng)通信中的應(yīng)用和性能特點(diǎn)，并對(duì)其研究方向和發(fā)展前景進(jìn)行了探討,。
??? 關(guān)鍵詞： 發(fā)射分集? 空時(shí)編碼" title="空時(shí)編碼">空時(shí)編碼（STC）

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??? 發(fā)射分集的概念由接收分集技術(shù)引伸而來,。它是為減弱信號(hào)衰落的效果，使用多個(gè)獨(dú)立的天線或相關(guān)天線陣列,，把發(fā)射信號(hào)的復(fù)本以空間冗余的形式提供給接收端" title="接收端">接收端,。分集發(fā)射利用不同基站或同一基站中不同位置的天線發(fā)射信號(hào)到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的不相關(guān)性，借助移動(dòng)臺(tái)的Rake分集接收功能,，分別接收由不同天線或不同基站發(fā)出的信號(hào)再分集合并,，從而提高系統(tǒng)性能。
??? 空時(shí)編碼(STC)是近年來移動(dòng)通信領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新的編碼和信號(hào)處理技術(shù),，在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多個(gè)天線進(jìn)行信息的發(fā)射和接收,，在不同天線發(fā)射信號(hào)之間引入時(shí)域和空域相關(guān)，綜合利用時(shí)域和空域二維信息,，在接收端進(jìn)行分集接收,。空時(shí)編碼將空間分集、頻率分集及時(shí)間分集結(jié)合在一起,，從通信系統(tǒng)的整體出發(fā),，提高多徑衰落信道的通信質(zhì)量和數(shù)量。
??? 由于移動(dòng)用戶的增多,，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)從單純的語(yǔ)音業(yè)務(wù)擴(kuò)展到多媒體業(yè)務(wù),，無線頻譜資源日趨緊張，從而追求盡可能高的頻譜利用率已成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn),。長(zhǎng)時(shí)間以來,，人們一直致力于開發(fā)高效的編碼、調(diào)制和信號(hào)處理技術(shù)以提高無線頻譜的效率,?；诎l(fā)射分集的空時(shí)編碼技術(shù)就是能夠有效提高無線頻譜利用率的重要方案之一，這是人們?cè)趯?duì)發(fā)射分集和空時(shí)編碼的重要意義認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上取得的豐碩成果,。
1 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼編碼原理
??? 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼分為空時(shí)格形碼STTC（Space-Time Trellis Code)和空時(shí)分組碼" title="空時(shí)分組碼">空時(shí)分組碼STBC(Space-Time Block Code),，其編碼原理分別如下。
1.1 空時(shí)格形碼（STTC）
??? 空時(shí)格形碼是將格形碼與多個(gè)天線相結(jié)合的一類空時(shí)碼,。圖1給出了一種空時(shí)格形編碼方案,。在第k個(gè)時(shí)刻有b個(gè)比特信息輸入到編碼器中，在該編碼器中還包括若干個(gè)存儲(chǔ)器,，用于存儲(chǔ)k－1,，k－2，......時(shí)刻的輸入信息,，這些存儲(chǔ)器的個(gè)數(shù)由編碼網(wǎng)格圖的狀態(tài)數(shù)決定,。輸入的信息經(jīng)過信道編碼器之后有n個(gè)輸出，每個(gè)輸出在格（Lattice）內(nèi)取值,，然后每個(gè)輸出分別送入對(duì)應(yīng)的脈沖形成器,，其輸出再送到調(diào)制器，形成規(guī)模為2_b的空間內(nèi)的星座點(diǎn)發(fā)送出去,。C_kⁱ表示第k個(gè)時(shí)刻第i個(gè)天線上發(fā)送的信息符號(hào)星座點(diǎn),。如果在準(zhǔn)靜態(tài)衰落條件下,，即在一幀信息內(nèi)信道的衰落保持不變,，而幀與幀之間的衰落也相互獨(dú)立，將lb個(gè)輸入比特送入編碼器,，把這些比特分為l組,，每組b個(gè)比特，則重排串符號(hào)星座點(diǎn)碼字C₁¹C₁²…C₁ⁿC₂¹C₂²…C₂ⁿ…C_l¹C_l²…C_lⁿ,。通過適當(dāng)?shù)木幋a方式,，這種空時(shí)編碼方案可分別獲得最佳的分集增益和編碼增益。

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??? 對(duì)(3)式進(jìn)行載波和擴(kuò)頻解調(diào),解調(diào)后得到I,、Q兩路數(shù)字信號(hào),，送入最大似然判決器，進(jìn)行最大似然解碼,。
3? 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼的性能分析
??? 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼集發(fā)射分集與空時(shí)編碼于一體,，具有較好的頻率和功率有效性，大大改善了移動(dòng)通信系統(tǒng)的信息容量和信息率,，充分利用了無線頻譜資源,。實(shí)驗(yàn)仿真表明，基于發(fā)射分集的空時(shí)碼頻帶利用率可達(dá)到20～40bps/Hz,，空時(shí)格形碼和空時(shí)分組碼均可達(dá)到系統(tǒng)提供的最大分集增益,。
??? 由于空時(shí)格形碼考慮了前后輸入的關(guān)聯(lián),，它除了可以獲得分集增益外還可以在不犧牲系統(tǒng)帶寬的前提下獲得一定的編碼增益,。因此,，它比空時(shí)分組碼具有更好的性能，抗衰落能力較強(qiáng),?？諘r(shí)格形碼的主要缺點(diǎn)是編碼時(shí)搜索好碼比較困難，譯碼過程也比較復(fù)雜,。對(duì)于發(fā)射天線數(shù)固定的空時(shí)格形碼而言,，其譯碼復(fù)雜度（由譯碼器網(wǎng)格圖中的狀態(tài)數(shù)來衡量）將隨著傳輸速率的增加呈指數(shù)增加?？諘r(shí)格形碼另外兩個(gè)缺點(diǎn)是：采用軟輸入軟輸出的最大后驗(yàn)概率MAP算法譯碼時(shí)譯碼延時(shí)較大,，對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)來說無法忍受；碼優(yōu)化難度大,，串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的STTC碼優(yōu)化準(zhǔn)則目前還沒有確立,。正是由于以上問題的存在，空時(shí)格形碼的實(shí)用化進(jìn)程比較緩慢,，實(shí)現(xiàn)難度較大,。
??? 空時(shí)分組碼構(gòu)造容易，譯碼簡(jiǎn)單,。通過編碼正交設(shè)計(jì),，發(fā)射分集獲得了兩個(gè)顯著特性：一是正交設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在全分集時(shí)提供了最大的發(fā)送速率，因而沒有損失傳送帶寬,；二是應(yīng)用編碼矩陣列之間的正交性,，接收端獲得最佳信噪比，可以用最簡(jiǎn)單的最大似然解碼算法進(jìn)行解碼,?？諘r(shí)分組碼的主要缺點(diǎn)是性能改善有限，不能像空時(shí)格形碼一樣通過增加狀態(tài)數(shù)來改善性能,，抗衰落性能也不是很理想,。此外，在譯碼時(shí)需要知道準(zhǔn)確的信道衰落系數(shù),，這就要求發(fā)射端發(fā)射不同的導(dǎo)頻序列,，接收端采用大量的信道估計(jì)運(yùn)算，才可以達(dá)到空時(shí)分集效果,。當(dāng)空時(shí)分組碼與交織技術(shù)結(jié)合使用時(shí),，性能則有較大改善。根據(jù)正交設(shè)計(jì)理論的空時(shí)分組碼雖然不能獲得編碼增益,，卻具有很低的譯碼復(fù)雜度,，并且還可能得到最大的發(fā)射分集增益，所以已經(jīng)被正式列入WCDMA提案中,。
4 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼的研究方向和發(fā)展展望
?? ?當(dāng)前空時(shí)格形碼的設(shè)計(jì)中主要使用內(nèi)積距離和漢明距離,，在空時(shí)格碼編碼中如何尋找更合適的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)值得深入研究的方向,。V.Tarokh等人雖然給出了Rayleigh Ricean信道下的性能限，但是仍然缺乏更進(jìn)一步對(duì)衰落信道的容量分析,?？諘r(shí)格形碼與其它技術(shù)的結(jié)合（如智能天線、多用戶檢測(cè)和多重格碼調(diào)制MTCM的結(jié)合）已成為研究的熱點(diǎn),。
??? 正交設(shè)計(jì)是空時(shí)分組碼的核心,。雖然目前已有實(shí)正交和復(fù)正交設(shè)計(jì)方案，但正交設(shè)計(jì)仍然有研究的必要,。為使對(duì)方接收機(jī)具有最佳的性能,，將空時(shí)分組碼與功率控制相結(jié)合調(diào)整單根發(fā)射天線的功率及相位，也是研究的方向之一,。再者由于空時(shí)分組碼具有相對(duì)簡(jiǎn)單的譯碼算法和較好的性能,，所以存在將空時(shí)碼與其它前沿技術(shù)相結(jié)合的可能。例如,，正交頻分復(fù)用（OFDM）是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一,，將空時(shí)分組碼與OFDM相結(jié)合，不但可以得到極佳的性能,，而且還可以有效地降低OFDM盲信道估計(jì)的難度,。
??? 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼是近年來提出的一項(xiàng)充滿希望的關(guān)鍵技術(shù)。在當(dāng)前頻譜資源日趨緊張的情況下,，人們必須不斷挖掘頻譜資源潛力,，以滿足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)多媒體通信業(yè)務(wù)的需求。研究表明,，基于發(fā)射分集的空時(shí)碼是提高無線頻譜利用率的最有效的方法之一,，必將在未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)也應(yīng)看到,，空時(shí)碼的系統(tǒng)理論分析還有許多待完善的地方,，而且基于發(fā)射分集的空時(shí)碼如何有效地與智能天線技術(shù)、多用戶檢測(cè)技術(shù),、均衡技術(shù),、MTCM技術(shù)、OFDM技術(shù)等相結(jié)合,，仍有大量工作需要去做,。鑒于此，應(yīng)大力加強(qiáng)這些方面的研究工作,，在核心技術(shù)上不斷取得突破,，在理論上不斷成熟和完善，從而在未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)中,，使基于發(fā)射分集的空時(shí)碼為提高頻譜利用率發(fā)揮出更加突出的作用,。
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