浅析频率选择性信道中的微分空时编码

浅析频率选择性信道中的微分空时编码张延(西北政法大学信息网络中心,西安710063)摘要:本文介绍了两种空-时传输机制,通过在频率选择性衰落信道上使用两根传输天线,来得到全速率和全分集非相干性。第一种机制结合了频域的OFDM微分空一时分组编玛;第二种机制采用微分反时空-时分组编码,这样可以保证在不需要当前过采样或多根接收天线的情况下保证盲信道估计。关键词:盲估计;微分空时编码;衰落信道;码间干扰;多天线编码中图分类号:TN91.22文献标识码:A文章编号:1003-8329(2010)02001203Discussion on Differential Space-Time Coding in Frequency-Selective ChannelsZHANG TiNetwork Information Center, Nothwest University of Politics& Law, Xian 710063, China)Abstract This paper introduces two space-time transmission schemes which allow full -rate andfull-diversity noncoherent communications using two transmit antennas over fading frequency-se-lective channels. The first scheme operates in the frequency domain where it combines differentialAlamouti space-time block-coding(STBC)with OFDM. The second scheme operates in the timedomain and employs differential time-reversal STBC to guarantee blind channel identifiability with-out the need for temporal oversampling or multiple receive antennasKey words: blind identification; differential space-time coding; fading channels; intersymbol in-terference: multiple antenna coin以前的相关工作主要是在平坦衰落环境下考察1概述两根或更多天线的微分空一时编码机制、分组的微分编码机制,以及频率选择性信道下的相干的空空时编码因为其在无线通信中极大的提高了传时编码机制。本文主要是针对任意数量传输天线和输速率所以得到了广泛的关注。在频率选择性信频率选择性信道环境下的微分空-时编码道上使用N个发送天线和M个接收天线需要被盲估计技术能够消除传输中的训练符号。只基估计的信道参数有MM(v+1),是有限脉冲响应信于没有多个接收天线二次统计信息的FIR信道的估道阶数的上界。高阶的频率训练伴随着信道估计的计是不可能的,因为丢失了相位信息。本文提出的成本增加以及在快速时变环境中训练质量的下降,微分空-时编码使基于只使用符号空间采样的单接因此非相干的机制需要转换。收天线的二次统计信息的盲信道估计变得可能。综·作者简介:张题(1981-)男陕西西安人,在职研究生西北政法大学信息网络中心网络实验管理员主要研究方向为无线通信,计算机网络。《无线通信技术》2010年第2期上所述,本文的主要工作是下面两个方面:考虑空-时编码,并且可以一般的扩展为多接收天基于频率选择性信道环境下使用任意数量的发线。从发送天线到接收天线的频率选择性衰落信道送天线的背景提出一种基于OFDM的微分空-时被建模为有记忆u的FIR滤波器,分别为长度(编码的传输多样性机制在没有多个接收天线或当前1)的向量h“(n)}和h2(n)}在这里有个有用过采样信息的情况下,只利用二次统计信息,为保证盲信道估计提出时域的空-时传输多样性机制。的转换为(D)=∑(n)D。下面我们在频率选择性信道中提出两种扩展的2基于微分编码的空-时编码微分传输机制。在这两种机制中,为了避免子块间干扰每个传输块被分为两个子块每个子块长度为在有两根发射天线的情况下, alamouti的空-P,并且被u个保护符号分开时块编码把输入符号分组为(x,x2),反馈至空一3.1频域机制时块译码为:xx2)→tme↓ space对一个常量的传输块信道,OFDM提供了一系x2 2,列并行平坦衰落信道。前面谈到的微分传输技术可(x)表示复共轭操作。假设只有一个接收天线情况以被应用到频域。我们考虑FK调制中的两个符下两个连续时隙上的接收信号可以被写为=m号x(m)和X1(m),遵循编码机制可以被映射为(,2)-0x:(,x(m,点(m)x帮x中分别对应第根第元2],n=[n1,-2]r,n和n2是独立的方差为M/2二根传输天线的方向信息向量。X(1)和X(是通过的AWCN过程。在准静态信道的假设下,H是正交两根传输天线的长度为2P的符号向量P为FFT的的,即m=目hB2,其中h2=(+6),高1阶数。更明白的说,对于第一根大线,第二个行号和h2是第一根和第二根发送天线分别到接收天线的信道增益。为了在下一章节中方便提出频率选择送;第二根天线第二个符号x(2(m)通过第二个性信道下的微分空一时编码机制,我们用矩阵的方OFDM子块的第m个子载波发送。第二根传输天线式描述微分空-时编码。我们可以得到的OFDM子块结构相同传输符号为-x2(m)和x1(m)。因此接收端做FFT后,我们得到m子载Y1 Y2h,h2马马)+噪声源符号波上的接收符号为a(k)=[u1(k),2(k)]r,发送矩阵为x(k),接收符号为(4)在不考虑噪声时,上式可以写成4)/B1(m)h(m)1/x(m)x(m)噪声。=HX(k)。假设信道是两个连续块的准静态,上式-B2(m)B1(m)(-x2(m)x1(m)进一步为Y(k-1)Y(k)=1h2X(k-1)X()。本该式中H1(m)和B2(m)是子载波m上的信道h1(n)和h2(n)的信道频率响应。通过上述分析,文估计源符号包含在U)=(4(A)“()并可以清楚的得出平坦衰落信道的微分空-时编码机-正2(k)正(k)制可以应用在每一个子载波上。且定义微分传输规则X(k)=X(k-1)U(k),这是平台衰落信道下微分空-时编码的基础。下面本32时域机制文讨论微分传输规则如何扩展到频率选择性信道本文提出一种单载波的微分空-时编码机制它可以克服多载波技术的缺点,其处理都在空-时3频率选择性信道的微分空-时编码送信息。因此在D转换的符号第k个块的第一个本文在两个发送天线和一个接收天线的基础上和第二个子块上的接收次序为《无线通信技术》2010年第2期)(D)=B(D)x1(D)+(D)x(D)+2(D(D)=B(D)XD)+B(D)x(D)+2(DX(D)表示从第l个传输子块的第i个传输天线的发送顺序,=1、2,1=12。信息次序|x}eX(D)和它的时间反转共轭{动(-n)X(D)在两个天线和子块上传输可以表示为x(D)=x(D),x2(D)=x1(D),X(D)=-x(D+),x2(D)=-X(D)。对第k个传输块本文可以把接收次序的D转换表示为:(D)=(F(D)Y(D)=(B”(D)(D)X( (D) X(D)X (D-)X(D-)+(z1(D)z2(D)进一步可以写成(D)=(D)x(D)+2(D(D")=F(D)(D-)+2(D-)我们可以定义式矩阵x(D)的反转有简化的表示这个多项式x”(DP (D) X(D)矩阵也定义了一个乘法群,即如果定义Q(D)表示X T(D-)X(D的多项式矩阵,它有下面的属性:V1(D),V2(D)∈x (D-)-XT(D)Q(D),V1(D)V2(D)∈Q(D),[W(D)]-=x(D")X2 (D-)X(D)(D-)cQ(D)我们假设对于连续的传输本文定义x(D)x(D)=X(D),这里我们块k和k+1,信道仍然是不变的,即时*)(D)=定义X(D)x(D)X( (D-)H(D)。因此结合前面的分析我们可以得到x(D)x(D1),是单位矩阵表示2×2的多项(D)f(D)=(D)四"(D)+z"(D)这里z”(D)=2Q(D)(D)x(D)+和(D)(D)z2"(D)+2(D)z定义信息符号矩阵为U(D)=X(D)x"(D),服从微分空-时编码机制。信道增益矩阵等效为(D),并且四(D)=(D)(D)+B(D)(D)注意等效嗓声阵z(D)近似是原始噪声3dB衰减的2倍。至此,我们可以得到微分编码机制为x"(D)(D)x4(D)UQ"(D)使上式两边相等,我们可以得到:D)2(D-)x( D(D)-x (D)((D- )+x (D)X)(Dx*)(D)x(D)U4“”(D)+x2(D)D(D)x(D)和(D2)+X2(D)x(D)本文总结了频域和时域两种机制,频域机制基于OFDM,因此它的复杂性低有比较好的多速率能4结论力,但是同时也有较高的峰均比和较强的频率灵敏度;时域机制是单载波的,因此避免了OFDM系统本文介绍了在两根发射天线情况下的时域和频的两个缺点但是增加了算法的复杂度因为它要求域的全速率微分空一时编码机制,可以在频率选择对信道和噪声的盲估计。性信道环境中得到空间和多路径的多样性增益。空间空时编码结构保证了单接收(下转第18页)14《无线通信技术》2010年第2期是为了使有限的系统信道资源得到有效利用,即在生显著的变革相当程度上解决了WF的有限覆盖信道数量不变化的情况下,服务更多的用户。这一和3G的低速率数据传输问题。作为新一代无线带部分功能需要多址协议的控制算法来实现,而动态宽接入技术的代表之一,WMAX以其先进的技术性控制算法已经被证明具有较好的性能。由于一般的能吸引了业界的广泛关注,并且正逐渐显示出它在控制协议在处理随机到达的业务的时候,不区分业宽带无线接入技术领域的巨大潜力。面对来自3G务的类别例如,业务是新到达还是重发的,这样得的强劲挑战,WMAX在研发、产品化和市场化方面到的只是一个平均意义上的延时指标,对于部分重还需要进一步加快速度,这样才能在未来宽带无线传业务,延时没有保障,特别是对延时敏感的业务,接人领域尤其是无线城域网的竞争中占得先机。这在无线信道中,为了改善这种局面需要做相对较复杂的控制算法。参考文献4.3分组调度机制[1] IEEE802. 16-2001 IEEE Standard for Local and Metro在所有需要被解决的技术问题中,分组调度是politan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed最重要的(调度箅法提供了带宽控制、拥塞控制机Broadband Wireless Access Systems [S].2001制)。由于WMAX能够支持多种多媒体业务,采用2]Em.16-20( Revision of IE82.16-200面向连接机制其端到端的QS机制显得尤为重IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks要,为了提高系统频谱效率,满足用户间的公平性,Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Ac-cess Systems[S].2004同时很好地支持不同业务的Qs保证需要研究和[3]马楠刘培植张平.无线城域网中的关键技术[实现QoS解决机制的核心——MAC层的资源管理中兴通讯技术,2005,11(2):14~18和调度算法。在有关的参考文献中已经有人提出了[4]彰木根李茗,王文博,WMAx系统中QS机制研究公平队列分组调度算法在EE802.16的QoS架构[J].中兴通讯技术,2005,112):25~30中的应用,如加权公平排队(WFQ)算法。收稿日期:200912305结语IEEE802.16系列标准正在使宽带无线领域发(上接第14页)天线没有当前过采样下的二次统计盲信道估计。[2]佟学俭罗涛编著.OFDM移动通信技术原理与应用并且可以扩展到任意发射天线的场景中。[M].北京:人民邮电出版社,2000[3] H. Jafarkhani and V. Tarokh. Multiple transmit antenna参考文獻differential detection from generalized orthogonal designs[J]. IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, Pp. 2626[1](澳)武切蒂奇( Vucetic Branka)(澳)尤安(Yuan2631,Sept,2001jinhong)编著,王晓海译.空一时编码技术[M].北收稿日期:20091209)京:机械工业出版社,200418《无线通信技术》2010年第2期