4.5-多天线和空时编码解析

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.6,多天线和空时编码,提纲,MIMO背景,MIMO综述,MIMO信道容量,空时编码机制,空间分集提高链路质量-STBC/STTC,通过空间复用提高频带利用率-LSTC,无线系统中的MIMO,3GPP,IEEE 802.11n,IEEE 802.16(-2023:WiMAX),MIMO,综述,无线通信的进展趋势,将来的无线应用制造了不满足：要求无线访问具有高的数据率和高的链路质量,频谱已经稀缺而且成为昂贵的资源,带宽有限,标准，设备和系统容量的考虑打算了传输功率是有限的。,时间和频域处理是受限的，但是空间不受限MIMO,多输入多输出(MIMO)根本概念,MIMO的根本理念：通过多个放射和接收天线转变传输质量(BER)和数据率,MIMO的核心机制：空时编码(STC),STC的两个主要功能：分集&复用,最大的性能需要在分集和复用之间进展平衡,MIMO,技术的主要历史,空间分集,延时分集：,Wittneben,1991(inspired);,Seshadri&Winters,1994(first attempt to develop STC),STTC:,Tarokh et al.,1998(key development of STC)Alamouti scheme:,Alamouti,1998,STBC:,Tarokh et al.,1998,空间复用,First results hint capacity gain of MIMO:,Winters,1987,Ground breaking results:,Paulraj&Kailath,1994,BLAST:,Foschini,1996,MIMO capacity analysis:,Telatar,1995;,Foschini,1995&98,Spatio-temporal vector coding for channel with multipath,delay spread:,Raleigh&Cioffi,1998,四个根本模型,MIMO,信道容量,多径V.S容量,多径传播由于产生信号衰落始终被认为是一种“损害”,为了消退这个问题，引入了分集技术,天线分集是一种广义上的分集技术,最近的争论说明多径传播实际上对容量是有奉献的。,SISO,的香农界限,依据香农定理，单天线链路的信息论容量受限于链路的信噪比,每个特别的bps/Hz大约需要几倍的放射功率从1bps/Hz到11bps/Hz，放射功率必需增加大约1000倍),单TX天线组：MISO,一个天线组供给放射分集对抗衰落,和单天线比容量成慢的对数增长,单Rx天线组：SIMO,一个天线组供给承受分集对抗衰落,和单天线比容量成慢的对数增长,双天线组：MIMO,双天线组供给了放射和接收端的分集,和单发单收比较容量成对数增长,双天线组：MIMO,双天线组供给了并行的空间信道,和单发单收比较容量成线性增长,MIMO,相关技术,-,天线选择技术,MIMO,相关技术,-,预编码,MIMO,相关技术,-,空时编码,空时编码综合考虑分集、编码和调制，它的最大特点是将编码技术和天线阵技术结合在一起，实现了空分多址，提高了系统的抗衰落性能，且能通过放射分集和接收分集供给高速率、高质量的数据传输。与不使用空时编码的编码系统相比，空时编码可以在不牺牲带宽的状况下获得较高的编码增益，进而提高了抗干扰和抗噪声的力量，特殊是在无线通信系统的下行(基站到移动端)传输中，空时编码将移动端的设计负担转移到了基站，减轻了移动端的负担。,目前已经有了很多成熟的空时编码方案。,空时编码分类,空时编码技术,提高误码性能，传输速率下降,空时,分组编码,分层,空时编码,水平分层空时编码,垂直分层空时编码,对角分层空时编码,空时,格形编码,酉空时编码,差分空时编码,级连空时编码,预编码,空时技术,全码率全分集技术,MIMO,无线信道中两个主流技术,放射和接收的分集消退多径显著改善链路质量,空间复用使频谱效率大幅度提升,通过空间分集提高链路质量,空时块编码,(STBC)/,空时格形码,(STTC),STC是一种新的编码/信道处理框架，可为MIMO无线系统显著改善链路质量,对于一个输入符号序列，空时编码选择星座点在全部的天线上同时放射因此可同时获得最大的编码和分级增益,空时格栅码Space time trellis codes,8,PSK,八状态时延分集用作空时格行码,空时格栅码Space time trellis codes,空时格栅码可以供给最大可能的分集增益和编码增益，而不会牺牲放射带宽。然而。这种码的译码确需要使用Viterbi译码器的向量形式，当天线数目固定时，译码简单度随着放射速率的增大呈指数增加，明显不太有用。,空时块码Space time block codes,使用空时分组编码的放射分集Almouti空时机制,空时编码技术,空时块码Space time block codes,定义：,则：,其中,空时编码技术,空时块码Space time block codes,简化方法,解码方法ML的方法,二维,一维,结论：正交空时码的承受，有利于降低解码的简单度。这是由于，通过肯定的线性变换，原来的二维最大似然决策问题，简化为两个一维的最大似然决策问题。,分组空时编码Group STBC,对于天线数目较多或者放射天线数目少于接收天线数目的状况，可以考虑使用分组的方法来削减空时编码的规模，避开使用大天线数目的空时码。,具体的说，对于放射天线数很大的状况，可以考虑将放射天线分成假设干组。而对于其中的每一分组，则可以承受较小维数的空时码，如承受最简洁、且性能效果不错的Alamouti机制。,分组空时编码Group STBC,例如：对于8发4收的状况，通过分组可以使用2个4天线的空时码或者4个2天线的空时码来实现编码传输。,8,发,4,收系统中,4,组,2,天线空时编码方案,通过空间复用供给高的频谱效率-分层空时码(LSTC),水平分层空时码HLST,对角分层空时码DLST,MIMO-OFDM,系统,将MIMO系统与OFDM技术相结合，可以充分利用二者的优势，而又相互弥补缺乏之处。,1、MIMO-OFDM系统不仅有很高的频谱利用率，而且在OFDM根底上合理的开发了空间资源，可以供给更高的数据速率，提高系统容量，改善系统性能。,2、另一方面，参加了OFDM调制技术的MIMO系统在抗多径方面表现出了很大的优势，使得MIMO系统在频率选择性衰落信道中也能取作用,MIMO-OFDM信道估量,假设某时刻n放射的是导频数据，则,频域正交的块状导频方案,MIMO-OFDM信道估量,基于STBC的信道估量,MIMO,应用,将来无线标准中的MIMO应用,3GPP：MIMO-CDMA,空间分集,空间复用,IEEE 802.11n,波束成形,空间分集,空间复用,IEEE 802.16(-2023:WiMAX):MIMO-OFDM,波束成形,空间分集,空间复用,3GPP,开环,时间转换的传输分集:3GPP,正交传输分集:3GPP,空时传输分集:3GPP,空时扩频：3GPP2,IST-METRA(HSDPA):3GPP,CDMA-BLAST(HSDPA):3GPP,闭环,转换传输分集STD):3GPP,传输自适应数组(TXAA):3GPP,正交放射分集,承受OTD方式时，同一移动终端发送的经编码的数据分成两数据流分别用不同的天线发送。数据在编码、交错后用QPSK调制，解复用成两个数据流，两个数据流分别用两个正交的Walsh码发送，不同的放射天线承受不同的正交Pilot倍道。OTD格原始数据流分成两路并分别在两个天线上传输，即每个编码后的比特只在一个天线上传输。在接收端，分别解调两个数据流，然后复用、解交错和解码。接收端必需跟踪2L个多径局部，从而恢复出两个连续的编码比特。,IEEE 802.11n,IEEE 802.11工作组n 为下一代高速无线局域网定义下一代标准,目前的IEEE 802.11标准典型的是通过它们的峰值物理数据率来进展设计的,IEEE802.11n试图改进峰值流量到达至少100Mbps，实在MAC数据效劳访问点进展测量的,和目前的IEEE 802.11系统相比改善流量的4倍,IEEE 802.11n,的主要特点,OFDM物理层的增加,承受2*2的MIMO在20MHz带宽可到达100Mbps的流量,承受4*4MIMO可实现500+Mbps,带宽扩展选择,信道提升双倍40MHz)来进一步增加数据率,IEEE 802.16(-2023:WMAX),WiMAX:Worldwide Interoperability for Microwave Access based on IEEE 802.16(-2023)标准,IEEE 802.16：适合把有限，可持和移动的无线寻址整合在一起,MIMO,技术在,WiMAX,的应用,IEEE 802.16-2023的主要特点,Carrier:2-11GHz授权和授权-exempt),对于非视距环境更多的多径传播,使用先进的天线系统：技术,个物理层定义：,单载波访问,带TDMA(256个子载波,OFDMA 2048个子载波,MIMO技术进展-协作分集,Amplify and Forward,Coded Cooperation,Four Possible Cooperative Cases,