1、多天线系统中的串行多天线系统中的串行Turbo空时码结构的设计空时码结构的设计（Serial Turbo space-time code)敖珺敖珺 西安电子科技大学，雷达信号处理国家重点实验室西安电子科技大学，雷达信号处理国家重点实验室 主要内容：一：引言二：空时格形码简介三：天线数目对系统性能的影响 四：多天线系统中空时码的设计五：Turbo 空时码编码器六：总结 一引言一引言 无线通信中存在着一些自身特有的难题:有限的频谱资源 多径衰落；远近效应 系统对发射功率的严格要求多径衰落是影响通信质量的决定性因素 分集是对抗多径衰落的有效手段 常用的分集方式 时间分集频率分集天线分集 1)空间分集
2、：即令天线间距较大实现天线分集;2)极化分集：令各天线具有不同的极化方向;3)角度分集：各天线具有不同的方向性 二空时码简介n目前有关空时编码与调制技术的分类 1）空时格形码 STTC 2）空时分组码 STBC 3）分层空时结构 BLAST 空时格形码可以提供最大可能的分集增益和编码增益，然而这种格形码的构造十分复杂，当天线数目固定时,码构造的复杂度随发射速率的增大呈指数增加。因此，我们需要用一些其他的方法来降低码构造复杂度。已经证明将栅格调制和Turbo码相结合可以在获得大的编码增益的同时提高带宽利用率。正是由于Turbo码迭代译码与空时格形码调制的栅格译码特性，我们可以将两者进行巧妙的结合
3、，从而降低空时格形码的码构造复杂度而不会损失分集增益。增益。二空时格形码简介三增加接受天线数目对系统性能 的影响在Rayleigh衰落信道下，具有N个发射天线，M个接收天线的通信系统在时间t第j个天线接收 到的符号表达式sE为总的接收符号能量 在在RayleighRayleigh衰落信道下，解码器将发射码字衰落信道下，解码器将发射码字c c错错判为判为e e的平均错误概率为的平均错误概率为三增加接受天线数目对系统性能 的影响其中，为路径增益矩阵A的特征值 i三增加接受天线数目对系统性能 的影响n当M趋向无穷时，上式又为 因为矩阵A的特征值之和等于A的对角元素之和 由此可见错误概率仅依赖于发射端
4、码字间的欧氏距离。同时码字的性能也只与矩阵A的对角元素有关。由A的定义可知，A的对角线的元素可以用来计算各发射天线码字间的距离，而非对角线的元素可以用来计算不同发射天线中码序列间的干扰。以上结果表明，当M趋于无穷大时，码间干扰最终可被被消除。三增加接受天线数目对系统性能 的影响四多天线系统中空时码的设计四多天线系统中空时码的设计 n当M大于N几时，我们可以不用考虑矩阵A中的所有项而只用考虑矩阵A中对角线上的元素，设计空时码时，主要考虑矩阵A的对角线上的元素，也即单个天线发射的符号，而不用考虑各个发射天线间的码序列干扰。这样就极大的减少了空时格形码的复杂度和解码过程 一般情况下，M最多是约等于N
5、。唯一的一个使得M N的方法就是将发射天线划分为几个组，并为每一个发射天线组设计独立的空时码。这个方法使得M的值远大于发射天线组数。当发射天线组间的码间干扰可以忽略时，空时码的复杂度就得到极大的降低，同时发射天线组中的每一个空时格形码的码状态数也减少了。值得注意的是，为每一个发射天线组设计的空时码只能在该发射组中才能实现天线分集，而不是在所有的N个发射天线中。四多天线系统中空时码的设计四多天线系统中空时码的设计图1 新型空时码的能量矩阵A四多天线系统中空时码的设计四多天线系统中空时码的设计 然而，将天线分组会导致分集天线增益的损耗，这是由于每一个编码器的传输信息都集中在各自的天线组。为了让以上
6、方法能够获得发射天线的全部分集增益，我们可以采用一些交织的方法。这就意味者，不同的码组之间可以周期性的相交换各自的天线组，从而充分利用分集增益。下面我们将证明，TURBO码结构引入空时编码，将会提高空时格形码字的性能。四多天线系统中空时码的设计四多天线系统中空时码的设计五五Turbo 空时码空时码Turbo space-time码编码器一一.Turbo 空时码编码器空时码编码器二二.Turbo Turbo 空时码译码器空时码译码器Turbo空时译码器的基本工作原理：由于在空时码的编码器前端采用了Turbo码的编码器的结构，那么在译码端，我们采用的也是与Turbo码译码相类似的次优化迭代译码算法
7、。该迭代译码算法的由两部分组成：分组码的MAP译码器和两个概率更新计算器MAP译码的输出概率和信息比特流的先验概率。分组MAP译码器对相应的分组码进行译码，并根据奇偶校验位和前一个MAP译码器的输出来改变这两个概率值。并将新的先验概率输出到下一个成分译码器。为了得到更好的译码性能，将此过程迭代数次。分组MAP译码算法的输入包括先验信息和分支矩阵。基本上，MAP译码器的输入矩阵是由接收符号与发射符号间的欧氏距离决定的。jtritq为接收天线j在时间t收到的信号 为发射天线在t时刻发射的信号 A.矩阵计算和第一个译码过程 B B多分支多分支MAPMAP译码器及信息交换译码器及信息交换 MAP译码器
8、输出的比特概率U，用 表示内部空时编码器的输入序列的第k个（包含奇偶校验位）比特位，y表示接收序列：kd 在下一个译码器工作之前，根据接收的奇偶校验码对先验信息进行更新：当所有R个接收码字译码完成后，则该阶段译码器的概率输出为：五总结五总结本文介绍了在半稳态和独立瑞利衰落环境下，分集多天线系统中的串行结构的Turbo space-time码的设计方法。这种方法使得人们可以用少量的空时码去构造大的多天线系统，从而不会增加系统的复杂度，同时也保证了系统天线的充分分集。该方法可以通过选择不同的R来调节性能和译码复杂度之间的关系。此外，由于此种空时码的一般性结构，使得人们可以很容易的调整系统参数来适应不同的环境需求。谢谢!
