西安电子科技大学纠错码课件8.MIMO技术与空时编码

MIMO原理理解空时编码MIMO（多输入多输出）是无线通信系统中的一种技术，它可以通过利用多个天线来提高信号的传输速率和可靠性。

空时编码是一种应用于MIMO系统中的编码技术，通过在发射时将信号分配到不同的天线上，并在接收时将接收到的信号进行联合处理，从而提高信号的传输效果。

在MIMO系统中，空时编码通过将信息在空间和时间上进行编码，可以在不增加信号带宽和传输功率的情况下提高信号的传输速率和可靠性。

空时编码有多种方式，其中最常用的是空时均匀编码（STBC）和空时分层编码（STLC）。

空时均匀编码是一种简单但有效的空时编码方式。

在空时均匀编码中，信息位被分成若干个块，每个块中的信息位被分配到多个天线上进行传输。

具体说来，在发送端，多个天线上的信号进行线性组合，并通过信号映射函数将信息位编码成多个矢量。

接收端则通过接收到的信号进行解码，并使用最大似然准则来恢复原始信息。

空时分层编码是一种比空时均匀编码更高效的编码方式。

在空时分层编码中，不同的信息位被分配到不同的天线上进行传输。

具体说来，在发送端，信息位被分为不同的层次，每个层次对应一个天线。

接收端则通过解码和检测算法来恢复原始信息。

空时编码的优点在于可以提高信号的传输速率和可靠性。

由于利用了多个天线进行传输，MIMO系统可以在相同的频带宽度内同时传输多个数据流，从而提高信号的传输速率。

此外，通过在接收端对多个天线接收到的信号进行联合处理，MIMO系统还可以减小多径干扰和提高信号的抗干扰能力，从而提高信号的可靠性。

然而，空时编码也存在一些限制。

首先，空时编码需要在发送端和接收端之间进行信号传输与处理，这会增加系统的复杂性和功耗。

其次，空时编码的性能受到信号的通道状况和天线配置的影响，需要进行精确建模和优化设计。

最后，由于空时编码需要多个天线进行传输和接收，它对设备尺寸和功耗有一定的要求，限制了其在一些应用场景中的使用。

总的来说，空时编码是MIMO系统中的一种重要技术，可以通过利用多个天线来提高信号的传输速率和可靠性。

MIMO-OFDM系统中的空时编码技术
管晓光;宋伟
【期刊名称】《广东通信技术》
【年(卷),期】2004(24)11
【摘要】MIMO与OFDM技术相结合成为4G宽带移动通信的核心技术.全面介绍了MIMO-OFDM技术及其特点,分析了3种空时编码技术,探讨了空时编码技术在MIMO-OFDM系统中的应用,并展望了其发展前景.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】管晓光;宋伟
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.5
【相关文献】
1.MIMO-OFDM 系统中的空时编码技术研究 [J], 叶梅竹
2.MIMO-OFDM系统中的空时编码技术的仿真研究 [J], 张传雄;陈杰姝
3.MIMO-OFDM系统中的空时频联合编码技术研究 [J], 唐云;王玲
4.MIMO-OFDM系统中的空时频编码技术 [J], 付卫红;杨小牛;曾兴雯;刘乃安
5.MIMO-OFDM系统中的空时码编码技术 [J], 杨萃
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MIMO―OFDM系统中的空时码编码技术如何进一步提高频谱效率和数据传输率，满足日益增长的多种无线数据业务要求已成为B3G无线通信系统的关键问题之一，而MIMO技术和OFDM 技术的结合在解决这一问题上体现出了巨大的优势。

目前，大量地把MIMO-OFDM技术应用在无线通信系统以提高系统性能的研究集中在如何在所有天线上分配子载波，使得基站根据信道状态信息来选择合适的子载波传输OFDM信号。

通常将MIMO技术和OFDM结合有两种方法：一种是利用多天线实现空分复用，提高数据比特率；另一种是利用多天线实现空间分集，从而提高传输可靠性。

基于MIMO-OFDM的STBC和SFBC能保证在频率选择性衰落信道中的分集增益，正逐渐成为热点研究分支。

1 系统模型考虑带空分复用的MIMO-OFDM系统，分别有个发送天线和个接收天线。

我们在发送端进行天线选择，从所有个发送天线中选择个天线来发送OFDM 信号，所以共有种可能的天线组合，假设在每个子载波上信道为平坦瑞利衰落的，这样系统信道可以建模成的三维矩阵，为子载波数，且矩阵元素为服从均值为0，方差为1（实部和虚部的方差分别为1/2）的独立同分布的复高斯变量。

经过天线选择后，信道变为的三维矩阵，在发送端，空分复用器首先把一组串行的信息比特流转换成和选择天线数相等的组并行的比特流，然后经过快速付氏反变换（IFFT）并加循环前缀（CP）后在选择出的个天线上发送，在接收端由个接收天线接收信号，经过采样、去循环前缀（RP）、付氏变换（FFT）和空分复用检测器后得到最后的信息比特流。

2 空时分组码编码的OFDM空时分组码是利用正交的原理设计各发射天线上的发射信号格式，实际上是一种空间域和时间域联合的正交分组编码方式。

在一定条件下，空时分组码可以使接收端解码后获得满分集增益，且保证译码运算仅仅是简单的线性合并，译码复杂度低。

考察一个具有K根发射天线M根接收天线的MIMO无线通信系统，信道为平坦衰落信道，不同发射接收天线对间的信道衰落相互独立。

MIMO—OFDM系统中的空时码编码技术作者：杨萃来源：《科技资讯》2014年第32期摘要：正交频分复用是一种高效的多载波调制技术，可以用来对抗无线环境中的多径衰落，减少码间干扰。

空时编码是一种发射分集技术。

该文主要研究了基于多天线正交频分复用的空时分组码和空频分组码的系统结构以及编译码方法。

仿真结果表明，将空时编码技术与多天线正交频分复用技术相结合能非常有效地抵抗频率选择性随机衰落。

关键词：多输入多输出系统（MIMO）正交频分复用技术（OFDM）空时分组码（STBC）空频分组码（SFBC）中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0001-01如何进一步提高频谱效率和数据传输率，满足日益增长的多种无线数据业务要求已成为B3G无线通信系统的关键问题之一，而MIMO技术和OFDM技术的结合在解决这一问题上体现出了巨大的优势。

目前，大量地把MIMO-OFDM技术应用在无线通信系统以提高系统性能的研究集中在如何在所有天线上分配子载波，使得基站根据信道状态信息来选择合适的子载波传输OFDM信号。

通常将MIMO技术和OFDM结合有两种方法：一种是利用多天线实现空分复用，提高数据比特率；另一种是利用多天线实现空间分集，从而提高传输可靠性。

基于MIMO-OFDM的STBC和SFBC能保证在频率选择性衰落信道中的分集增益，正逐渐成为热点研究分支。

1 系统模型考虑带空分复用的MIMO-OFDM系统，分别有个发送天线和个接收天线。

我们在发送端进行天线选择，从所有个发送天线中选择个天线来发送OFDM信号，所以共有种可能的天线组合，假设在每个子载波上信道为平坦瑞利衰落的，这样系统信道可以建模成的三维矩阵，为子载波数，且矩阵元素为服从均值为0，方差为1（实部和虚部的方差分别为1/2）的独立同分布的复高斯变量。

经过天线选择后，信道变为的三维矩阵，在发送端，空分复用器首先把一组串行的信息比特流转换成和选择天线数相等的组并行的比特流，然后经过快速付氏反变换（IFFT）并加循环前缀（CP）后在选择出的个天线上发送，在接收端由个接收天线接收信号，经过采样、去循环前缀（RP）、付氏变换（FFT）和空分复用检测器后得到最后的信息比特流。

MIMO原理理解空时编码MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）是一种通信技术，利用多个发射天线和多个接收天线来提高传输速率和信号质量。

MIMO技术的一个重要应用是空时编码（Space-Time Coding），它通过在时间和空间上对数据进行编码和传输来提高通信系统的可靠性和效率。

空时编码的关键概念是空时块编码（Space-Time Block Coding，简称STBC），它将数据块分为多个时间步长，并使用多个天线同时发送这些时间步长的数据。

通过利用多个天线可同时传输多个数据流，空时编码可以提高信道容量和系统可靠性。

一个STBC系统通常有多个发射天线和多个接收天线。

在发送端，数据被分成多个时间步长，并以特定顺序通过发射天线发送。

每个时间步长的数据通过编码矩阵进行处理，编码矩阵是一个由特定规则生成的矩阵。

编码矩阵的每一行代表发送天线的输出，每一列代表时间步长的信号。

编码矩阵的作用是将时间步长数据分配到各个发送天线，并进行合适的编码处理。

在接收端，通过接收到的信号进行处理还原出信号的原始数据。

这里的处理涉及到两个关键概念：空间分集（Spatial Diversity）和空时编码解码（Space-Time Decoding）。

空间分集是指通过多个接收天线接收并处理信号，从而减少信号在传输过程中的失真和干扰。

多个接收天线可以接收到不同的信号路径，并通过对接收信号进行处理，可以提高信号的可靠性和防止丢失。

空时编码解码是指通过对接收到的信号进行解码处理，从中还原出原始数据。

解码的过程涉及到信号处理算法，包括线性等式求解和最小均方误差等方法。

总的来说，空时编码通过将数据块分成多个时间步长，并在多个发射天线上同时发送这些时间步长的数据，从而提高传输速率和系统可靠性。

通过空间分集和空时编码解码的技术，接收端可以测量和估计信号的失真和干扰，并通过信号处理算法还原出原始数据。

空时编码在无线通信系统中得到了广泛应用，可以显著提高系统的性能和可靠性。

MIMO原理(理解空时编码)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：MIMO信道非MIMO系统用几个频率通过多个信道链接。

MIMO信道具有多个链路，工作在相同的频率。

该技术的挑战是所有信号路径的分离和均衡。

信道模型包括具有直接和间接信道分量的H矩阵。

直接分量(例如h11)描述信道平坦度，而间接分量(例如h21)代表信道隔离。

发送信号用s代表，接收信号用r代表。

时间不变的窄带信道定义为：了解H对于解码来说是必要的，并通过一个已知的训练序列估计。

如果接收器将信道近似值发送到发送器，则可以用来进行预编码。

预编码能改善MIMO性能。

香农推出了下列公式，可以计算理论信道容量。

它包括了传输带宽f g和信噪比。

大多数信道容量的改善都是基于带宽扩展或者其他调制。

这些因素并不能很大地提高频谱效率。

MIMO系统的香农容量又决定于天线的数量。

M是最小的M T(发送天线的数量)或M R(接收天线的数量)，表示空间信息流的数量。

例如，一个2x3的系统只能支持两个空间数据流，这个结果同样适用于2x4的系统。

对于MIMO，下面的公式给出容量的计算方法：MIMO容量随着天线的数量呈线性增加。

不对称的天线星座分布(例如1x2或2x1)被称为接收或发送分集。

在这些情况下容量(C Tx/Rx)随天线的数量呈对数形式的增长。

空间复用通过一个以上的天线发送多组数据流称为空间复用。

有两种类型必须考虑。

第一种类型为V-BLAST（Vertical Bell实验室分层空间-时间），它发送空间未编码的数据流，不需要考虑在接收器上对信号进行均衡处理。

第二种类型是通过空间-时间编码实现的。

与V-BLAST相比，空间时间编码提供正交编码方式，因此是独立的数据流。

V-BLAST方法不能分离数据流，因此会出现多个数据流的干扰(M SI)。

这会使传输变得不稳定，而前向错误编码并不总是能解决这个问题。

MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究随着移动通信技术的发展，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）无线通信系统已经成为提高通信质量和扩大系统容量的一种重要技术手段。

MIMO技术利用多个天线进行数据传输和接收，通过空间复用和信号处理技术，大幅提升了系统的可靠性和性能。

而空时编码方法则是MIMO系统中用于将多个输入符号映射到多个天线中传输的一种关键技术。

在MIMO系统中，空时编码方法通过将多个输入符号映射到多个天线上的信号进行编码和调制，以增加系统的传输速率和传输距离，并提高通信质量。

空时编码方法通常包括空时块码（Space-Time Block Code，STBC）和空时分组码（Space-Time Trellis Code，STTC）两种。

空时块码是一种广泛应用的空时编码方法，它将多个输入符号映射到多个天线的一个块中，通过时间和空间维度的编码，来提高系统的可靠性和性能。

空时块码可以分为质量编码（Orthogonal Design，OD）和选择性编码（Selective Encoding，SE）两种。

质量编码可以使得每个天线传输的信号具有正交性，从而减少了信号之间的干扰。

选择性编码则通过选择合适的编码矩阵，来进一步提高系统的性能和信号传输质量。

空时分组码是另一种常用的空时编码方法，它通过引入时变编码方式，将多个输入符号映射到多个天线上的信号进行编码和调制。

空时分组码通过在时间和空间维度中进行编码，来提高系统的可靠性和性能。

空时分组码通常采用分组结构和回旋编码结构，通过编码和调制后的信号传输，来增加系统的传输速率和传输距离，并提高通信质量。

而在MIMO无线通信系统中，空时编码方法的性能和可靠性受到多个因素的影响。

首先是天线数量的影响，多天线的引入增加了系统的自由度，可以提高系统的传输速率和可靠性。

其次是天线之间的距离和位置关系对系统性能的影响。

MIMO无线通信系统中的空时编码与预编码研究多输入多输出(MIMO)系统因为在容量和分集方面的卓越性能,成为未来无线通信系统的发展方向。

近十年来,针对MIMO系统的通信技术,如空时编码、空间复用和空分多址,成为无线通信领域的研究热点并取得很多进展。

本论文研究了MIMO系统中的差分空时编码技术、单载波频域均衡技术、多用户下行链路预编码技术以及用户调度技术。

论文的主要创新点列举如下:1.提出了用发射信号矩阵的幅度分量传递多个比特以提高频谱效率的差分空时编码方案,并针对该方案推导了利用相邻的两个编码周期的接收信号的差分检测算法,以及对发射信号矩阵幅度分量的序列检测算法。

针对采用QAM信息字符构造差分编码矩阵的差分空时块码,提出了一种避免信道能量估计的差分检测算法。

2.针对发射天线数为偶数的系统,提出了一种降低接收机计算复杂度的差分酉空时编码方案,该方案利用Alamouti空时码的正交特性和循环群的设计构造差分空时编码矩阵,能实现最大的天线分集。

同传统的采用对角信号矩阵的差分酉空时编码相比,所提方案在接收端的差分检测需要搜索的酉矩阵个数大大减少,且由于所采用的循环群中的酉矩阵的维数和个数都减少了,从而也简化了设计并提高了检测性能。

3.针对存在衰落相关性的MIMO信道,提出了利用衰落相关性信息设计差分空时块码的初始化矩阵的方法,设计准则是使差分检测的平均成对错误概率的上界达到最小。

最优的设计同时考虑发射端和接收端的衰落相关阵,但需要采用数值方法求解。

通过忽略接收端的相关性,可以得到有闭合表达式的次优设计,其性能接近最优设计。

4.针对快时变MIMO信道,利用时变信道的基扩展模型,提出了一种块差分空时编码方法。

该方法利用基扩展模型中各复指数基的系数在一个块内为恒定的特性,将一个块分为多个子块并在各子块间进行差分编码。

通过发射端的块交织和接收端的解块交织,信号检测不需要信道状态信息,从而避免了对快时变MIMO信道的估计。

MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）无线通信系统是一种通过利用多个发射天线和多个接收天线来提高频谱效率和数据传输速率的技术。

在MIMO系统中，通过使用空时编码（Space-Time Coding）方法，可以进一步提高系统的可靠性和容错性。

在MIMO系统中，空时编码方法是指将信息数据通过多个发射天线以不同的方式进行编码和发送，以增加系统的容错性和 reliability。

空时编码方法有多种，其中较为经典的方法包括：空时分组码（Space-Time Block Code，STBC）和空时分割复用（Space-Time Division Multiplexing，STDM）。

空时分组码是一种通过对信息块进行空时编码的方法，其中每个信息块被编码为多个码元并在多个发射天线上同时传输。

STBC方法适用于信道状况变化较快的情况，能够提供较好的容错性。

在接收端，通过对接收到的多个码元进行解码，可以恢复出原始的信息块。

STBC方法适用于较为简单的调制方式，例如二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）和四进制相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）。

空时分割复用是一种通过将信息数据分成多个子流并在多个发射天线上同时传输的方法。

STDM方法适用于信道状况变化较慢的情况，能够提供较高的吞吐量和数据传输速率。

在接收端，通过对接收到的多个子流进行解码，可以恢复出原始的信息数据。

STDM方法适用于较为复杂的调制方式，例如16进制相移键控（16 Quadrature Amplitude Modulation，16-QAM）和64进制相移键控（64 Quadrature Amplitude Modulation，64-QAM）。

空时编码方法的选择需要根据具体的通信场景和需求来确定。

无线通信系统中的MIMO空时编码技术王国珍;刘毓【摘要】In wireless communication system, the requirements on high quality and efficient broadband services are increasing. The space-time codes (STC) were designed to improve transmission quality, reduce BER, obtain higher encoding gain and diversity gain and improve the system capacity and spectrum efficiency using the multiple-input multiple-output (MI-MO) antenna system. Three kinds of space-time coding schemes (layered space-time code, space-time grid form code, space-time block code) in the multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication system are introduced. The performance of these three kinds of schemes are analyzed and compared.%在无线通信系统中,对优质、高效宽带服务的要求不断增加.空时编码(STC)的目的是利用多输入多输出(MIMO)天线系统,提高传输质量,降低误码率,并获得较高的编码增益和分集增益,提高系统容量和频谱利用率.较详细地介绍了MIMO无线通信中的三种空时编码方案:分层空时码、空时格形码、空时分组码,对这三种方案进行了性能分析以及比较.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)019【总页数】3页(P31-33)【关键词】空时编码;多输入多输出;分层空时码;空时格形码;空时分组码【作者】王国珍;刘毓【作者单位】西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121;西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121【正文语种】中文【中图分类】TN929.22-340 引言随着全球移动通信用户的不断增加，为了满足无线通信信道可靠并且高速的传输需求，已经形成了多种高效的调制和编码方案。