空时频移键控及其应用
山西电子技术
2006年第3期
综述
空时频移键控及其应用
许魁
(解放军理工大学通信工程学院研究生3队,江苏南京210007)
摘要:与现有的有空时调削技术相比,空时频移键控具有设计简单,低的解码复杂度,接收端和发送端不需
要知遗馆道状态信息并且可以获得完全分集等优点.首先对空时频移键控进行介绍.并分析了其性能和特点,最
后研究了空时频移键控在协作分集中的应用.
关键词:空时编码;频移键控;正交设计;协作分集
中图分类号:TN911.21文献标识码:A
分析MIMO信道上传输的容最极限,我们知道.对于具
有多根发射和接收天线,且接收机端已知独立平坦衰落信道
的系统而言,信道容量随收,发天线数目的最小值呈线性增
长.对于天线数目已给定的无线通信系统,可以通过信道编
码来接近容量极限.因而一种适用于MIMO系统的编码技
术——空时编码应运而生.该编码在多发射天线和各个时
间周期的发射信号之间能够产生空域和时域的相关性.这种
空时相关性可以使接收机克服MIMO信道衰落的影响,从
而提高系统在误码率方面的性能.
GeeztLeus在其文章…中提出了一种基于空时编码的
调制方式,空时频移键控.与其他的酉空时调制方式相比,
该调制方式具有设计灵活简单,解码复杂度低,非相干检测
的过程中不需要知道信道状态信息等优点,因而得到了国内
外的广泛关注.本文首先对空时频移键控进行介绍,分析了
其性能特点,最后介绍了空时频移键控在协作分集中的应
用.
1数学模型
考虑M个发射天线,N个接收天线所构成的无线通信
系统.假设信道在下个符号持续时间内是不变的慢衰落.
衰落为频率非选择性.信号经ST-FSK调制的
流程
快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计
如图1
所示【2J.输入的二进制比特流每log2K个分为一组,依据
Gray映射规则映射为K进制的符号流k.将符号流每P个
分为一组.记为矢量k=[kl’k2,…,k]ro依据ST-FSK映
射规则将矢量k中P个符号映射为一个TXM的ST-FSK
分组xk,其中T=PK.
依据全速率的广义实线性处理正交设计的空时分组码
规则【J设计{Al.A2,….Ap}.其任一PXM矩阵A满足
Ap=fM,Ap=一A;,p?p.
定义K进制bX3K波形集的离散等效低集.经过Gray
编码后的符号流经过FSK调制后进行空时编码最终得到一
个发射分组.
图5中画出了未调制信号得到的空时编码分组以及调
制信号经过空时编码后的信号分组的等效低通波形.
第3期许魁:空时频移键控及其应用
血脚?
田3二进糊比特流和符号流
圈4离散FSK等效低通波形囊
圈5空时符号殛调镧后的等效低通波形
3性能分析
下面对ST-FSK,FSK以及酉空时调制【3J等调制方式的
性能进行比较.
图6中画出了二进制ST-FSK,二进制FSK,获得完全分
集和未获得完全分集时酉空时调制方式的性能比较.从图
中可以看出二进制ST-FSK与获得完全分集时的酉空时调
制具有相当的性能.而在得不到完全分集的情况下,酉空时
调制的性能较二进制ST-FsI<差得多.
我们知道酉空时调制【3]的设计过程中主要是对U矩阵
的设计,文中我们得出当发射天线数为2,接收天线数为1,
速率为1/2,符号周期T为4时,当u矩阵为[1,O,1,0;0.1,
1,0]时系统可以获得完全分集,当取u矩阵为[1,0,1,0;0,
1,1,1]时系统得不到完全分集.在接收夭线数目大于1,发
射天线数目大于2的情况下,U矩阵的设计将会非常复杂,
而且设计出的u矩阵并不能够保证获得完全增益.
以上分析可以得出,ST-闷(能够获得完全分集,而酉
空时设计中U矩阵的设计非常复杂,并且不能保证获得完
全分集.从图6中还可以看到二进制FSK的性能较sr
FSK要差的多.
图7中画出了在K=2,P:2,4,8时ST-FSK的误符号
率曲线.我们可以看到P越大误符号率的下降速度越快,并
且在大信噪比的情况下,P值越大系统的性能越好.究其原
因主要是:
信噪比IdB
田6二进制FSK,ST-FSK和酉空时调制方式的性能比较
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信噪比I曲
田7N=1.K=2.P=2,4,8时ST-FSK的误符号率曲线.R=1/2
由于系统的误符号率可以以成对差错概率的联合边界
作为其上界,即
=P{,,跏一删}?
?.
,
F
PK.K一为其成对差错概率,且的Cheroff边界为
‰,?号鱼(t+)州
其中P
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
示各接收天线的信噪比,l?d,.1?…?
dk.
M?0是矩阵,/T的奇异值.在接收天线个数N
=1,妇.,<1,m?{1,2,…,M},大时.FSK的误符号率曲线
11.5dB.换句话说,随着ST一蹦(由二进制变为四进制系统
的性能得到提高.
4ST_FSK的应用
ST-FSK所具有的设计灵活,复杂度低以及在其非相干
检测的过程中发射端和接收端不需要任何的信道状态信息
等优点,可以在天线数目变化较快的MIMO通信系统中得
到应用.协作分集(CooperativeDiversity)]E是基于虚拟天线
阵列构成的MIMO通信系统,其天线阵列由于是虚拟的因
而可以不断变化,所以Sr—,K可以在协作分集思想中得
到应用.
协作分集思想是由SendonaHs等人提出的,其目的是使
单天线的移动终端也可以实现空域分集,主要用于无线Ad
h0c网络,无线传感器网络,无线局域网,第三代移动通信中.
Hunter等人在其文献中[,】通过大量的仿真证实了协作分
集确实可以很好的优化网络资源,提高系统的鲁棒性.下面
简要介绍协作分集的工作过程.
0o
图中黑圆点表示源节点.灰圆点表示中继节点.黑方块表示目的节点.
圈9实现协作分集的原理圈
在协作的无线通信中,我们主要考虑移动蜂窝网或者
Adhoc网.下图表示了协作分集的原理.源节点,中继节点
和目的节点构成了一个简单的分集协作系统.其具体的工
作过程可分为两步,第一步;源节点以广播形式向中继节点
和目的节点发送信息,中继节点对收到的信息进行信号处
理.第二步:源节点和中继节点向目的节点发送信息,目的
节点通过某种合并方式合并两步接收到的信号.
在信息向目的节点发送的过程中,中继节点与目的节点
构成了一个虚拟的多天线阵.节点间的信道状态发生变化,
则参与协作分集的中继台站的数目就会相应变化,且变化速
度与信道状态变化的速度成正比,这就需要一个能够适应天
线数目快速变化的编码方式.ST-FSK正是凭借着其设计
灵活,复杂度低,不需要知道信道状态信息等优点,并与FSK
技术相结合后用于协作分集中,并最终用于无线Adhoc网
络,无线传感器网络,无线局域网,第三代移动通信中.
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Space-TimeFrequency-ShiftKeyingandItsApplication
XuKui
(PostgraduateTeam1ICE,PLAUST.NanjingJiangsu210007.China)
Abstract:ST-FSKhasanumberofadvantagesOVerexistingunitarySTmodulationdesigns.TheadvantagesofST-FSK撕easi—
el”fordesigning,canlowerdecodingoomplexityanddonotrequireanychannelstateinformationinbothreceiverandt毗mitter.
guaranteesfulldiversity.Inthispaper,Space-timeFrequency-ShiftKeyingisintroducedfirstly,andthenanalyzesitspe~ormance
andcharacteristic.Finally,theapplicationofSpace-timeFrequency-ShiftKe~nginC~3perativediversityispresented.
Keywords:~ace-timecoding;frequency-shiftkeying;orthogonaldesign;cooperativediversity