空時／頻編碼在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　0 引言

　　OFDM在頻域把信道分成若干正交子信道，可以有效地抵抗符號間干擾ISI。空時編碼和空頻編碼能夠充分利用空間、時間和頻率上的分集，因此將空時或空頻編碼與OFDM相結(jié)合構(gòu)成空時／頻編碼OFDM系統(tǒng)，能夠大幅度地提高系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗衰落、抑制噪聲和干擾。

　　1 空時編碼

　　空時編碼主要包括空時分組編碼(SFBC)、空時網(wǎng)格碼(STTC)和分層空時碼(LST)，目前研究的空時分組編碼大多是正交空時分組編碼，正交空時分組編碼以其編解碼簡單的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

　　為簡化計(jì)算，這里以2根發(fā)送天線和1根接收天線的Alamouti發(fā)送分集-空時分組編碼系統(tǒng)為例。把從信源來的二進(jìn)制信息比特每個比特分為1組，對連續(xù)的2組比特進(jìn)行星座映射，得到2個調(diào)制符號x1、x2。然后把這2個符號送入編碼器按照下面的方式進(jìn)行編碼：

　　經(jīng)過編碼后的符號分別從2副天線上發(fā)送出去。假設(shè)在時刻t發(fā)送天線1和2到接收天線的信道衰落系數(shù)分別為h1(t)、h2(t)，假設(shè)信道為塊衰落，記接收天線在時刻t和t+T的接收信號分別為r1、r2，有：

　　n1、n2表示接收天線在時刻t和t+T時的獨(dú)立復(fù)高斯白噪聲，假設(shè)噪聲的均值為0，每維的方差為N0／2。

　　根據(jù)最大似然譯碼得解碼后的信號為：

　　2 空頻編碼

　　空頻分組碼也是利用正交原理設(shè)計(jì)各發(fā)射天線上的發(fā)射信號格式，是一種空間域和頻域聯(lián)合的正交分組編碼方式。以二發(fā)一收的空頻分組碼系統(tǒng)為例，沒一個OFDM符號表示為，每一符號有N個子載波，輸入的信號經(jīng)過串并變化后為x=[x(0)，x(1)，…，x(N-1)]T，與空時編碼器不同的是，空頻編碼器對x內(nèi)的每2個相鄰子載波上的信號x(k)、x(k+1)進(jìn)行編碼，編碼后得到2個新的OFDM符號，把它們送到2根發(fā)送天線上。

　　對x進(jìn)行SFBC編碼，編碼采用類似于Alamouti提出的STBC分組變換方式，有：

　　空頻碼字的基本形式與空時碼是一樣的，但含義卻不一樣，空頻碼字的含義是：2根天線的第1個子載波傳輸?shù)拇a字分別是x(k)、x(k+1)，而2根天線的第2個子載波傳輸?shù)拇a字分別是-x*(k+1)、x*(k)。2個信道的沖激響應(yīng)分別為h1、h2，其FFT變換分別為H1、H2，則接收端的信號可以表示為：

　　Y(k)=H1(k)X1(k)+H2(k)X2(k)。 (6)

　　SFBC編碼后的碼組是正交的，這種正交性使得接收端能夠線性地區(qū)分來自不同發(fā)射天線的信號，在接收端進(jìn)行線性的解碼。經(jīng)過解碼后第k個和k+1個子載波分別為：

　　SFBC編碼中N個子載波構(gòu)成的不同路數(shù)據(jù)在不同天線上發(fā)送。各個天線之間的信道是相互獨(dú)立的，同一子載波經(jīng)過不同的深衰落，最后在接收端經(jīng)過解碼合并達(dá)到抵抗頻率選擇性衰落的目的。

　　3 基于空時／頻編碼的OFDM系統(tǒng)

　　3.1 MIMO-OFDM系統(tǒng)模型

　　設(shè)移動通信系統(tǒng)中，基站采用Nt個發(fā)射天線，移動終端采用Nr個接收天線，信息數(shù)據(jù)流送入空時或空頻編碼器后，分成Nt路并行數(shù)據(jù)流，再分別經(jīng)過IFFT調(diào)制單元后由Nt副天線同時發(fā)送出去。

　　假定系統(tǒng)加了適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)前綴，且保持嚴(yán)格同步，記第l個符號周期內(nèi)發(fā)送天線i，接收天線i上的信號依次為Xi[l，k]、Yj[l，k]，則在接收天線j上經(jīng)解調(diào)后的OFDM基帶等效信號可以表達(dá)為矩陣形式：

　　式中，Wj為N×1的列矢量，代表信道噪聲；Hij為發(fā)射天線i與接收天線j間的信道頻率響應(yīng)，Hij=[Hij[l，0]，Hij[l，1]，…，Hij[l，N-1]]T；Xi=diag(Xi[l，0]，Xi[l，1]，…，Xi[l，N-1])，為一對角陣。