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1、多天线系统中的串行Turbo空时码结构的设计,（Serial Turbo space-time code) 敖珺 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,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：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
2、极化方向; 3)角度分集：各天线具有不同的方向性,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，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。,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
3、第j个天线接收,到的符号表达式,为总的接收符号能量,在Rayleigh衰落信道下，解码器将发射码字c错判为e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,三增加接受天线数目对系统性能 的影响,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
4、系统性能 的影响,四多天线系统中空时码的设计,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。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
5、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,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,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,五Turbo 空时码,Turbo space-time码编码器,一.Turbo 空时码
6、编码器,二. Turbo 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。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
7、与发射符号间的欧氏距离决定的。,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多分支MAP译码器及信息交换,MAP译码器输出的比特概率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：,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,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!,
