移动通信中的空时码技术分析.doc

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编 号：
审定成绩：

重庆邮电大学移通学院
毕业设计(论文）

设计（论文)题目:
移动通信中的空时码技术分析

单 位(系别） ：
电子信息工程
学 生 姓 名 ：
XXX
专 业 ：
电子信息科学与技术
班 级 :

学 号 ：

指 导 教 师 ：

答辩组 负责人 :

填表时间： 2012 年 5 月
重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书
设计（论文）题目 移动通信中的空时码技术分析
学生姓名 XXX 系别 电子信息工程专业 电子信息科学与技术 班级 XXXXX
指导教师 XXX 职称 XXX 联系电话 XXXXXXXXXXXXX
教师单位 XXXX 下任务日期_2012年_4_月_1日
主
要
研
究
内
容
、
方
法
和
要
求

空时编码技术是近几年来在通信领域新兴的研究方向，它主要用于解决高速无线通信下行传输问题.空时编码技术将信道编码技术与天线分集技术相结合,大幅度的增加了无线通信系统的容量，为无线传输提供了分集增益和编码增益，并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率，为解决无线信道的带宽问题提供了一条新的解决途径。
要求：
1、 阐述了空时编码的基本思想和原理.
2、 讨论空时编码的分类，针对一两种空时码的关键技术进行研究。
3、讨论空时码在移动通信中的应用。

进
度
计
划

第一阶段：3.21－4.5，查阅文献，熟悉本课题国内外的研究动态，选题的目的及意义。熟悉本课题的主要研究内容及方法，初步确定设计方案。填写毕业设计开题报告（不少于3000字）。
第二阶段：4.6－4.16，学习仿真设计所需工具。
第三阶段:4.17—5。2，按照早期的设计方案进行毕业设计核心内容工作，期间不断优化完善自己设计结果，直到达到满意的技术指标。
第四阶段：5.3－5。15，整理设计思路，设计过程,和设计结果；完成并提交毕业论文的初稿（不少于30页）。
第五阶段：5。16－5。25，与指导老师讨论，反复修改，并最终定稿。
第六阶段：5.26－6。3,填写毕业设计档案，完成论文答辩。

主
要
参
考
文
献

［1］ G.J。Foschini,” Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in Fading Environment When Using Multiple Antennas”, Bell Labs Technical Journal,1996，1（2）, 41—59
［2］ D。 Shiu and J. M。 Khan， ”Layered Space-Time Codes forWireless Communications UsingMultiple TransmitAntennas”, Proc。 of IEEE Intl。Conf. on Communication, Vancouver, June 6-10 1999。
[3] 程健，《专题-—无线移动通信中的空时编码技术》
[4］ 张国珍.MIMO系统中的空时编码技术的研究[D］.新疆：新疆人学2006.

指导教师签字： 年 月 日

教研室主任签字： 年 月 日
备注：此任务书由指导教师填写并于毕业设计（论文）开始前下达给学生。

III

摘 要

空时编码技术是近几年来在通信领域新兴的研究方向，它主要用于解决高速无线通信下行传输问题。空时编码技术将信道编码技术与天线分集技术相结合，大幅度的增加了无线通信系统的容量，为无线传输提供了分集增益和编码增益，并且能够提供远高于传统单天线系统的频带利用率,为解决无线信道的带宽问题提供了一条新的解决途径。空时编码技术具有很高的频谱利用率和较好的通信质量,能够满足高速数据通信业务的要求。空时编码分为:分层空时编码、空时格型编码和酉空时编码、差分空时编码。
论文结合阵列信号处理的方法研究空时编码技术，首先阐述了无线移动通信的发展及其关键技术引出了空时码技术的研究背景,空时编码的基本思想和原理，介绍了平坦衰落信道下的空时编码设计准则。接着根据接收端和发射端是否需要知道信道状态信息将空时编码分为两类,第一类空时编码需要知道信道状态信息，包括空时格型编码(STTC）、分层空时编码（LSTC)、空时分组编码（STBC）｝，对分层空时编码和空时分组编码进行了详尽的研究.第二类空时编码不需要知道信道状态信息，包括酉空时编码（USTC)和差分空时编码（DSTC)。论文对这两类空时编码的编译码原理、特点进行了研究。最后讨论了空时编码在移动通信中的应用。

【关键词】空时编码 分层空时编码 最大似然 迫零检测

ABSTRACT

The technique of space-time coding （STC） has been advancing drastically in recent years. This technique is mainly designed to combat channel fading in downlink transmission by combining the technique of channel coding and that of array diversity， hence increasing the capacity of wireless communications systems and giving diversity gain and coding gain to them。 It can also improve the bandwidth efficiency of traditional single-antenna systems。 This technique is intended to provide new solutions to the problem of limited bandwidth。 Space—time coding(STC） technology has better spectral efficiency and better communication quality. It can satisfy the need of high speed data communication services。 STC technology can divid into： Layered space—time coding (LSTC）， space-time trellis code modulation （ST TCM）, Unitary space-time coding （USTC)， differential space-time coding (DSTC)。文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途

This thesis is mainly focused on the space-time coding technique by combining array signal processing. Firstly, we introduce the principle of space—time code and give the design criteria of it for quasi—static flat-fading channels。 Secondly， we classify space-time coding into two types according to CSI available at both the transmitter and the receiver or not. The first type coding includes Layered Space-Time Coding （LSTC）, Space-Time Trellis Coding (STTC） and Space-Time Block Coding (STBC)。 And the second type coding includes Unitary Space—Time Coding （USTC） and Differential Space-Time Coding (DSTC）。 Then we detail their encoding and decoding theories， features, and performances。 Also the comparison between them is presented. Simultaneously, we present the examples and simulation results of them. Finallythe application of space-time coding in Mobile Communications。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

【Key words】STC LSTC ML ZF etection

目 录

重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文）任务书 I
第一章 绪 论 1
第一节 无线移动通信的发展及其关键技术 1
一、无线移动通信的发展 1
二、第二代移动通信中的关键技术 2
第二节 空时编码技术的发展过程 4
第三节 本文的主要工作 7
第二章 第一类空时编码 9
第一节 MIMO信道容量 9
第二节 空时信号模型和空时编码设计准则 11
一、空时信号模型 11
二、空时编码设计准则 12
第三节 空时格型编码 13
一、引言 13
二、空时格型编码的编码过程 13
三、仿真结果 15
四、空时格型码的优缺点 16
第四节 空时分组码 17
一、空时分组编码 17
二、空时分组码的构造问题 17
三、仿真结果分析 18
第五节 分层空时编码 19
一、分层空时编码的构造 19
二、分层空时编码技术及应用 20
第六节 本章小结 21
第三章 第二类空时编码 22
第一节 酉空时编码 22
酉空时码设计 22
第二节 差分空时编码 24
差分编码方法 24
第三节 本章小结 26
第四章 空时编码在移动通信系统中的应用 27
第一节 分层空时码在HSDPA业务中的应用 27
第二节 分组空时码在移动通信系统中的应用 28
第三节 空时格码在OFDM中的解决方案 28
结束语 30
参考文献 31
致 谢 34
附 录 35
一、 英文原文 35
二、英文翻译 41

VI

第一章 绪 论

第一节 无线移动通信的发展及其关键技术

移动通信是指通信的一方或双方是在移动中实现通信的。其中包括:移动台
与移动台之间通信、移动台与固定台之间通信,移动台通过基站与移动台或固定
台通信。移动台与基站之间是无线电通信链路.
无线移动通信传输信道复杂（时变的多径传播环境,以及传播损耗、慢衰落、
快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落等）。同时无线移动通信系统受到严重的干扰(远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同道干扰、码间串扰等），对设备要求更为苛刻(稳定性、成本、功能、功耗)，并且频谱资源有限.目前，无线移动通信方面针对这些特点已经发展了一系列的技术，包括分集技术，MIMO系统和空时处理技术等等。

一、无线移动通信的发展
现代无线通信起源十19世纪Hertz的电磁波辐射试验，真正的移动通信技术的发展应从20世纪20年代开始，到目前为止移动通信经历了从第一代模拟移动通信系统，第二代数字移动通信系统GSM(Global System for Mobile）,正向第三代(the 3rd Generation)移动通信系统以及后3G, 4G发展。
第一代移动通信系统存在的主要问题是：各系统间没有公共接口;频谱利用
率低；无法与固定网向数字化推进相适应第二代数字移动通信系统较第一代模
拟移动通信系统有很大的改进，但是也存在许多问题：没有统一的国际标准；频
谱利用率较低;不能满足移动通信容量的巨大要求；不能提供高速数据业务；不
能有效地支持Internet业务。
第二代移动通信系统3G的标准一一IMT-2000，是指使用2000MHz左右频段、提供业务速率高达2000kbps、计划在2000年左右试运行的全球移动通信系统，它有下面特点:
①系统的国际性，提供全球无缝覆盖和漫游，世界范围设计的高度一致性。
②业务的多样性,提供话音、数据和多媒体业务,车载通信速率为144kbps，
步行通信速率为384kbps，室内通信速率为2Mbps.
③高质量的业务，满足通信质量能达到与固定网相比拟的高质量业务要求。
④高度的灵活性，按需分配带宽，支持大范围、可变速率的信息传送。
⑤频谱利用率高、通信容量大.
⑥袖珍、多频、多模、通用移动终端。
⑦满足通信个人化的要求。
⑧系统初始配置能充分利用第二代系统设备和设施,随后实现平滑升级。
⑨低的费用，包括设备和服务两方面。
目前已被国际电信联盟（ITU）同意批准的3G主流标准有四种：
①3GPP的DS—CDMA-FDD(也称WCDMA）
②3GPP2的MC-CDMA(也称CDMA2000）
③美国的S C-TDMA(也称UWC—136)
④我国提出的TD—SCDMA系统作为第二代移动通信系统DS-CDMA—TDD
的低码片速率选项，这是我国移动通信历史上的重大突破。

二、第二代移动通信中的关键技术
（一）分集技术
衰落是影响通信传输质量的一个主要因素。快衰落的深度可达30-40dB，单是利用加大发射的功率来克服这种深度衰落是不现实的，而且会对其它发射机造
成严重的干扰。分集技术则是设计用来抗衰落的一种有效措施，它已广泛应用十
移动通信、短波通信等随参信道中。
分集主要分为两类：“宏分集"和“微分集宏分集主要用于蜂窝移动通信系统中，也称为“多基站分集”，这是一种减少慢衰落影响的分集技术,其做法是将多个基站设置在不同的地理位置上和不同的方向上.微分集是一种减小快衰落的分集技术,为了达到信号之间的“不相关"，可以从空间、频率、极化、角度及时间等方面实现这种不相关性。由于快衰落是移动通信的最大挑战，因此微分集就是通常所指的分集技术，主要包括空间分集（含角度分集、极化分集）、频率分集、时间分集(含多径分集)。
（二） MIMO系统
对于一个发射端有n个天线、接收端有m个天线的多天线系统，我们将它简记为系统。有时也将一个系统称为多输入、多输出（Multi—Input Multi-Output）系统，简记为MIMO系统。文献［17,18,19]从信息论的角度研究了多天线系统在衰落信道中的信道容量：对于n个发射天线和m个接收天线系统，其信道容量为：
（bit/s HZ） 式（1-1-1)
其中det(X）表示对矩阵X求行列式,表示X的共轭转置，是单位阵，
式（1-1—2）
为阶信道衰落系数矩阵，是从第i个发射天线到第j个接收天线间的复的瑞利衰落系数，表示n个发射天线发射的总功率和。
可以得到，多天线系统在信道容量上比单天线系统有显著的提高，这正是空时编码系统增加无线通信系统容量的理论依据。
(三)空时处理技术
现在的移动通信系统主要用时间域信号处理技术，智能天线与阵列信号处理是空间域信号处理技术。时间域处理技术不能有效的消除同道干扰（CCI)， 而空间域处理技术一般都要求窄带假设（即信号经过阵列长度所需的时间应远小于信号相干时间)和同时激活的用户数不超过阵兀数,这样需要将空间域处理和时间域处理结合起来,由此产生空时处理技术。利用空时处理技术能很好的结合单时间处理和单空间处理的各自特点,这是近年来通信领域与信号处理领域共同关注的热点。
空时处理技术的主要研究方向有空时估计（Space-Time Estimation)、空时检测(Space—Time Detection)、空时编码（Space-Time Coding)、空时均衡(Space-Time Equalisation）、空时分集（Space-Time Diversity)和空时波束形成（Space-Time Beamforming)等。空时处理技术充分利用了信号与信道的空间和时间的特性，从而有效地改善了阵列增益和分集增益、有效的消除干扰和抗多径衰落，从而提高系统的容量。
（四)其它移动通信关键技术
其它移动通信关键技术主要包括:智能天线技术,同步技术，功率控制,移动性管理等等。

第二节 空时编码技术的发展过程

分集技术是一种能够有效克服信道衰落的可行方法。常用的时间分集、频率
分集在提高系统性能时，要牺牲一定的频带利用率.而在实现空间分集时，信号既没有在时间域内引入冗余，也没有在频率域内引入冗余，只是将信号赋予一定的空间结构，在空域上引入了冗余。因此空间分集没有降低频带利用率，这对高速传输特别有利。
空间分集按照实现的位置不同，可分为发射分集（Transmit Diversity)和接收分集（Receiver Diversity）。关于接收分集的研究已有大量的文献资料，技术比较成熟;而对于发射分集则是这几年新兴的研究方向，由于下行传输的信道一般是未知的，加之移动端的体积和功率的限制，很难在移动端设计多个天线来实现接收分集，所以分集的任务很自然的落在了基站，因此发射分集的研究就具有更大的挑战性，其研究成果对提高无线通信的信道容量、抑制干扰和噪声具有重要的现实意义.
与多天线发射分集相对应的信道编码技术就是空时编码技术。空时编码技术
利用多发射和多接收天线，将发射分集技术和接收分集技术相结合,在各阵元的
发射信号之间引入时域和空域的相关，并且将信号处理技术与编码技术有机的结合在了一起，因而具有非常优异的性能。空时编码技术能有效地补偿信道的衰减、增加系统的容量、抑制噪声和干扰，并获得很高的分集增益和编码增益，因此具有广阔的应用前景.
空时编码的工作最初起源于20世纪90年代初期Stanford的Raleigth和Cioffi的工作[15］以及瑞士ASCOM的Wiittneben ［l6］，近期有突出工作的主要有Lucent Labs的Foschini与Gans[1］以及AT&T Research Labs的Tarokh ［2]等。
空时编码的模型最早是由美国的Lucent Bell实验室提出的，并于1996年提出了在无线通信中用多元天线构造的分层空时结构[3］，在此基础上他们开发出了BLAST试验系统。随后,美国AT&T实验室的Vahid Tarokh在此启发下，首先提出空时编码［2]（ STC: Space-Time Code）概念,信号在时间域和空间域上都引入编码就称之为空时编码。空时编码将发射分集和编码集于一体,具有较好的频谱有效性和功率有效性。在该文献中用格状编码调制(TCM）构造了的一种空时编码，称为空时格型编码（STTC： Space-Time Trellis Code）。后来,S。M。Alamouti[5］发现了一种简单的发射分集技术,在此分集技术中他实际上采用了简单的正交分组编码，这在后来的文献[6］中被归纳为空时分组编码(STBC: Space—Time Block Code）。这二种空时编码--—BLAST, STTC， STBC在解码时都假设接收端知道信道状态（Channel State Information）的确切信息，需要在接收端进行信道估计.
在某些环境下,接收端进行信道估计会非常困难，有时甚至根本无法估计.
因此，如何设计不需要信道估计的空时编码显得十分重要，酉空时编码[8］［9]和差分空时编码［9，10，11］就是根据这个要求提出的。酉空时编码（USTC: Unitary Space-Timecode)[8］在形式上类似于STBC，是Hochwald根据文献[14]的结论构造的一种接收端不需信道估计的空时编码。差分空时编码的概念最早由Tarokh[11]提出,Hughes[10］牺空时编码的思想推广到多天线信道，给出了一种基于酉空时编码的差分空时编码.
概括起来空时编码技术按照发射端和接收端是否需要知道信道状态信息分为两大类：
第一类空时编码：解码时需要确切知道CSI的，具体可分为下面三种:
①分层空时编码（LSTC: Layered Space-Time Coding）技术：
1996年，美国Bell实验室提出了分层空时编码的概念，并于1998年提出了分层空时编码技术的框架[3］,在此基础上开发出了BLAST （Bell Layered Space—Time）试验系统。这种系统的结构简单，易于实现。频带利用率随着发射天线的增加线性增加,它所能达到的频带利用率和传输速率是单天线系统所无法想象的，但其抗衰落性能不是很好。
②空时格型编码（STTC： Space-Time Trellis Coding）技术:
AT&T实验室的Tarokh等人提出的用于高速数据无线通信的格型空时编码
(STTC)技术[2]同时利用了传输分集和信道编码技术。这种空时编码以格型编码调制为基础,具有很高的编码增益和分集增益,但是编码和解码复杂度极高，目前多用计算机搜索实现,这是它应用受限的关键。
③空时分组编码（STBC: Space—Time Block Coding)技术:
由于空时格型编码的编译码比较复杂，美国的Cadence公司的研究人员提出
了一种基于正交设计的空时编码——空时分组编码［5，6,7].虽然它的性能比空时格型码的性能略差，但其构造容易，译码简单.但是空时分组编码在保证获得最大分集增益的前提下它的传输速率不能达到最大。
第二类空时编码:编解码时发射端和接收端都不需要知到CSI，具体分为两种:
①酉空时编码(USTC： Unitary Space-Time Coding)技术:
酉空时编码[8]在形式上类似于STBC，是Hochwald根据文献[14］的结论构造的一种接收端不需信道估计的空时编码，要求发送码矩阵为酉矩阵。
酉空时编码作为快衰落信道下的一种空时编码解决方案，因为好性能的酉空
时编码需要大量的酉矩阵［13］，如何更系统有效地解决这一问题则是今后一个重要的研究方向
②差分空时编码（DSTBC： Differential Space—Time Coding)技术：
Tarokh[11］提出一种简单的提供分集的发射方案,基本思想类似于单天线条件下的差分调制技术。它用在发射端和接收端都不知道信道状态信息。H。 Jafarkhani,Vahid Tarokh[12]基于广义的正交空时分组编码将此种差分检测方案由两个发射天线推广至多个发射天线。差分空时编码的最大优点是编译码都不需要CSI,在接收端它也支持最大线性解码,但是它与相应的空时分组编码相比，性能上要差3dB。
从目前的研究结果看，空时编码是一种极具潜力的技术，有着很好的应用前
景。空时编码体制已被纳入第二代移动通信(3G）的标准（IMT-2000标准）—CDMA2000和W—CDMA之中，也必将成为第四代移动通信系统中的关键技术。

第三节 本文的主要工作

本文主要讨论空时编码技术:
1.对空时编码技术按作者的理解进行了界定，讨论了空时编码的基本思想和
原理,通过分析空时编码的性能，得到空时编码的分集增益和编码增益的度量，
并给出了空时编码的一般设计准则。
2。对第一类的空时编码的三种空时编码的编译码原理、特点和性能进行分析，给出了相应的设计准则，并分别研究了空时格型码的编码过程、仿真结果分析，分层空时编码（LSTC)的构造及应用和空时分组编码(STBC)的构造过程和仿真分析。
3。对第二类空时编码的两种空时编码的编译码原理、特点和性能进行分析,
以及研究了酉空时码的设计和差分空时编码的编码方法。
4。讨论了空时编码在移动通信中的应用，具体列举了分层空时码在HSDPA业务中的应用，分组空时码在移动通信系统中的应用,空时格码在OFDM中的解决方案。
论文共分为五章，结构安排如下:
第一章绪 论介绍无线移动通信的发展及其关键技术，再介绍空时编码技术的发展过程，最后总结概括本文的主要工作。
第二章分析了第一类空时编码的性能,给出了空时编码的设计准则，并详细
分析了分层空时编码、空时分组编码和空时格型码的编译码原理、特点和性能,同时给出相应的仿真结果。
第三章重点介绍了第二类空时编码—即译码时发射端和接收端都不需要知
道CSI。首先详细分析了一种简单差分空时编码的编译码方法，接着将其推广到复杂的一般的情况中.分别分析了第二类空时编码中的两种编码—-酉空时编码（USTC）和差分空时编码。
第四章讨论了空时编码在移动通信中的应用，重点讨列举了分层空时码在HSDPA业务中的应用，分组空时码在移动通信系统中的应用，空时格码在OFDM中的解决方案。
最后概括性地总结了全文的主要结论，并指出了将来进一步研究的问题和需
要做的工作。

第二章 第一类空时编码

本章首先分析了空时编码的信息论基础——MIMO信道容量，接着给出了空
时信号模型，并由空时编码的差错性能得到了空时编码的设计准则。重点是对第
一类空时编码中典型的二种空时编码的编译码方法、原理和性能做了总结和比较。

第一节 MIMO信道容量

文献[1，14，19］从信息论的角度研究了多天线系统在衰落信道中的信道容量：
①SISO （Single Input Single Output），即单天线发射、单天线接收,其信
道容量为：
(bit/s HZ) 式(2-1—1）
其中h为从发射天线到接收天线之间的复瑞利衰落系数，表示发射天线发射的总功率。
②MISO （Multi-Input Single Output)，即多天线发射(n个)、单天线接收，其信道容量为：
（bit/s HZ） 式（2—1-2）
其中H=[ ，··· 了为n1的矩阵，表示矩阵X的转置,是从第i个发射天线到接收天线之间的复瑞利衰落系数，表示n个发射天线发射的总功率和.
③SIMO （Single InputMulti-Output即单天线发射、多天线接收(m个）,
接收端采用最大比合并时信道容量为：
（bit/s HZ） 式（2—1—3）
④MIMO CMulti-InputMulti—Output）,即n个发射天线和m个接收天线，其
信道容量为：
（bit/s HZ) 式(2—1-4)
根据多天线系统的信道容量表示式有下面的结论[2］ ：
①当信噪比很大时，系统处于未饱和状态时：系统的信容量与发射天线数n呈线性增长关系；当发射天线数固定时，系统的信道容量仅仅随着接收天线数m的增加呈对数增加。
②当系统处十过饱和状态时，即当n一直增加到n〉m时,会出现一个临界点，当n超过这个临界点以后,信道容量随n的增加将会变得缓慢。例如:当m=1时，发射天线数的临界值为n=4，当m=1时，发射天线数的临界值为n=6。

图2.1 （4，4)MIMO信道容量与了信道容量
无线MIMO系统引入了多个发射与接收天线,产生多个并行的子信道，这些信道相互正交，因而可以支持独立的数据传输。这就是MIMO可以大幅度提高信道容量的物理解释。
图2。1为无线MIMO信道容量与物理子信道（Sub—channel的容量随接收天线上的平均信噪比变化的示意图。各个子信道的容量之和等于整个MIMO信道的容量。它们与MIMO系统的信道矩阵H的奇异值一一对应。
可以看出，多天线系统在信道容量上比单天线系统有显著的提高，这正是空时编码系统增加无线通信系统容量的理论依据。
第二节 空时信号模型和空时编码设计准则

一、空时信号模型
采用空时编码技术的多输入多输出(MIMO）系统的空时信道模型如图2.2 。

图2。2 空时信道模型

发射天线数和接收天线数分别为n和m，显然这是一个(n， m)的MIMO系统。对十信道我们有下面的假设:各路径之间时延差可以忽略的,即不存在码间串扰，衰减是平坦的.信号从不同的发射天线同步发射。进一步假设信号的多普勒频移远小十信号的带宽.信道参数是随时间慢变化的（即信道参数在一个数据帧内的时间内是不变的，但随着不同的数据帧而改变）。
数据的发射过程为：信源输出的信息比特送入空时编码器，空时编码器将信息比特分割成n个长度相同的子数据流，每一个子数据流作为一个脉冲形成器的输入，然后经调制后，由发射天线同时发射。在每一个时隙t，第i个调制器输出的信，称之为空时码兀(Space-Time Symbol )，用第i个发射天线发射(1〈_i<_n)。n个信号同时从n个不同的发射天线上发射，并目_有相同的传输时间.每个接收天线上接收到的信号是噪声与n个经过衰落的发射信号的线性叠加.假设所采用的调制信号星座点已被归一化，即将调制信号星座的平均功率为1.

二、空时编码设计准则
衡量空时编码的性能的参数有两个:一个是采用多发射天线和多接收天线所获得的分集增益，它决定误码率曲线随信噪比增加的下降速度；另一个是编码所获得的编码增益，它在分集增益确定的情况下，决定误码率曲线的平移.
针对这两个衡量空时编码的性能的参数，并根据式(2-6)错误概率的上限，可以得到在准静态条件下空时编码的设计准则[2］.
(一) Rayleigh 衰落信道下空时编码的设计准则
1、秩准则(Rank Criterion）
为获得最大分集增益nzn，要求任何两码字和所构成的差矩阵必须是满秩。如对所有不同的码字对和，差矩阵B（，)，的的最小秩为r(r≤n)，则所获得的分集增益为mr ;
2、行列式准则（Determinant Criterion)
如分集增益以mr为目标，则编码增益可由矩阵A（，)=B（，)（,）的所有rr阶主余子式的行列式的和来衡量,使其最小值最大,就可获得最大的编码增益。其中要求A(，）能够覆盖编码码组中的所有码字.特别的，当分集增益以mn为目标时，为获得最大编码增益，所有不同码字对和所构成的矩阵A（,）的行列式的最小值必须最大化。
（二)Racian衰落信道下空时编码的设计准
1、秩准则Rank Criterion(与Rayleigh衰落信道下的秩准则相同)
2、编码增益准则(Coding Advantage Criterion）
设(，）表示矩阵A(，)的所有rr阶主余子式的行列式的和，其中r为矩阵A(,）的秩。则使得对所有不同的码字对和,乘积的最小值最大，就可获得最大的编码增益.
式（2-2—1）

第三节 空时格型编码
一、引言
空时格型编码STTC编译码的基本原理如图2。2所示:TCM编码器的基本结构在多数情况下可以看作一个有限状态的状态转移器,最新的信息源比特流数据用来确定编码器的从当前状态到下一个状态的状态转移，状态转移的结果就是要从多个发射天线上同时发射出去的一个空时矢量符STS。 STS的组成符号从原理上可以选择任何星座图，如QPSk， 8-PSk, 16QAM等。

图2。2 空时格型编码STTC的实现框图
1998年，AT＆T实验室的Tarokh等人提出了用十高速数据无线通信的空时格型编码STTC［20］,这种空时编码以格型编码调制为基础,可以提供最大可能的编码增益和分集增益，同时能够达到上面所给出的空时编码设计准则，而不会牺牲发射带宽，并目_能够有效的抵抗衰落，抑制干扰和噪声。

二、空时格型编码的编码过程
(假设在每帧的开始和结尾编码器处十零状）假设采用有个星座点的星座图进行调制,在每一时刻t，有b个比特输入网格编码器，该编码器有n个不同的生成多项式决定其n个输出,它们分别对应n个天线上发送的数据，此时数据已经不再是信息比特，是调制星座图中的符号。对应到格型图上，就是编码器根据当前所处的状态和当前输入的比特序列,选择输出分支，如所选支路为，，···了,则用发射天线i发送信号，i=1,2, 。 . .， n，并且所有这些信号同时发射。
采用图2.4所示的4-PSK星座图.在平坦‘漫衰落信道下，根据2。2节给出的设计准则,首先最大化分集增益，然后在此基础上再优化编码增益，利用穷搜索的方法得到了一些性能较好的空时格型编码。

图2.4 4-PSK星座图

图2.5 4—PSK， 4状态STTC状态转移图

图2.5给出了一种最简单的使用两副发射天线的空时格型编码的格型图。格型图表示网格空时编码器的状态之间的转移，格型图中最右边的一列数据表示编码器的状态，格型图左边的数字表示每一状态从该状态出发,转移到另一状态时编码器的输出，第一个数字表示从第一副发射天线上发射的信号的星座点标号，第二个数字表示从第二副发射天线上发射的信号的星座点标号。

图2.6 4-PSK, 4状态时延分集编码器
图2.6给出了对应的4—PSK-4状态的空时格型编码的编码器的结构