毕业设计（论文）线性分散码技术研究.doc

班 级 010841 学 号 01084033本科毕业设计论文 题 目 线性分散码技术研究 学 院 通信工程学院 专 业 空间信息与数字技术 学生姓名 导师姓名 毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文 线性分散码技术研究是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者： （签字） 时间： 年 月 日指导教师已阅： （签字） 时间： 年 月 日西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书学生姓名 学号 01084033 指导教师 职称 副教授 学院 通信工程学院 专业 通信工程 题目名称 线性分散码技术研究 任务与要求1. 了解MIMO系统的特点。了解现有空时码的分类、基本概念与编码译码方法。2. 了解线性分散码与其它空时码相比的特点，以及其编码准则与译码方法。3. 软件仿真线性分散码的误码率性能。开始日期 2012-3-5 完成日期 2012-6-20 院长（签字） 年 月 日注：本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）工作计划学生姓名 学号 01084033 指导教师 职称 副教授 学院 通信工程学院 专业 通信工程 题目名称 线性分散码技术研究 一、毕业设计（论文）进度起 止 时 间 工 作 内 容2012-3-5到2012-3-18 阅读相关资料，了解MIMO系统中 空时码的相关知识。 2012-3-19到2012-4-1 了解空时分组码的工作原理和特点。掌握线性分散码的特点，并了解其编码准则。2012-4-2 到2012-4-22 复习matlab编程语言。 2012-4-23到2012-5-20 用matlab编程实现一种线性分散码的编译码过程。2012-5-21到 2012-6-20 撰写毕设论文，准备论文答辩。二、主要参考书目（资料）1. Branka Vucetic, Jinhong Yuan著， 王晓海等译，空时编码技术，机械工业出版社, 2004。2. Hassibi B, Hochwald B M. High-rate codes that are linear in space and time J. IEEE Trans. Inform. Theory, July 2002, 48(7): 1804-1824.3. J.G.Proakis et al著 刘树棠 译. 现代通信系统（MATLAB版）M 第二版. 北京：电子工业出版社 2005.4. George Jöngren. Automatic Design of Orthogonal or Near-Orthogonal Linear Dispersive SpaceTime Block Codes. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 54, NO. 7, JULY 2006.三、主要仪器设备及材料1. 计算机2. 软件开发工具，如：matlab四、教师的指导安排情况（场地安排、指导方式等）1. 场地安排：科技试验楼603。2. 每周汇报毕设进度，严格执行“毕设进度”的安排。3. 定期与毕设学生交流，解决毕设期间其遇到的问题与困难。五、对计划的说明l 毕设中要求学生能够利用MATLAB软件仿真LDC的编码译码过程，验证其误码率性能。注：本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印）西 安 电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）成绩登记表 学 院通信工程学院专 业空间信息与数字技术姓 名陈伟学 号01084033成 绩题目名称 线性分散码技术研究 指导教师高明职 称副教授指导教师评语及对成绩的评定意见签名 年 月 日评阅人评语及成绩评定意见 签名 年 月 日答辩小组意见签名 年 月 日学院答辩委员会意见答辩委员会主任签名 （学院盖章） 年 月 日注：学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印摘要随着无线通信系统的快速发展，未来无线移动通信系统要求具有更高的数据率、更高的频谱利用率、更高的通信可靠性以及比较低的发送功率。多输入多输出（MIMO）技术在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，能够提供高速的数据传输速率和传输可靠性，因此MIMO技术已成为未来无线通信技术的发展趋势。空时编码技术是MIMO系统中的关键技术之一，可以利用空间维度来有效的提高系统容量和可靠性。本文针对空时编码技术及其应用进行了研究，首先介绍了MIMO系统的技术和发展前景，然后介绍了常见的几种空时编码技术，并对他们的性能进行了分析。最后着重研究了空时编码中的线性分散码并给出了仿真结果。关键词： 多输入多输出 信道容量 空时编码 线性分散码 Abstract With the rapid development of wireless communication system, the future wireless mobile communication system requires higher data rates, higher spectrum efficiency, higher communication reliability and lower sending power. Multi-input multi-output (MIMO) technology can greatly increase the communication system capacity and spectrum efficiency without increasing the bandwidth, so the data rate and reliability of the system are improved, therefore, MIMO technology has become the trend of future wireless communication technology. Space-time code is a kind of key technology of MIMO system which can provide an efficient way to improve the system capacity and reliability through using the space dimensionality. In this paper, the space-time code technology and its application were researched. At first, the technology and the development prospects of MIMO system were introduced, then several space time code methods and their performance were analysed. At last ,the linear dispersion code was deeply researed and the simulation result was given subsequently.,Keywords: multiple input multiple output channel capcity space-time coding liner dispersion code 目录第一章 绪论11.1 无线通信的发展21.2 MIMO技术产生背景41.3 空时码的产生和发展情况51.4 本文的主要内容6第二章 MIMO系统基本原理92.1 MIMO技术简介92.1.1 MIMO系统的概念与模型92.1.2 目前MIMO技术的研究和应用概况102.2 MIMO系统容量142.2.1 单输入单输出系统（SISO）信道的容量142.2.2多输入单输出系统（MISO）信道的容量152.2.3 单输入多输出系统（SIMO）信道容量172.2.4 多输入多输出（MIMO)信道容量18第三章 空时码基本原理213.1 空时信道模型213.2空时码设计准则223.3常见几种空时码233.3.1分层空时码(LSTC)233.3.2空时网格码(STTC)243.3.3正交分组码(STBC）25第四章 线性分散码294.1 线性分散码294.1.1 线性分散码解码314.2 线性分散码编码设计334.2.2 线性分散码设计方法354.3 线性分散码仿真39第五章 总结与展望41致谢43参考文献45第一章 绪论 无线通信是当今世界最活跃的科研领域之一。现代无线移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段，它突破了有线通信的物理限制，使得用户可以自由地在任何电波能够达到的地方进行通信，而且集中了网络接收和计算机技术的许多成果，这大大拓宽了通信的空间和活力。近年来，无线通信技术发展迅速，特别是在我国，手机用户已达到7亿多，而在全世界范围内，移动电话用户数目已经超过了固定电话用户。无线通信产业的迅速增长驱动了无线通信技术的发展和创新。正如20世纪90年代有线通信迅速发展一样，目前无线通信面临的主要问题是如何提供更高的数据传输速率。虽然在无线通信中仍然有很多技术问题没有解决，但是诸如光纤、路由、交换机等技术已经足够以满足用户对数据传输速率的需求。无线通信则面临着更加困难的问题。由于无线通信借以提高数据传输速率的传统资源-频率带宽和发射功率-目前都已经频临饱和，因此要依靠增加这两种资源的损耗来提高传输速率是行不通的。而用户对图像传输和电话会议等高传输速率数据业务的需求已经越来越迫切。现今世界上主要使用的第二代移动通信网络受到其最初设计目的的限制，根本无法满足用户的这类需求。自然地，人们开始研究全新的移动通信业务。时至今日，第三代移动通信标准已经基本定型，多家著名的通信设备商都已拿出了自己的系统解决方案，在韩国、日本等地3G网络甚至已经被商业应用。但是由于3G主要采用的还是传统的无线通信技术，能够提供的数据传输率还是偏低（384kbit/s-2Mbit/s)。运营商无法给出“杀手” 业务来吸引用户，3G在全世界的大规模商业应用举步维艰。此时，一种新的不需要损失频带和发射功率资源就能提供前所未有的数据传输速率的技术进入了人们的视野，那就是MIMO（多输入多输出）无线通信技术。近年来，基于MIMO系统的多天线技术在解决未来无线网络密集型业务容量瓶颈的新近技术中，显得非常突出。目前，MIMO技术已经被视作第四代移动通信技术的重要组成部分而受到通信界的广泛关注。无线通信的发展归根结底就是如何更充分地使用有限的、宝贵的频率资源以及实现更高密度的全球移动通信。 1.1 无线通信的发展 无线通信的最终目标是实现任何人可以在任何地点、任何时间与任何人进行任何方式的快速可靠的通信服务。 回顾通信发展的历史，我们发现了一个非常有趣有过程：1832年莫尔斯发明了电报，它传送的信息是由众所周知的点划码组成的，即人类最早的通信是采用数字方式进行的。以后贝尔又发明了电话，并由此造就一个电信产业。一个多世纪以来，以电话服务为主的电信业走了一条成功之路，取得了极大的发展。然而随着人类社会的发展，电信业务也从早期的电报、电话发展到今天多种业务并存的局面，通信的规模也发生了翻天覆地的变化。随着科学技术的发展，现代通信又进入了数字时代。20世纪90年代信息革命的浪潮，建设信息高速公路的号角声，信息和知识爆炸式的增长，特别是因特网商用化后的迅猛发展，使传统的电信业受到巨大的震动和冲击。带给我们的启示是，问题的核心在于“信息”。在信息和知识已成为社会和经济发展的战略资源和基本要素的时代中，人们更加需要随时随地获取信息，原来点对点的固定电话通信方式已远不能满足需求了。人类需要宽带的无线通信技术，来满足多媒体化、普及化、多样化、全球化和个性化的信息交流。无线通信是指采用电磁波进行信息传递的通信方式。早在1897年，马可尼使用800KHZ中波信号进行了从英国至北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的线无电报通信试验，开创了人类无线通信的新纪元。在无线通信初期，受技术条件的限制，人们大量使用长波及中波进行通信。20世纪20年代初人们发现的短波通信，直到20世纪60年代卫星通信兴起前，它一直是远程国际通信的重要手段，并且目前对应急通信和军用通信依然有一定实用价值。20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽、性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的重要手段。模拟调频传输容量高达2700路，亦可同时传输高质量彩色电视信号；尔号逐步进入中容量至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制与检测技术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性变化。特别应该指出的是20世纪80年代到90年代发展起来的一整套高速多状态自适应编码调制解调技术与信息号处理及信号检测技术，对现今卫星通信、移动通信、全数字HDTV传输、通用高速有线/无线接入，乃至高质量磁性记录等诸多领域的信号设计与信号处理及应用，发挥了重要作用。随着国民经济和社会发展的信息化，人们要通信息化开创新的工作方式、管理方式、商贸方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、医疗保健方式以及消费与生活方式。一、无线通信也从固定方式发展为移动方式，移动通信发展至今大约经历了五个阶段第一阶段为20年代初至50年代初，主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHZVHF单工汽车公用移动电话系统MTS。第二阶段为50年代到60年代，此时频段扩展至UHF450MHZ，器件技术已向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。第三阶段为70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验。第四阶段为80年代初至90年代中，为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段，并逐步向个人通信业务方向迈进；此时出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各类系统与业务运行，频段扩展至900MHZ1.9GHZ，而且除公众蜂窝电话通信系统外，无线寻呼系统、无绳电话系统、集群系统、无中心多信道选址移动通信系统等各类移动通信手段适应用户市场需求同时兴起并各显神通。第五阶段为90年代中至今，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起，其全球标准化及相应融合工作与样机研制和现场试验工作在快速推进，包括从第二代至第三代移动通信的平滑过渡问题在内。对于第三代移动TMT-2000纷纷参与标准的制定，经多次融合努力在1999年10月25日至11月5日芬兰赫尔辛基召开的ITU-RTG8/1第18次会议上5类RTT技术标准共6种方案成为最终结果。中国的TD-SCDMA方案也已成为其中之一。应该指出，UTRAWCDMADS及TIAcdma2000MC的相应起步样机已经诞生，包括以GSM、csmaOne后向兼容为基础的第二代半过渡设备（G）EDGE、cdmaIS-95BHDR（2.4Mbit/s峰值速率，64QAM调制）及cdma2000-1X等亦已推出。 1.2 MIMO技术产生背景在传统的无线通信系统中，发射端和接收端都采用一根天线，这种单天线系统被称为单输入和单输出SISO（Single Input Single Output）系统。据预测，今后10年，无线通信的速率将达到100Mb/s-1Gb/s.对于如此快速的通信要求，理论上已经证明，单天线（SISO）系统是难以承载的。随着现代无线通信技术的发展，人们对通信的质量和无线通信系统的容量提出了比以往更高的要求。但是，有限的频谱资源严重制约了通信的发展。根据Shannon所提出的信道容量公式(W代表带宽，S/N代表信噪比)，确定了在有噪声的信道中进行可靠通信的上限速率。以后的研究人员无论使用怎样的调制方案和信道编码方法，只能无线的接近它，都无法超越它，这也成为了现代通信发展的一大瓶颈。提高移动通信的信道容量的方法有很多，如设置更多的基站，拓展带宽等。增设基站意味着采用更多的蜂窝，这是提高容量代价最大的方法。由于目前实际的无线应用市场仍是在3G系统和WLAN（无线局域网）之间是微波频带，加大该频带的带宽，就会导致与现行的系统具有非常大的兼容性问题，其代价也是很昂贵的，因此更高频段的使用在近期内不是提高无线通信系统容量问题的最佳解决方法。在单天线系统中，提高信道容量的另一个办法是加大系统发射功率。加大系统发射功率可能引起人的健康状况的变化，对硬件设计者来说，这也是非常困难的，因为功放器件在大功率区域下的线性工作特征是很难设计的。另外，散热和发射功率的加大所引起的功率消耗也是移动终端所要考虑的问题。提高频谱使用效率的另一种方法是采用分集技术。多输入所输出（Multiple Input Multiple Output）系统，采用最佳合并的接收分集技术通常能够改善接收端的信噪比，从而提高信道的容量和频谱的使用效率。输入所输出（Multiple Input Multiple Output）技术的出现，从根本上打破了人们以往对无线频谱效率认识上的桎梏，它将经典的Shannon信息论扩展到更加广义的MIMO信息论，是信息理论的一次重大飞跃，对无线通信的系统结构，调制解调技术，编译码方法，信号检测技术以及信道估计等各方面都产生了及其深远的影响。目前，无线MIMO技术已经成为了无线通信领域的一大研究热点。1.3 空时码的产生和发展情况基于MIMO系统的快速发展，在有多根发射天线的时候，如何组织这多根天线发送信号是我们面临的新问题。以系统有两根发射天线为例，第一根发送什么信号？第二根如何发送信号？又如何协调它所发送的信号，使得整个系统更加有效和高质量，这些都是需要考虑的问题。空时码（space time coding）就是要回答这些问题。更具体的说，空时码的主要任务就是设计出码本以协调好多根天线，在不同天线，不同时刻传送不同的信号，使得整个系统有最好的性能。由此也可以看出，多天线系统中的核心内容就是空时码技术。 空时码技术成为多天线系统理论中的核心，不仅在于上述理由，其实还有更深层次的原因。事实上，由于系统有多根天线发送信号，有多根天线接收信号，而每根发送天线与接收天线之间构成了一个传递信息的通道，这样在发送方与接收方之间就构成了多个通道。另外由于信道是无线的，所传送的信号受到空间电磁环境的影响。例如，由于距离而引起的信号强度的衰减，由接收方周围环境而引起的信号反射、折射，由接收方的移动而引起的信号衍射等多种因素都会影响到接收的信号，并且这些影响因素是无法事先确定的，从而信道的影响是随机的，会时好时坏，好的时候能增强接收到的信号，坏的时候则会削弱接收到的信号。因此，单天线系统只有一个通道，被削弱了到无法检测的信号就无法恢复；而多天线有多个通道，假如某个通道被削弱，但同时另外的通道可能得到增益。多个通道同时被削弱到不可检测的可能性大大地降低，这就是所谓的多天线空间分集（space diversity）充分利用空间分集的最有效方法是同一个原始数据信息通过所有的发射天线发送，这样才可能充分地利用所有的通道。但如果所有的天线只传送同一信号，势必影响到系统的传输速率。因此需要进行空时编码来平衡这两者之间的关系。 多天线系统还创造了另外一个分集，这就是时间分集（time diversity），即同一原始信号在不同的时刻多次被传送，这些同样可以通过不同的通道到达接收端。但如果天线在不同时刻都发送同样的信号，系统的传输速率将大大的降低。因此，需要合理地安排信号的发送，这也是空时码的基本任务之一。 总之，多天线系统中的多发多收创造了空间分集和时间分集，这就是多跟天线带来的物理上的好处。但要充分地利用者两个分集的好处，就必需进行编码，安排好所要发送的信号，这就是为什么要构造空时码的最基本原因之一。 已经知道多天线系统中的关键技术是空时码，那么，如何构造空时码呢？早在20世纪末，Tarokh等首先考虑了一个多天线系统的码本的构造原则，或者说构造准则。他们假设系统的传送方不知道信道信息而接收方完全知道信道信息。在这样的假设之下，他们分析了系统的成对错误概率公式，并得到了相应的Chernoff上界。为了使得此上界能够达到极小，码本必需满足连个条件，而这两个条件就成了空时码构造的基本准则。在他们的论文发表之后不久，酉空时码与差分空时码的设计准则也相继被提出，这些准则也是建立在成对错误概率公式分析的基础之上的。与前面所提的空时码不同的是，在这两种码适用系统中并不需要接受方知道信道信息。 最早出现的系统性的构造方法是正交空时码（orthogonal space-time codes）。特殊的正交空时码最先是由Bell实验室的Alamouti提出，而后由Tarokh等借助于数学中的正交设计理论推广到一般的情形。正交空时码的不足之处是符号速率不够高。为了提高符号速率，后又提出了拟正交空时码（quasi-orthogonal space-time codes)。按照空时码适用信道环境的不同, 可以将已有的空时编码方案分成两大类: 一类要求接收端能够准确地估计信道特性, 如分层空时码、网格空时码和分组空时码、这些称为一类空时码; 另一类不要求接收端进行信道估计, 如酉空时码和差分空时码这两种称为二类空时码。近些年来，空时码的研究取得了相当可观的成果，随着未来无线通信系统的发展，空时码技术必然会越来越成熟，取得更多的成果。1.4 本文的主要内容本文的研究内容及章节安排如下： 第一章介绍了无线通信发展概况和历史、和最新的研究方向，指出下一代无线通信系统MIMO系统，以及基于MIMO系统的空时编码，从而介绍空时码的发展情况。 第二章对MIMO系统建立了数学模型，MIMO基本原理： 包括MIMO简介，MIMO容量；然后针对MIMO系统性能的两个方面：复用和分集进行了介绍和分析。 第三章介绍空时码基本原理 介绍空时码设计准则，介绍分层码，网格码，正交分组码的模型和编码方式及其性能的分析。 第四章研究了空时编码中的线性分散码，介绍线性分散码的编码相关内容，最后给出仿真结果。第五章总结了全文的主要工作，并介绍了有待进一步分析研究的一些问题。 第二章 MIMO系统基本原理 多入多出(MIMO)或多发多收天线(MTMRA)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统必须采用的关键技术。 2.1 MIMO技术简介 MIMO（Multi Input Multi Output）就是多出多入多天线技术，所谓MIMO是指网络资料经过分割后变为无线网络讯号，再通过多重天线进行同步发送，接收端同样使用多重天线来接收，然后利用时空变换，将分开的资料重新组合。OFDM+MIMO宣告着真正无线通信高速时代的来临。 MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效地提高了系统的传输速率，即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率，MIMO还可以利用环境中的反射波来组合讯号。信号经过分割传送，不仅单一流量降低，可拉大传送距离，又扩大了天线接收范围，因此MIMO技术不仅可以提高既有无线网络频谱的传输速度，而且又不用额外占用频谱范围，更重要的是，还能扩大信号接收距离。可见，MIMO并不是简单地增加天线。MIMO提高传输速度的手段是空分复用（SM）， MIMO的核心根植与此。 MIMO实现的难度在于如何对空-时-频-码（四维）编码的提供进行正确的检测。 复杂度自然高了一数量级。2.1.1 MIMO系统的概念与模型 通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道，MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。图2.1所示为MIMO系统的原理图。传输信息流s(k)经过空时编码形成M个信息子流ci(k)，I=1，M。这M个子流由M个天线发射出去，经空间信道后由N个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。 S（k）空时解码空时编码信源.NM图2.1 MIMO系统原理图特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。2.1.2 目前MIMO技术的研究和应用概况 MIMO技术大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得数据符号多个独立衰落的复制品，从而获得更高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用1根发射天线n根接收天线，发送信号通过n个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n，平均误差概率可以减小到1/n.对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。广义上来说，智能天线技术也可以算一种天线分集技术。 分集技术主要用来对抗信道衰落。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供额外的信息来增加通信中的自由度(degrees of freedom)。从本质上来讲，如果每对发送接收天线之间的衰落是独立的，那么可以产生多个并行的子信道。如果在这些并行的子信道上传输不同的信息流，可以提供传输数据速率，这被成为空间复用。需要特别指出的是在高SNR的情况下，传输速率是自由度受限的，此时对于m根发射天线n根接收天线，并且天线对之间是独立均匀分布的瑞利衰落的。 MIMO系统的空间分集：单天线系统只有一个通道，被削弱到无法检测的信号就无法恢复；而多天线系统有多个通道，假如某一个通道的信号被削弱，但同时另外的通道可能得到增益。多个通道同时被削弱到不可检测的可能性打打地降低，这就是所谓的多天线空间分集（space diversity）充分利用空间分集的最有效方法是同一个原始数据信息通过所有的发射天线发送，这样才可能充分地利用所有的通道。但如果所有的天线只传送同一信号，势必影响到系统的传输速率。因此需要进行编码来平衡这两者之间的关系。 MIMO系统的时间分集：时间分集 即同一原始信号在不同的时刻多次被传送，这些同样可以通过不同的通道到达接收端。但如果天线在不同时刻都发送同样的信号，系统的传输速率将大大的降低。因此，需要合理地安排信号的发送，这也是空时码的基本任务之一。总之，多天线系统中的多发多收创造了空间分集和时间分集，这就是多跟天线带来的物理上的好处。但要充分地利用者两个分集的好处，就必需进行编码，安排好所要发送的信号，这就是空时码的作用MIMO系统的频率分集：通过用不同的频率来实现分集支路，频率间隔必需足够的大，以便不同的频率衰弱是不相关的，通常称之为频率分集。通常用相干带宽来描述不同的频率的相关度，当频率间隔小于相干带宽时，认为信道是平坦的。当频率间隔大于几倍相干带宽时，可以认为信号衰落是不相干的。和空间分集相比，频率分集只用一副天线，但是占用了更多的频谱资源。频率分集多用于扩频技术与OFDM技术中。根据子数据流与天线之间的对应关系，空间多路复用系统大致分为三种模式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。如图2.2所示，原始数据被分为若干子流，每个子流之间分别进行编码，但子流之间不共享信息比特，每一个子流与一根天线相对应。D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出，每一个子流与一根天线相对应但是这种对应关系周期性改变，如图2.21所示，它的每一层在时间与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST(Diagonally- BLAST)。D-BLAST的好处是，使得所有层的数据可以通过不同的路径发送到接收机端，提高了链路的可靠性。其主要缺点是，由于符号在空间与时间上呈对角线形状，使得一部分空时单元被浪费，或者增加了传输数据的冗余。如图2.21所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号(对应图中右下角空白部分)，为了保证D-BLAST的空时结构，在发送结束肯定也有一部分空时单元被浪费。如果采用burst模式的数字通信，并且一个burst的长度大于M(发送天线数目)个发送时间间隔 ，那么burst的长度越小，这种浪费越严重。它的数据检测需要一层一层的进行，如图2.21所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2另外一种简化了的BLAST结构同样最先由贝尔实验室提出。它采用一种直接的天线与层的对应关系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应关系的周期改变。如图4.22所示，它的数据流在时间与空间上为连续的垂直列向量，称为V-BLAST(Vertical-BLAST)。由于V-BLAST中数据子流与天线之间只是简单的对应关系，因此在检测过程中，只要知道数据来自哪根天线即可以判断其是哪一层的数据，检测过程简单。图2.2 多路分解之后的数据子流图2.21 D-BLAST图2.22 V-BLAST 考虑到D-BLAST以及V-BALST模式的优缺点，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。很多文献里面都有提及这种结构。它的层在空间与时间上呈螺纹(Threaded)状分布，如图2.3所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应关系周期性改变，与D-BLAST系统不同的是，在发送的初始阶段并不是只有一根天线进行发送，而是所有天线均进行发送，使得单从一个发送时间间隔来看，它的空时分布很像V-BALST，只不过在不同的时间间隔中，子数据流与天线的对应关系周期性改变。更为普通的T-BLAST结构是这种对应关系不是周期性改变，而是随机性的改变。这样T-BLAST不仅可以使得所有子流共享空间信道，而且没有空时单元的浪费，并且可以使用V-BLAST检测算法进行检测。图2.3 T-BLAST中数据子流与天线的对应关系 分集增益与编码增益：尽管分集增益与编码增益都可以提高系统的性能，但是这两种增益的性质是不同的。分集