沈仙華

摘 要： 本文分別介紹了循環(huán)延遲分集和空時(shí)編碼的原理和特性，并通過(guò)仿真分析比較了這兩種技術(shù)對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)的性能影響。

關(guān)鍵詞： MIMO系統(tǒng) 循環(huán)延遲分集（CDD） OFDM技術(shù)

1.系統(tǒng)模型

1.1循環(huán)延遲分集原理

循環(huán)延遲分集（CDD）技術(shù)系統(tǒng)基本架構(gòu)為：將原本一個(gè)數(shù)據(jù)流的信號(hào)擴(kuò)展到四根天線(xiàn)上發(fā)送，每個(gè)天線(xiàn)上發(fā)送的信號(hào)都為數(shù)據(jù)流的一個(gè)副本。不同的天線(xiàn)上發(fā)送的數(shù)據(jù)流的副本經(jīng)過(guò)不同的循環(huán)延遲。

1.2STBC原理

以2發(fā)1收的天線(xiàn)系統(tǒng)為例，Alamouti空時(shí)分組碼的基本架構(gòu)如下圖所示。

從上式可以看出，正交的空時(shí)塊編碼可以通過(guò)一系列的線(xiàn)性處理方法將一個(gè)二維的最大似然估計(jì)問(wèn)題簡(jiǎn)化成兩個(gè)獨(dú)立的一維最大似然估計(jì)問(wèn)題，大大地降低譯碼復(fù)雜度。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

2.1CDD仿真架構(gòu)

仿真系統(tǒng)采用4根發(fā)射天線(xiàn)，2個(gè)空間流。信源比特先進(jìn)行擾碼、信道編碼，在流解析時(shí)將數(shù)據(jù)分為兩個(gè)數(shù)據(jù)流，分別經(jīng)過(guò)星座映射交織。每個(gè)空間流數(shù)據(jù)映射到兩個(gè)天線(xiàn)上，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)不同的循環(huán)延遲的時(shí)間后上天線(xiàn)發(fā)送。其發(fā)送架構(gòu)如圖3所示。

2.2STBC仿真架構(gòu)

仿真系統(tǒng)采用4根發(fā)射天線(xiàn)，2個(gè)空間流。信源比特先進(jìn)行擾碼、信道編碼，在流解析時(shí)將數(shù)據(jù)分為兩個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)空間流數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Alamouti空時(shí)編碼映射到兩個(gè)天線(xiàn)上發(fā)送。其發(fā)送架構(gòu)如圖4所示。

3.仿真結(jié)果

對(duì)MIMO-OFDM系統(tǒng)分別采用循環(huán)延遲和空時(shí)編碼技術(shù)進(jìn)行仿真對(duì)比，物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PPDU）是傳輸802.11ac用戶(hù)數(shù)據(jù)，因此該評(píng)估是基于802.11ac規(guī)范的PPDU的性能。仿真中的編碼、調(diào)制、復(fù)用和信道是基于等效低通模型，仿真參數(shù)見(jiàn)表1所示：

仿真采用了8種不同的編碼調(diào)制架構(gòu)（MCS），由BPSK、QPSK、16QAM、64QAM共4種調(diào)制方式與碼率為1/2、3/4、5/8、13/16的LDPC碼組合。對(duì)應(yīng)8種MCS的調(diào)制和編碼如表2所示：

循環(huán)延遲分集和空時(shí)編碼的仿真結(jié)果分別顯示在圖5和圖6中，從圖中可以看出，MIMO-OFDM系統(tǒng)在CSD模式下隨著空間流數(shù)的增大SNR的需求逐漸增大。SNR在[-7dB，31dB]范圍內(nèi)可以通過(guò)選擇空間流數(shù)和MCS，使得系統(tǒng)得到最佳的吞吐量。在空間流為2時(shí)在不同的調(diào)制和編碼方式下，采用STBC較CSD模式都有1dB左右的性能增益。

4.結(jié)語(yǔ)

循環(huán)延遲分集技術(shù)有較低的計(jì)算復(fù)雜度，利用等效增加多徑時(shí)延擴(kuò)展提高等效信道的頻率選擇性衰落，通過(guò)交織和信道編碼獲得分集增益。空時(shí)編碼通過(guò)將數(shù)據(jù)在不同時(shí)隙和不同天線(xiàn)上發(fā)送來(lái)獲得分集性能，通過(guò)仿真比較發(fā)現(xiàn)，計(jì)算復(fù)雜度較循環(huán)延遲分集大，性能較循環(huán)延遲分集的好。

參考文獻(xiàn)：

[1]Witrisal K，Kim Y H，Prasad R，et al.Antenna diversity for OFDM using cyclic delays[A].Proc SCVT-2001[C].Benelux：IEEE，2001.13-17.

[2]V.Tarakh，N.Seshadri，A.R.Calderbank，“Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communication：Performance Criterion and Code Construction”[J].IEEE Transactions on Information Theory，1998，44（2）：744-765.