MIMO无线通信系统中的空时分组编码研究

申砾

摘 要：随着科学技术的不断发展，无线通信领域取得了长足进步，特别是多输入多输出技术的广泛应用，使得空间资源得到了进一步的交互与共享，在提高资源利用率的同时，也使得高频谱的使用频率以及整个无线通信网络链路的可靠性随之提升，有力地推动了社会进步。在此过程中，空时分组编码方法则成为了提高多输入多输出无线通信系统传输效率的关键，也是当前国内外专家学者研究的热门议题之一。为此，该文将针对MIMO无线通信系统中的空时分组编码展开深入分析，以此来为无线通信技术发展略尽绵薄之力。

关键词：多输入多输出 无线通信系统 空时分组编码方法

中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0036-02

就目前研究进展而言，MIMO无线通信仍然是一个全新的、富有极强挑战力的研究领域。特别是该技术能够在散射条件下不依赖增加带宽以及发射机功率来实现提高无线通信系统通信效率的目的，并且可以在诸多不利影响因素下保障通信信道的畅通，使得数据资源得到了有效的共享与应用。然而，在其核心的空时分组编码研究工作中仍然没有取得突破性进展，在一定程度上影响了MIMO无线通信系统的应用范围。为此，该文首先对MIMO无线通信系统中的空时分组编码作一概述以全面了解空时分组编码。随后则是就MIMO无线通信系统中的空时分组编码方法展开深入分析，继而进一步丰富当前研究体系内容。

1 MIMO无线通信系统中的空时分组编码概述

1.1 MIMO无线通信系统中的空时分组编码概念

多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术中核心关键为空时编码，而空时分组编码（Space Time Block Coding，STBC）则是空时编码中最重要、应用范围最广、技术水平最高的编码方法之一[1]。空时编码主要是依据码字正交设计原理构建出来空时码字，以此来满足各行各列之间的码字能够实现有效的正交。由于采取此种构建方法后的码字具有较为明显的正交性特征，因而在无线通信系统接收空间数据及信息过程中只需要利用最大似然检测算法对接收到的数据信息进行解码并进行简单的线性处理即可掌握其中所包含的内容。

1.2 MIMO无线通信系统中的空时分组编码优点

通过分析当前收集到的既有研究成果并结合所学知识可知，空时分组编码具有以下几方面优势之处：

首先，空时分组编码能够有效抵抗电磁波衰落，保证通信信号维持在一个稳定状态。衰落主要是指电磁波在远距离传递过程中由于传播介质、途径的改变而导致无线通信系统所接收到的信号出现时强时弱变化，此种现象被称之为衰落。加之无线通信系统无法采取自动增益控制的方式进行衰落的弥补，由此导致电磁波的衰落深度可以达到数十分贝。而采取空时分组编码方法利用二到三副天线对无线通信系统所发生出的电磁波进行分别通信，则能够在尽可能的情况下保持通信频率的一致[2]。众所周知，衰落对频率具有明显的选择性，如果电磁波信号场强起伏明显，则其频率变化也将会随之增强。反之，则无法引起频率畸变，最终实现强化通信能力的目的。所以，通过空时分组编码可以起到抵抗电磁波衰落的正面积极作用。

其次，空时分组编码可以在不牺牲带宽情形下获得理想的编码增益。尽管我国无线通信技术得到了长足进步，但是相较于欧美发达国家而言，仍然存在着一定程度的差距，其主要表现在了带宽上。以韩国为例，其带宽速率平均为13.8Mb，而我国则仅为5.1Mb。此种情形下无线通信必然会受到严重不利影响。空时分组编码则采取了多发射多接收的空间分集方式大幅提升了无线通信系统的容量，加之通信信号在不同时隙内复用发射，能够满足高速语音业务、数据传输业务的实时通信所需，其编码增益效果更加明显[3]。

2 MIMO无线通信系统中的空时分组编码方法

目前MIMO无线通信系统中的空时分组编码方法中应用范围以及研究成果主要集中在四发射天线准正交空时分组编码方法上，因而本文所研究的编码方法将以此为主，探讨其具体编码方法以及效果。

四发射天线准正交空时分组编码方法的出现，使得无线通信系统中电磁波信号的译码工作难度大幅降低，由于复共轭已经被工作人员所牢记，因而在该系统应用过程中能够依据其相对应的码字进行信息的转换，从而促使分级增益取得了比较理想的效果。

随着研究的不断深入，四发射天线准正交空时分组编码方法为了能够确保数据信息能够以全速率进行传输，国外专家学者对其编码方法以及编码单元进行了进一步创新，即：采取了两个全新的编码单元和。其各自包含的内容如下所示：

在设计出两个全新的编码单元后，其发射矩阵相应发生改变，得到了一个全新的编码矩阵，如下所示：

当编码矩阵在4个时间间隔之内利用无线通信系统将编码信号传输出去之后，其编码效率依据公式计算可知，在和均为4的条件下的数值为1，四发射天线准正交空时分组编码速率实现了满速率运行。但是，不容忽视的是，四发射天线准正交空时分组编码方法之所以被称之为准正交空时分组编码，其原因则是在于整个MIMO无线通信系统在正常工作中所有码字并非完全正交，换而言之，此种编码方式是以牺牲部分码字正交性的前提下实现了全速率运行[4]。编码矩阵中第1行仅仅是与第3行和第4行实现了正交，而与第2行并不构成正交关系。以此类推，该式中第3行与第1行、2行形成了正交关系，但是与第4行则为非正交关系。由此可以得出中第1行、第2行二者之间所构成的子空间同第3行、第4行形成的子空间实现正交，最终实现增加准正交空时分组编码能够使用码字数量[5]。

3 结语

综上所述，空时编码技术通过利用多根天线来进行电磁波信号的传递，使得无线系统频带利用率得到了大幅提升，有力地推动了无线通信工作的进一步发展。同时，空时编码技术作为一种全新的信道编码技术，其所拥有的应用价值将会随着时代发展以及研究的不断开展而得到更多的关注，因而，其在MIMO无线通信系统中所发挥的最大化挖掘空间资源利用率、满速率传输数据信息的作用将会日益凸显。希望该文所展开的研究能够为其他学者研究提供借鉴帮助并丰富当前研究体系内容。

参考文献

[1] 张娜，李芳.MIMO无线光通信中分层空时编码研究[J].自动化与仪器仪表，2015，12（5）：165-166.

[2] 苑隆寅，黎志.多天线MIMO技术在海面通信容量应用中的解决方案[J].舰船科学技术，2015，10（2）：220-223.

[3] 蒋涉权，王晶，彭超.MIMO系统中空时编码性能仿真和分析[J].电信科学，2015，21（2）：35-41.

[4] 钱国兵，李立萍，郭亨艺.多入单出正交空时分组码系统的调制识别[J].电子与信息学报，2015，33（4）：863-867.

[5] 张雅媛，彭端，王玄.基于MIMOSC-FDMA系统的多级迭代干扰消除定时同步算法研究[J].广东通信技术，2015，19（2）：65-69.