MIMO—OFDM空时编码和循环延迟分集技术

沈仙华

摘 要： 本文分别介绍了循环延迟分集和空时编码的原理和特性，并通过仿真分析比较了这两种技术对MIMO-OFDM系统的性能影响。

关键词： MIMO系统 循环延迟分集（CDD） OFDM技术

1.系统模型

1.1循环延迟分集原理

循环延迟分集（CDD）技术系统基本架构为：将原本一个数据流的信号扩展到四根天线上发送，每个天线上发送的信号都为数据流的一个副本。不同的天线上发送的数据流的副本经过不同的循环延迟。

1.2STBC原理

以2发1收的天线系统为例，Alamouti空时分组码的基本架构如下图所示。

从上式可以看出，正交的空时块编码可以通过一系列的线性处理方法将一个二维的最大似然估计问题简化成两个独立的一维最大似然估计问题，大大地降低译码复杂度。

2.系统架构

2.1CDD仿真架构

仿真系统采用4根发射天线，2个空间流。信源比特先进行扰码、信道编码，在流解析时将数据分为两个数据流，分别经过星座映射交织。每个空间流数据映射到两个天线上，数据经过不同的循环延迟的时间后上天线发送。其发送架构如图3所示。

2.2STBC仿真架构

仿真系统采用4根发射天线，2个空间流。信源比特先进行扰码、信道编码，在流解析时将数据分为两个数据流，每个空间流数据经过Alamouti空时编码映射到两个天线上发送。其发送架构如图4所示。

3.仿真结果

对MIMO-OFDM系统分别采用循环延迟和空时编码技术进行仿真对比，物理层协议数据单元（PPDU）是传输802.11ac用户数据，因此该评估是基于802.11ac规范的PPDU的性能。仿真中的编码、调制、复用和信道是基于等效低通模型，仿真参数见表1所示：

仿真采用了8种不同的编码调制架构（MCS），由BPSK、QPSK、16QAM、64QAM共4种调制方式与码率为1/2、3/4、5/8、13/16的LDPC码组合。对应8种MCS的调制和编码如表2所示：

循环延迟分集和空时编码的仿真结果分别显示在图5和图6中，从图中可以看出，MIMO-OFDM系统在CSD模式下随着空间流数的增大SNR的需求逐渐增大。SNR在[-7dB，31dB]范围内可以通过选择空间流数和MCS，使得系统得到最佳的吞吐量。在空间流为2时在不同的调制和编码方式下，采用STBC较CSD模式都有1dB左右的性能增益。

4.结语

循环延迟分集技术有较低的计算复杂度，利用等效增加多径时延扩展提高等效信道的频率选择性衰落，通过交织和信道编码获得分集增益。空时编码通过将数据在不同时隙和不同天线上发送来获得分集性能，通过仿真比较发现，计算复杂度较循环延迟分集大，性能较循环延迟分集的好。

参考文献：

[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.

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