第七章-分集、MIMO、空时编码分解

MIMO原理理解空时编码MIMO（多输入多输出）是无线通信系统中的一种技术，它可以通过利用多个天线来提高信号的传输速率和可靠性。

空时编码是一种应用于MIMO系统中的编码技术，通过在发射时将信号分配到不同的天线上，并在接收时将接收到的信号进行联合处理，从而提高信号的传输效果。

在MIMO系统中，空时编码通过将信息在空间和时间上进行编码，可以在不增加信号带宽和传输功率的情况下提高信号的传输速率和可靠性。

空时编码有多种方式，其中最常用的是空时均匀编码（STBC）和空时分层编码（STLC）。

空时均匀编码是一种简单但有效的空时编码方式。

在空时均匀编码中，信息位被分成若干个块，每个块中的信息位被分配到多个天线上进行传输。

具体说来，在发送端，多个天线上的信号进行线性组合，并通过信号映射函数将信息位编码成多个矢量。

接收端则通过接收到的信号进行解码，并使用最大似然准则来恢复原始信息。

空时分层编码是一种比空时均匀编码更高效的编码方式。

在空时分层编码中，不同的信息位被分配到不同的天线上进行传输。

具体说来，在发送端，信息位被分为不同的层次，每个层次对应一个天线。

接收端则通过解码和检测算法来恢复原始信息。

空时编码的优点在于可以提高信号的传输速率和可靠性。

由于利用了多个天线进行传输，MIMO系统可以在相同的频带宽度内同时传输多个数据流，从而提高信号的传输速率。

此外，通过在接收端对多个天线接收到的信号进行联合处理，MIMO系统还可以减小多径干扰和提高信号的抗干扰能力，从而提高信号的可靠性。

然而，空时编码也存在一些限制。

首先，空时编码需要在发送端和接收端之间进行信号传输与处理，这会增加系统的复杂性和功耗。

其次，空时编码的性能受到信号的通道状况和天线配置的影响，需要进行精确建模和优化设计。

最后，由于空时编码需要多个天线进行传输和接收，它对设备尺寸和功耗有一定的要求，限制了其在一些应用场景中的使用。

总的来说，空时编码是MIMO系统中的一种重要技术，可以通过利用多个天线来提高信号的传输速率和可靠性。

mimo 技术的三种模式介绍,mimo 技术作用,mimo 技
术种类
一、MIMO 定义
MIMO 即多入多出技术（MulTIple-Input MulTIple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。

它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。

二、MIMO 技术分类
空分复用
（spaTIal mulTIplexing）工作在MIMO 天线配置下，能够在不增加带宽的条件下，相比SISO 系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高了频谱利用率。

在发射端，高速率的数据流被分割为多个较低速率的子数据流，不同的子数据流在不同的发射天线上在相同频段上发射出去。

如果发射端与接收端的天线阵列之间构成的空域子信道足够不同，即能够在时域和频域之外额外提供空域的维度，使得在不同发射天线上传送的信号之间能够相互区别，因此接收机能够区分出这些并行的子数据流，而不需付出额外的频。

MIMO—OFDM系统中的空时码编码技术作者：杨萃来源：《科技资讯》2014年第32期摘要：正交频分复用是一种高效的多载波调制技术，可以用来对抗无线环境中的多径衰落，减少码间干扰。

空时编码是一种发射分集技术。

该文主要研究了基于多天线正交频分复用的空时分组码和空频分组码的系统结构以及编译码方法。

仿真结果表明，将空时编码技术与多天线正交频分复用技术相结合能非常有效地抵抗频率选择性随机衰落。

关键词：多输入多输出系统（MIMO）正交频分复用技术（OFDM）空时分组码（STBC）空频分组码（SFBC）中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0001-01如何进一步提高频谱效率和数据传输率，满足日益增长的多种无线数据业务要求已成为B3G无线通信系统的关键问题之一，而MIMO技术和OFDM技术的结合在解决这一问题上体现出了巨大的优势。

目前，大量地把MIMO-OFDM技术应用在无线通信系统以提高系统性能的研究集中在如何在所有天线上分配子载波，使得基站根据信道状态信息来选择合适的子载波传输OFDM信号。

通常将MIMO技术和OFDM结合有两种方法：一种是利用多天线实现空分复用，提高数据比特率；另一种是利用多天线实现空间分集，从而提高传输可靠性。

基于MIMO-OFDM的STBC和SFBC能保证在频率选择性衰落信道中的分集增益，正逐渐成为热点研究分支。

1 系统模型考虑带空分复用的MIMO-OFDM系统，分别有个发送天线和个接收天线。

我们在发送端进行天线选择，从所有个发送天线中选择个天线来发送OFDM信号，所以共有种可能的天线组合，假设在每个子载波上信道为平坦瑞利衰落的，这样系统信道可以建模成的三维矩阵，为子载波数，且矩阵元素为服从均值为0，方差为1（实部和虚部的方差分别为1/2）的独立同分布的复高斯变量。

经过天线选择后，信道变为的三维矩阵，在发送端，空分复用器首先把一组串行的信息比特流转换成和选择天线数相等的组并行的比特流，然后经过快速付氏反变换（IFFT）并加循环前缀（CP）后在选择出的个天线上发送，在接收端由个接收天线接收信号，经过采样、去循环前缀（RP）、付氏变换（FFT）和空分复用检测器后得到最后的信息比特流。

MIMO系统中的分组全分集全码率空时编码
米楠;罗汉文;张红伟;朱玲燕
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2006(30)1
【摘要】针对未编码的多输入多输出(MIMO,Multi-Input Multi-Output)系统,提出一种复杂度适中的分组全分集全码率(GFDFR,Group-wise Full Diversity Full Rate)空时编码方案.该方案通过在发送端进行天线分组,各组独立编码,减小全分集全码率(FDFR,Full Diversity Full Rate)编码块的大小从而降低系统编解码复杂度;在频率选择性信道中,进一步对子载波分组进行独立编码,获得频率分集(或多径分集),以适中的复杂度在不降低系统分集度的情况下保证了信息的全码率传输,是一种在MIMO信道中极具实用价值的空时编码方案.
【总页数】5页(P5-9)
【作者】米楠;罗汉文;张红伟;朱玲燕
【作者单位】上海交通大学电子工程系,上海,200030;上海交通大学电子工程系,上海,200030;上海交通大学电子工程系,上海,200030;上海交通大学电子工程系,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.23
【相关文献】
1.4根发射天线MIMO-OFDM系统中速率为2的全分集空时频编码设计 [J], 麻清华;杨绿溪;何振亚
2.一种能实现全分集的准正交空时编码算法 [J], 邵朝;李现玉
3.MIMO系统中一种基于线性接收的满分集正交空时编码 [J], 李冬;史浩山;张忻
4.一种能实现全分集的准正交空时编码算法 [J], 邵朝;李现玉;
5.一种低解码复杂度的全分集全码率空时编码 [J], 朱凌燕;余松煜;张红伟
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MIMO原理理解空时编码MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）是一种通信技术，利用多个发射天线和多个接收天线来提高传输速率和信号质量。

MIMO技术的一个重要应用是空时编码（Space-Time Coding），它通过在时间和空间上对数据进行编码和传输来提高通信系统的可靠性和效率。

空时编码的关键概念是空时块编码（Space-Time Block Coding，简称STBC），它将数据块分为多个时间步长，并使用多个天线同时发送这些时间步长的数据。

通过利用多个天线可同时传输多个数据流，空时编码可以提高信道容量和系统可靠性。

一个STBC系统通常有多个发射天线和多个接收天线。

在发送端，数据被分成多个时间步长，并以特定顺序通过发射天线发送。

每个时间步长的数据通过编码矩阵进行处理，编码矩阵是一个由特定规则生成的矩阵。

编码矩阵的每一行代表发送天线的输出，每一列代表时间步长的信号。

编码矩阵的作用是将时间步长数据分配到各个发送天线，并进行合适的编码处理。

在接收端，通过接收到的信号进行处理还原出信号的原始数据。

这里的处理涉及到两个关键概念：空间分集（Spatial Diversity）和空时编码解码（Space-Time Decoding）。

空间分集是指通过多个接收天线接收并处理信号，从而减少信号在传输过程中的失真和干扰。

多个接收天线可以接收到不同的信号路径，并通过对接收信号进行处理，可以提高信号的可靠性和防止丢失。

空时编码解码是指通过对接收到的信号进行解码处理，从中还原出原始数据。

解码的过程涉及到信号处理算法，包括线性等式求解和最小均方误差等方法。

总的来说，空时编码通过将数据块分成多个时间步长，并在多个发射天线上同时发送这些时间步长的数据，从而提高传输速率和系统可靠性。

通过空间分集和空时编码解码的技术，接收端可以测量和估计信号的失真和干扰，并通过信号处理算法还原出原始数据。

空时编码在无线通信系统中得到了广泛应用，可以显著提高系统的性能和可靠性。

MIMO原理(理解空时编码)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：MIMO信道非MIMO系统用几个频率通过多个信道链接。

MIMO信道具有多个链路，工作在相同的频率。

该技术的挑战是所有信号路径的分离和均衡。

信道模型包括具有直接和间接信道分量的H矩阵。

直接分量(例如h11)描述信道平坦度，而间接分量(例如h21)代表信道隔离。

发送信号用s代表，接收信号用r代表。

时间不变的窄带信道定义为：了解H对于解码来说是必要的，并通过一个已知的训练序列估计。

如果接收器将信道近似值发送到发送器，则可以用来进行预编码。

预编码能改善MIMO性能。

香农推出了下列公式，可以计算理论信道容量。

它包括了传输带宽f g和信噪比。

大多数信道容量的改善都是基于带宽扩展或者其他调制。

这些因素并不能很大地提高频谱效率。

MIMO系统的香农容量又决定于天线的数量。

M是最小的M T(发送天线的数量)或M R(接收天线的数量)，表示空间信息流的数量。

例如，一个2x3的系统只能支持两个空间数据流，这个结果同样适用于2x4的系统。

对于MIMO，下面的公式给出容量的计算方法：MIMO容量随着天线的数量呈线性增加。

不对称的天线星座分布(例如1x2或2x1)被称为接收或发送分集。

在这些情况下容量(C Tx/Rx)随天线的数量呈对数形式的增长。

空间复用通过一个以上的天线发送多组数据流称为空间复用。

有两种类型必须考虑。

第一种类型为V-BLAST（Vertical Bell实验室分层空间-时间），它发送空间未编码的数据流，不需要考虑在接收器上对信号进行均衡处理。

第二种类型是通过空间-时间编码实现的。

与V-BLAST相比，空间时间编码提供正交编码方式，因此是独立的数据流。

V-BLAST方法不能分离数据流，因此会出现多个数据流的干扰(M SI)。

这会使传输变得不稳定，而前向错误编码并不总是能解决这个问题。

描述mimo技术的三种应用模式MIMO (Multiple-Input Multiple-Output)技术是一种现代无线通信技术，可将多个天线组合在一起，实现多路径传输和空间多样性，从而提高了无线通信的带宽和可靠性。

MIMO技术具有多种应用模式，下面将介绍三种主要应用模式。

1.多流MIMO模式。

多流MIMO模式由一个发送天线和多个接收天线组成。

发送天线可以同时传输多个数据流，每个数据流都经过多个路径传输到接收天线。

接收天线可以将这些数据流通过信号处理技术进行合并，从而提高传输速率和频谱利用率。

多流MIMO模式常用于LTE（Long-Term Evolution）系统等宽带无线通信系统中，可实现高速数据传输和优化网络性能。

2.空时编码MIMO模式。

空时编码MIMO模式由两个或多个发送天线和两个或多个接收天线组成。

每个发送天线可以向接收天线传输独立的数据流，接收天线可以通过信号处理技术将这些数据流进行合并，并恢复原始数据。

空时编码MIMO模式的优点在于可提高通信的可靠性和鲁棒性，减少信号传输中的干扰和噪声等影响因素。

空时编码MIMO模式常用于WLAN（无线局域网）和WiFi （无线设备）系统中，可提高数据传输速率和网络性能。

3.天线分集MIMO模式。

天线分集MIMO模式通常由多个发送天线和一个接收天线组成。

每个发送天线可以向接收天线传输同一数据流的副本。

接收天线可以通过信号处理技术对这些副本进行合并，从而提高数据传输的可靠性和抗干扰能力。

天线分集MIMO模式的优点在于可减少信号传输中的误码率和丢失率，提高数据传输的稳定性和质量。

天线分集MIMO模式常用于卫星通信、移动通信以及广播电视等通信系统中，可增强通信信号的可靠性和覆盖范围。

MIMO无线通信系统中的空时编码方法研究MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）无线通信系统是一种通过利用多个发射天线和多个接收天线来提高频谱效率和数据传输速率的技术。

在MIMO系统中，通过使用空时编码（Space-Time Coding）方法，可以进一步提高系统的可靠性和容错性。

在MIMO系统中，空时编码方法是指将信息数据通过多个发射天线以不同的方式进行编码和发送，以增加系统的容错性和 reliability。

空时编码方法有多种，其中较为经典的方法包括：空时分组码（Space-Time Block Code，STBC）和空时分割复用（Space-Time Division Multiplexing，STDM）。

空时分组码是一种通过对信息块进行空时编码的方法，其中每个信息块被编码为多个码元并在多个发射天线上同时传输。

STBC方法适用于信道状况变化较快的情况，能够提供较好的容错性。

在接收端，通过对接收到的多个码元进行解码，可以恢复出原始的信息块。

STBC方法适用于较为简单的调制方式，例如二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）和四进制相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）。

空时分割复用是一种通过将信息数据分成多个子流并在多个发射天线上同时传输的方法。

STDM方法适用于信道状况变化较慢的情况，能够提供较高的吞吐量和数据传输速率。

在接收端，通过对接收到的多个子流进行解码，可以恢复出原始的信息数据。

STDM方法适用于较为复杂的调制方式，例如16进制相移键控（16 Quadrature Amplitude Modulation，16-QAM）和64进制相移键控（64 Quadrature Amplitude Modulation，64-QAM）。

空时编码方法的选择需要根据具体的通信场景和需求来确定。

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。

分层空时码（LSTC）(Layered Space-Time Coding)是最早提出的一种空时编码方式，又俗称贝尔实验室分层空时结构(BLAST, Bell Labs Layered Space-Tirrae )，是由贝尔实验室在1998年提出的一种利用多根发射天线实现数据流的多路并行无线传输的方法。

BLAST的特点是系统结构简单，易于实现，频带利用率随着发射天线数目的增加而线性增加，它所能达到的传输速率是单天线系统无法想像的。

分层空时码通过一维信号处理方法来处理多维信号，一般适于接收天线数多于发送天线数的无线MIMO系统。

BLAST能提供一定的接收分集增益，但由于BLAST没有直接在空域上引入不同发射天线发送信号间的相关性，因此不提供发射分集增益，所以，从严格意义上讲分层空时码不能算作为一种真正的空时编码方法。

BLAST根据信号构造方式的不同可以分为对角结构(D-BLAST)垂直结构( V-BLAST )和水平结构( H-BLAST )，D-BLAST接收端的检测复杂度高，但性能较好;而V-BLAST检测复杂度低，较为实用.关键字: MIMO 空时编码空时分层编码MATLAB目录一、前言 (1)二、移动通信的发展概况 (2)三、MIMO技术研究现状 (3)3.1 MIMO信道容量 (3)3.2 MIMO天线设计 (4)四、分层空时编译码 (5)4.1分层编码原理 (5)4.2 分层空时码模型 (5)4.3 编码算法 (6)4.4 垂直分层译码原理 (7)4.5 系统仿真及结果 (8)4.6 分层空时编码技术及应用 (11)五、总结 (13)六、参考文献 (14)致谢 (15)一、前言分层空时编码(Layered Space--Time Codes，简称LST)最早由Foschini提出1131，能够获得更大的MIMO信道容量。

描述mimo技术的三种应用模式MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）是一种无线通信技术，利用多个发射天线和接收天线来显著提高无线信号的容量和可靠性。

MIMO技术广泛应用于无线通信系统和Wi-Fi网络中，具有重要的意义。

本文将介绍MIMO技术的三种主要应用模式并提供相关参考内容。

1. 空时编码空时编码是MIMO技术的一种主要应用模式，它利用多个发射天线和接收天线发送和接收多个数据流，通过巧妙的编码和解码算法来提高信号的传输速率和可靠性。

空时编码技术可以在无需增加带宽和发射功率的情况下提高系统性能，适用于各种无线通信系统。

在空时编码的研究中，有一种常用的编码方案称为空时分组码（Space-time Block Code，STBC）。

STBC通过在多个时间间隔和多个天线上编码数据，实现了数据的并行传输和多路径增益。

这种编码方案不仅能提高系统的可靠性，还可以充分利用多天线之间的空间多样性，在不同路径上达到更好的信号传输质量。

参考文献：- Alamouti, S. M. (1998). A simple transmit diversity technique for wireless communications. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 16(8), 1451-1458.- Tarokh, V., Jafarkhani, H., & Calderbank, A. R. (1999). Space-time block codes from orthogonal designs. IEEE Transactions onInformation Theory, 45(5), 1456-1467.2. 多用户MIMO多用户MIMO是一种利用MIMO技术进行多用户通信的应用模式。

它可以同时传输多个用户的数据流，提高系统的容量和效率。

无线通信系统中的MIMO空时编码技术王国珍;刘毓【摘要】In wireless communication system, the requirements on high quality and efficient broadband services are increasing. The space-time codes (STC) were designed to improve transmission quality, reduce BER, obtain higher encoding gain and diversity gain and improve the system capacity and spectrum efficiency using the multiple-input multiple-output (MI-MO) antenna system. Three kinds of space-time coding schemes (layered space-time code, space-time grid form code, space-time block code) in the multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication system are introduced. The performance of these three kinds of schemes are analyzed and compared.%在无线通信系统中,对优质、高效宽带服务的要求不断增加.空时编码(STC)的目的是利用多输入多输出(MIMO)天线系统,提高传输质量,降低误码率,并获得较高的编码增益和分集增益,提高系统容量和频谱利用率.较详细地介绍了MIMO无线通信中的三种空时编码方案:分层空时码、空时格形码、空时分组码,对这三种方案进行了性能分析以及比较.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)019【总页数】3页(P31-33)【关键词】空时编码;多输入多输出;分层空时码;空时格形码;空时分组码【作者】王国珍;刘毓【作者单位】西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121;西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121【正文语种】中文【中图分类】TN929.22-340 引言随着全球移动通信用户的不断增加，为了满足无线通信信道可靠并且高速的传输需求，已经形成了多种高效的调制和编码方案。