V-BLAST OFDM 最大发射分集度分析-AET-电子技术应用

V-BLAST OFDM 最大发射分集度分析

来源：电子技术应用2011年第7期

官鹭, 邵士海, 唐友喜

(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都 611731)

摘要： V-BLAST OFDM可以利用多径信道的频域选择性改善分集性能。目前相关研究缺乏分集度的理论分析，未能明确给出一种获取最大分集度的方法。针对这一问题，首先分析了V-BLAST系统可获得的最大分集度，然后找出了获得它所必须的条件，最后给出了一种可获得最大分集度的信号发射方法。在两发两收、BPSK调制、M.1225 步行测试信道下的仿真结果表明：在误比特率为1e-3时，所提方法有2 dB的性能改善。

关键词： 无线通信 V-BLAST OFDM 发射分集度

中图分类号： TN92
文献标识码：A
文章编号： 0258-7998(2011)07-115-03

Maximum transmit diversity gain analysis of V-BLAST OFDM

Guan Lu, Shao Shihai, Tang Youxi

National Key Lab. of Science and Technology on Communication, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China

Abstract： V-BLAST OFDM can use the frequency selectivity to improve diversity performance. However, related researches are lack of the performance analysis at the present day, and short of a method to obtain the maximum diversity gain. Focusing on this problem, this paper firstly analyzes the value of the maximum achievable diversity gain, and then finds the necessary condition to achieve it. Finally an effective transmit scheme is proposed to attain the gain. Simulation results in M.1225 pedestrian test channel show that the proposed algorithm has 2 dB gain at BER of 1e-3 compared to conventional method using BPSK modulation.

Key words : wireless communication; V-BLAST; OFDM; transmit diversity

    垂直贝尔实验室分层空时码结构(V-BLAST)[1]在每个发射天线上传输独立的数据子流，比单天线系统具有更高的数据传输率。正交频分复用系统(OFDM)将频率选择性衰落信道转化为多个并行的平坦衰落信道，有效对抗了多径引起的符号块间干扰[2]。将两者相结合的VBALST-OFDM技术作为新一代移动通信的关键技术之一，近年来得到了广泛研究[3]。
    VBLAST在高速数据传输的同时牺牲了发射分集，其误符号率性能差于空时分组码(STBC)、空频分组码(SFBC)等传输方式。利用多径信道的频率选择性可以改善OFDM系统的发射分集。GIANNAKIS等人针对单天线OFDM研究发现：在OFDM载波上进行预编码，最大可获得的分集度为信道多径数[4]。对于VBLAST-OFDM系统，参考文献[5]发现在引入预编码后，系统发射分集得到了改善。但该文献只进行了计算机仿真，缺乏必要的理论分析。
    针对这一问题，本文首先分析了VBLAST-OFDM系统可获得的最大分集度，并同时找出了实现该分集度所必须的条件，最后给出了一种能获得该分集度的信号发射方法。
1 系统模型
    考虑有Mt根发射天线,Mr根接收天线的V-BLAST OFDM系统。在一个OFDM时间内，第p根发射天线上的数据符号可以表示为sp=[s(pN-N),…，s(pN-1)]^T，p=1,…,Mt。所有Mt根发射天线数据分别经OFDM调制、上变频后送至天线发射。
    假设信道为频率选择性慢衰落信道,在同一个OFDM符号内信道保持不变，在不同OFDM符号间随机变化。将发射天线p与接收天线q间的信道建模为抽头延迟线模型[6]：

2 仿真结果与分析
通过计算机仿真,验证提出方法对VBLAST-OFDM系统分集度的改善。考虑两发两收VBLAST-OFDM系统，OFDM子载波数为128。采用BPSK调制，并利用球形译码算法作为近似的最大似然检测。为了降低检测复杂度，本文引入了子载波分组的方法。频率选择性衰落信道选用ITU M.1225 步行测试信道。
图1仿真比较了平坦衰落信道下VBLAST系统、频率选择性衰落信道下VBLAST-OFDM系统以及本文方法在频率选择性衰落信道下的性能。从图1可以发现，在未采用本文方法时，VBLAST-OFDM系统在频选信道下与VBLAST系统在平坦衰落信道下的性能基本一致(未考虑CP对发射能量的消耗)。而采用本文方法后，VBLAST-OFDM系统可以在频率选择性衰落信道下获得更高的分集度，从而在高信噪比下具有更好的性能。

利用多径信道的频率选择性可以改善VBLAST系统的发射分集度，其最大值为接收天线数乘上收发天线间频选信道的最大多径数。通过在VBLAST OFDM系统的各子流上分别采用频域预编码，并在接收端使用最大似然检测即可以获得该最大分集度。
参考文献
[1] FOSCHINI G J. Layered space-time architecture for wire less communication in a fading environment when using multielement antennas[J]. Bell Labs Technical Journal,1996,1(2):41-59.
[2] B LCSKEI H, GESBERT D, PAULRAJ A J. On the capacity of OFDM-based spatial multiplexing systems. IEEE Trans. Commun., 2002,50(2):225-234.
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[4] LIU Z, XIN Y, GIANNAKIS G. Linear constellation precoding for OFDM with maximum multipath diversity and coding gains[J]. IEEE Transactions on Communications, 2003,51(3):416-427.
[5] GUI B, QU D. VBLAST-OFDM system with linear constellation precoding[C]. IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Milan, Italy, May, 2004, 733-737.
[6] 许国平, 张欣, 杨大成. 一种低复杂度的MIMO-OFDM 信道估计新方法[J]. 电子与信息学报, 2008,30(4):797-800.

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