宽带高速车载环境中的分布式空时频编码 the distributed space-time-frequency code in the environment of vehicular broadband communication.pdfVIP

第16卷第4期 电路与系统学报 V01．16No．4 JOURNALOFCIRCUITSAND 2011年8月 SYSTEMS August，20ll 文章编号：1007·0249(20l1)04·0094·05 宽带高速车载环境中的分布式空时频编码· 李民政1， 欧阳缮2， 肖海林2， 陈紫强2 (1．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安7l∞71；2．桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林54l∞4) 摘要·利用高速车载终端与基站宽带通信时信道的多径时变特性，提出一种分布式空时频编码方法。该方法通过 选择车内空闲终端构成虚拟天线阵列进行协同编码，在不降低传输速率的前提下，能够获得信道中潜在的协同分集、 时间分集和频率分集增益。理论分析表明：车载速度的提高使时间分集增益得以增强，正确解码中继个数的增加使协 同分集增益得以增加。仿真实验验证了理论分析的正确性，结果证实了在较高信噪比下分布式空时频编码较分布式空 频编码有更好的误比特性能。最后，给出了两种编码在实际应用中的切换信噪比。 关键词·高速车载通信；分布式空时频编码；协同通信；分集增益 中图分类号·TN91l，73文献标识码·A 1 引言 随着高速铁路迅速发展和逐渐普及，高速车载终端与基站间的宽带通信将倍受关注。高速将导致 多普勒频移，引发信道时变特性，同时，宽带将造成信道频率选择性。如何利用上述特性来提高分集 增益及通信可靠性将成为热点。行之有效的方法是利用MIMO技术，但是，移动终端体积较小致使多 天线配置困难，造成MIMO技术难以直接应用。因此，当前普遍采用的方式是借助协同通信的思想实 现分集，即选择车内若干空闲终端作为中继来协助信源与基站的通信。由于终端(信源和中继)均处 于高速运动的列车上，它们与基站进行宽带通信时信道满足频率选择性块衰落特性。与此同时，车内 终端(信源和中继)间的信道则保持为频率选择性准静态特性。目前己提出的可应用于上述中继系统 同分集增益，后者可以进一步得到频率分集增益， 车载速度哥 但都未获得信道潜在的时间分集增益。基于此， ，，一一、、 提出一种分布式空时频编码(DSTFC)方法，在 不降低传输速率的前提下，在高信噪比时可使基 ， 站同时获取协同分集增益，频率分集增益，和时 ， 间分集增益。 ， I 本文使用的符号说明：捌【lk(彳)表示矩阵月的 t 、 秩，diag(埘)表示将矢量Ⅳ转化为对角阵，彳oB表 、 示矩阵彳和曰的哈达码(hardmard)积，彳@曰表 示矩阵一和曰的科恩(kronecker)积，一7表示求 矩阵的转置，彳Ⅳ表示求矩阵的复共轭，L．表示 船l阶列矢量，元素为l。 图l系统模型 2 系统模型 为协助s与D间通信的第f个中继终端，与s处于同一高速运动的车内，且距离较近。由于s和冠相对 静止，宽带通信时信道具有频率选择性准静态衰落特性。R与D相对速度较高，通信时信道可刻画为 ‘收稿日期·2010-09—27●订日期：20ll·02-27 基盒项目．国家“973”高技术计划(2008CB317109)；广西科学基金项目资助课题(桂科字0991241) 万方数据 第4期 李民政等：宽带高速车载环境中的分布式空时频编码 频率选择性块衰落信道。假设s和R之间、R，和D之间的可分辨路径数为￡，则s和R，、置和D间第 疗个(1≤万≤Ⅳ)子载