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1、多天线空时编码技术第1页，本讲稿共13页课程安排 Course Contents绪论绪论 Introduction 无线通信信道建模无线通信信道建模 (Wireless Channel modeling)MIMO信道容量信道容量（MIMO Channel Capacity）空时编码技术空时编码技术（Space-time coding）空时分组码空时分组码(Space-time Block coding)正交空时分组码正交空时分组码(Orthogonal space-time block coding)准正交空时分组码准正交空时分组码(Quasi-regular space-time block
2、 coding)空时网格码空时网格码(Trellis space-time coding)分层空时编码分层空时编码（Layered space-time block coding）空时预编码空时预编码(Space-time precoding)网络编码网络编码（Network coding）近近Shannon限限LDPC信道编码信道编码(Shannon limit LDPC code)2第2页，本讲稿共13页参考文献T.S.Rappaport 无线通信原理与应用无线通信原理与应用Hamid Jafarkhani,“Space time coding:theory and practice”,C
3、ambrdage university press 2005谢显中等，基于谢显中等，基于TDD的第四代移动通信技术的第四代移动通信技术 电子工业出版社电子工业出版社 2005R.Y.Yeung,S.R.Li,N.Cai and Z.Zhang,“Network coding theory”,now Publishers Inc.P.A.Chou and Y.Wu,“Network coding for the Internet and wireless networks”,IEEE Signal Processing Magazine,Sep.2007.M.C.Davey,“Error cor
4、rection using low-density parity-check codes”,Ph.D thesis,University of Cambridge,1999.3第3页，本讲稿共13页无线移动通信的简要历史回顾古代的原始通信方式：烽火台、金鼓、旌古代的原始通信方式：烽火台、金鼓、旌旗旗无线电通信重要里程碑无线电通信重要里程碑1864年，麦克斯韦（英国）预言电磁波的存在年，麦克斯韦（英国）预言电磁波的存在1886年，赫兹（德国）用实验产生出电磁波年，赫兹（德国）用实验产生出电磁波1897年，马可尼（意大利）和波波夫（俄）首年，马可尼（意大利）和波波夫（俄）首次使用无线电波进行信息传
5、送次使用无线电波进行信息传送4第4页，本讲稿共13页无线移动通信的简要历史回顾无线移动通信：大规模商用无线移动通信：大规模商用技术进步技术进步二十世纪六十年代，贝尔实验室提出了蜂窝通信的思想二十世纪六十年代，贝尔实验室提出了蜂窝通信的思想二十世纪七十年代，通信技术和半导体技术飞速发展二十世纪七十年代，通信技术和半导体技术飞速发展大规模商用的历程大规模商用的历程第一代蜂窝移动通信第一代蜂窝移动通信（上世纪八十年代初）（上世纪八十年代初）频分、模拟技术频分、模拟技术典型系统：美国典型系统：美国AMPS，英国，英国TACS，前西德，前西德C450缺点：模拟系统频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密性差
6、缺点：模拟系统频谱利用率低、抗干扰能力差、系统保密性差优点：模拟技术在当时十分成熟，因而在发展初期得到较广泛的应用优点：模拟技术在当时十分成熟，因而在发展初期得到较广泛的应用5第5页，本讲稿共13页无线移动通信的简要历史回顾第二代移动通信系统：二十世纪九十年代第二代移动通信系统：二十世纪九十年代数字调制方式、先进的呼叫处理技术、大规模集成技术、低速语音编码技术数字调制方式、先进的呼叫处理技术、大规模集成技术、低速语音编码技术典型系统：典型系统：GSM、DCS1800（欧洲）、美国（欧洲）、美国IS-54，IS-95（直扩、窄带（直扩、窄带CDMA）优点：数字技术保密性好、支持低速率数据业务、系
7、统集成度高（重量轻）优点：数字技术保密性好、支持低速率数据业务、系统集成度高（重量轻）第三代移动通信系统第三代移动通信系统码分技术、时分技术、频分技术码分技术、时分技术、频分技术支持多媒体业务的需要、数据业务支持多媒体业务的需要、数据业务典型系统典型系统欧洲、日本欧洲、日本 NTT DoCoMo:WCDMA美国：美国：CDMA2000中国：中国：TD-SCDMA速率：上行速率：上行384kb/s,下行下行2Mb/sLTE（Long Term Evolution）：）：20Mb/s（3.9G）6第6页，本讲稿共13页无线移动通信的简要历史回顾第四代移动通信系统第四代移动通信系统OFDM、空时编码
8、、智能天线、空时编码、智能天线支持多媒体数据业务支持多媒体数据业务速率：速率：1Gb/s（固定、低速）；（固定、低速）；100-500Mb/s（高速，（高速，350KM/h）目前正在标准化，目前正在标准化，2015年大规模商用年大规模商用问题：杀手级业务（视频）？问题：杀手级业务（视频）？（物联网、三网合一）（物联网、三网合一）（由（由LTE直接过度到直接过度到4G）LTE-Advanced（TDD/FDD，Huawei 目前大力投入目前大力投入LTE-A TDD）7第7页，本讲稿共13页无线信道容量与空时编码接收信号分集：上世纪五、六十年代就比接收信号分集：上世纪五、六十年代就比较成熟较成熟
9、发送信号分集：空时编码技术（发送信号分集：空时编码技术（Alamouti 编码）编码）多输入多输出（多输入多输出（Multiple-input and multiple-output）天线系统：提高无线衰）天线系统：提高无线衰落信道容量落信道容量8第8页，本讲稿共13页TX1TX2RX发送信号的两种方法两种方法两种方法的信道利的信道利用率相同用率相同直接发送直接发送不会带来不会带来分集增益分集增益TX1TX2RX方法方法1：直接发送：直接发送方法方法2：编码发送：编码发送9第9页，本讲稿共13页网络编码网络编码在网络的中间节点对数据进行编码在转发：在网络的中间节点对数据进行编码在转发：实现网络
10、多播容量实现网络多播容量传统观点：网络中间节点对信息进行处理传统观点：网络中间节点对信息进行处理带来信息量的减少（不增）带来信息量的减少（不增）网络编码的方法推广到无线协作和中继通网络编码的方法推广到无线协作和中继通信中，提高带宽利用率、节省能量信中，提高带宽利用率、节省能量物理层网络编码也是一个研究热点物理层网络编码也是一个研究热点10第10页，本讲稿共13页网络编码：网络多播网络编码：网络多播Without network codingSimply store and forwardMulticast rate of 1.5 bits per time unitWith network c
11、odingMulticast rate of 2 bits per time unitMulticast capacity is achieved11第11页，本讲稿共13页基于网络编码的双向中继基于网络编码的双向中继传统的双向中继方式需要传统的双向中继方式需要4 4个信个信道道4 4：平均每用户：平均每用户2 2信道信道基于网络编码的中继方式需要基于网络编码的中继方式需要 3 3 信道：信道：每用户每用户1.51.5信道信道12第12页，本讲稿共13页信道编码Turbo、LDPC等编码具有逼近等编码具有逼近Shannon极极限的能力，编解码复杂度低限的能力，编解码复杂度低一种观点认为：无线一种观点认为：无线MIMO信道的空时编码，信道的空时编码，其实采用空间复用结合其实采用空间复用结合LDPC等信道编码效等信道编码效果更好果更好13第13页，本讲稿共13页