對(duì)角分層空時(shí)編碼技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用研究

蘇國(guó)凱+王輝+楊淼

【摘要】 通過對(duì)電網(wǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)研，隨著社會(huì)的發(fā)展和全球一體化的趨勢(shì)，多媒體和高速以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，以及移動(dòng)用戶量的不斷增多，無線通信系統(tǒng)的頻譜資源枯竭和信號(hào)質(zhì)量較差是面臨的主要現(xiàn)實(shí)問題。本文提出了MIMO系統(tǒng)下D-Blast編碼方案的應(yīng)用，有效的提高了頻譜的利用率和傳輸?shù)目煽啃?。首先闡述MIMO系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和該編碼方案原理，其次相對(duì)于各類編碼方案進(jìn)行仿真分析，最后得出該編碼方案在電網(wǎng)有較大的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵字】 對(duì)角分層空時(shí)編碼 電網(wǎng)

一、引言

由于電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，由于地域廣闊，各站點(diǎn)之間傳輸距離長(zhǎng)，難免會(huì)產(chǎn)生各種各樣的干擾，因此電力通信信道是存在多徑反射和頻率選擇性衰落的特性，除了因線路損耗和多路傳輸所造成的信號(hào)失真外，噪聲是影響電力線數(shù)據(jù)可靠通信的關(guān)鍵因素。因此，空時(shí)編碼技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。空時(shí)編碼和多輸入多輸出技術(shù)相結(jié)合即時(shí)在不占用額外的頻譜資源的前提下，將移動(dòng)無線的不利因素（多徑效應(yīng)）轉(zhuǎn)換為有利因素，只針對(duì)無線通信的空中接口做一些小的技術(shù)上的改造，從而很大程度的提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。因此它是未來移動(dòng)通信發(fā)展最具有前途的技術(shù)之一。

二、MIMO系統(tǒng)和空時(shí)編碼技術(shù)

2.1 MIMO系統(tǒng)簡(jiǎn)介

多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)是無線通信革新技術(shù)。MIMO技術(shù)能在保持帶寬不變的情況下很大程度的增大無線通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。無線電波傳播的環(huán)境十分的復(fù)雜，有多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落、時(shí)間選擇性衰落和各種干擾源等影響因素使得無線信道高速傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)比有線信道難。然而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于MIMO系統(tǒng)來說，可以利用多徑效應(yīng)提高無線通信的頻譜利用率。

2.2對(duì)角分層空時(shí)編碼技術(shù)

對(duì)角線貝爾實(shí)驗(yàn)室分層時(shí)空（D-Blast）收發(fā)器是一種目的在于可能多的分集增益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速率的空間復(fù)用的體系結(jié)構(gòu)。

編碼過程如圖2-1所示。每個(gè)碼字被劃分成Mt個(gè)長(zhǎng)度相同的部分。每個(gè)碼字形成一個(gè)斜層。每個(gè)碼字具有確定遵守靶向中斷概率相同的恒定速率。每個(gè)碼字的不同部分由不同的天線依次發(fā)送：第一個(gè)傳輸時(shí)間：X1（part1）是從第一天線傳輸，而其他的天線處于閑置狀態(tài)；第二傳輸時(shí)間：X1（part2）是從第二天線傳輸，第二個(gè)代碼字的第一部分X2（part1）也是從第二天線傳輸；后續(xù)碼字的編碼類似的進(jìn)行直到最后的傳輸時(shí)間。

解碼的一般原則遵循連續(xù)干擾消除的原則。

第一個(gè)傳輸時(shí)間：一個(gè)接收機(jī)被應(yīng)用于恢復(fù)X1（part1），最優(yōu)接收機(jī)是匹配濾波器。這種情況下對(duì)應(yīng)SIC接收機(jī)最后一層， 所有的干擾流已經(jīng)被取消了。后置處理是SNR（L2）（第二層的SNR）在這個(gè)階段沒有解碼。

第二個(gè)傳輸時(shí)間：一個(gè)接收機(jī)被應(yīng)用于恢復(fù)X1（part2），X2（part1）被當(dāng)作一個(gè)高斯干擾。這種情況下對(duì)應(yīng)SIC接收機(jī)第一層，第一層被恢復(fù)的同時(shí)其他層被當(dāng)作高斯干擾。MMSE線性處理被應(yīng)用。對(duì)應(yīng)的信噪比被表示為SNR（L1）（第一層的SNR）。

如果在發(fā)射機(jī)一端信道狀態(tài)信息已知，我們知道存在一份代碼可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)速度。當(dāng)發(fā)射機(jī)不知道CSI，但知道其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，它可以調(diào)整其傳輸速率符合目標(biāo)基于通道的中斷概率分布。對(duì)于選擇傳輸速率R的D-Blast的中斷概率是：

這也是MIMO系統(tǒng)慢衰落信道的中斷概率 （獨(dú)立同分布傳輸）。所以我們得出結(jié)論，D-Blast在MIMO慢衰落信道中獨(dú)立同分布傳輸漸近最小化的中斷概率。

2.3 仿真分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)角分層空時(shí)編碼方案的可靠性，我們對(duì)各類編碼方案在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行仿真對(duì)比分析其性能的優(yōu)劣性。

經(jīng)分析：各空時(shí)編碼的中斷概率隨信噪比的增加呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，系統(tǒng)可靠性明顯提高。隨著SNR數(shù)值的不斷增加，D-Blast性能明顯提升，其中斷概率明顯低于SISO系統(tǒng)和其它STBC編碼方案。所以其編碼方案可靠性以及用戶的通信質(zhì)量都較高。

三、總結(jié)與展望

現(xiàn)今在電力通信系統(tǒng)中還沒有應(yīng)用MIMO系統(tǒng)下的對(duì)角分層空時(shí)編碼技術(shù)，該編碼技術(shù)對(duì)視頻、語(yǔ)音、多媒體及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃蕴峁┝擞行У乇ＷC，一定程度上解決了地區(qū)偏遠(yuǎn)，信號(hào)質(zhì)量差的問題，及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地傳輸保護(hù)、安控、自動(dòng)化、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等電力生產(chǎn)數(shù)據(jù)，最大化的保障電力安全生產(chǎn)。提高電網(wǎng)整體運(yùn)行的有效性和可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

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