對角分層空時編碼技術在電網的應用研究

蘇國凱+王輝+楊淼

【摘要】 通過對電網現狀和發展趨勢的調研，隨著社會的發展和全球一體化的趨勢，多媒體和高速以太網等數據業務的不斷發展，以及移動用戶量的不斷增多，無線通信系統的頻譜資源枯竭和信號質量較差是面臨的主要現實問題。本文提出了MIMO系統下D-Blast編碼方案的應用，有效的提高了頻譜的利用率和傳輸的可靠性。首先闡述MIMO系統的基本結構和該編碼方案原理，其次相對于各類編碼方案進行仿真分析，最后得出該編碼方案在電網有較大的應用前景。

【關鍵字】 對角分層空時編碼 電網

一、引言

由于電網建設規模不斷擴大，由于地域廣闊，各站點之間傳輸距離長，難免會產生各種各樣的干擾，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失真外，噪聲是影響電力線數據可靠通信的關鍵因素。因此，空時編碼技術應運而生。空時編碼和多輸入多輸出技術相結合即時在不占用額外的頻譜資源的前提下，將移動無線的不利因素（多徑效應）轉換為有利因素，只針對無線通信的空中接口做一些小的技術上的改造，從而很大程度的提高系統的運行質量。因此它是未來移動通信發展最具有前途的技術之一。

二、MIMO系統和空時編碼技術

2.1 MIMO系統簡介

多輸入多輸出（MIMO）技術是無線通信革新技術。MIMO技術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的容量和頻譜利用率。無線電波傳播的環境十分的復雜，有多徑效應、頻率選擇性衰落、時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的實現比有線信道難。然而進一步研究發現，對于MIMO系統來說，可以利用多徑效應提高無線通信的頻譜利用率。

2.2對角分層空時編碼技術

對角線貝爾實驗室分層時空（D-Blast）收發器是一種目的在于可能多的分集增益，同時實現高速率的空間復用的體系結構。

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

解碼的一般原則遵循連續干擾消除的原則。

第一個傳輸時間：一個接收機被應用于恢復X1（part1），最優接收機是匹配濾波器。這種情況下對應SIC接收機最后一層， 所有的干擾流已經被取消了。后置處理是SNR（L2）（第二層的SNR）在這個階段沒有解碼。

第二個傳輸時間：一個接收機被應用于恢復X1（part2），X2（part1）被當作一個高斯干擾。這種情況下對應SIC接收機第一層，第一層被恢復的同時其他層被當作高斯干擾。MMSE線性處理被應用。對應的信噪比被表示為SNR（L1）（第一層的SNR）。

如果在發射機一端信道狀態信息已知，我們知道存在一份代碼可以實現這個速度。當發射機不知道CSI，但知道其統計數據，它可以調整其傳輸速率符合目標基于通道的中斷概率分布。對于選擇傳輸速率R的D-Blast的中斷概率是：

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

2.3 仿真分析

為了進一步驗證對角分層空時編碼方案的可靠性，我們對各類編碼方案在相同的實驗環境下進行仿真對比分析其性能的優劣性。

經分析：各空時編碼的中斷概率隨信噪比的增加呈現明顯下降的趨勢，系統可靠性明顯提高。隨著SNR數值的不斷增加，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量都較高。

三、總結與展望

現今在電力通信系統中還沒有應用MIMO系統下的對角分層空時編碼技術，該編碼技術對視頻、語音、多媒體及數據業務傳輸的可靠性提供了有效地保證，一定程度上解決了地區偏遠，信號質量差的問題，及時、準確、有效地傳輸保護、安控、自動化、調度數據網等電力生產數據，最大化的保障電力安全生產。提高電網整體運行的有效性和可靠性。

參 考 文 獻

[1] 于笑博.無線通信系統中的空時編碼技術[D].北京：北京郵電大學，2006.

[2] 樓潘明.BLAST系統結構和檢測算法的研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[3] Matache A， Wesel R D. Universal Trellis Codes for Diagonally Layered Space-Time Systems[J]. IEEE Transactions on Signal Processing， 2003， 51（11）：2773-2783.