对角分层空时编码技术在电网的应用研究

苏国凯+王辉+杨淼

【摘要】 通过对电网现状和发展趋势的调研，随着社会的发展和全球一体化的趋势，多媒体和高速以太网等数据业务的不断发展，以及移动用户量的不断增多，无线通信系统的频谱资源枯竭和信号质量较差是面临的主要现实问题。本文提出了MIMO系统下D-Blast编码方案的应用，有效的提高了频谱的利用率和传输的可靠性。首先阐述MIMO系统的基本结构和该编码方案原理，其次相对于各类编码方案进行仿真分析，最后得出该编码方案在电网有较大的应用前景。

【关键字】 对角分层空时编码 电网

一、引言

由于电网建设规模不断扩大，由于地域广阔，各站点之间传输距离长，难免会产生各种各样的干扰，因此电力通信信道是存在多径反射和频率选择性衰落的特性，除了因线路损耗和多路传输所造成的信号失真外，噪声是影响电力线数据可靠通信的关键因素。因此，空时编码技术应运而生。空时编码和多输入多输出技术相结合即时在不占用额外的频谱资源的前提下，将移动无线的不利因素（多径效应）转换为有利因素，只针对无线通信的空中接口做一些小的技术上的改造，从而很大程度的提高系统的运行质量。因此它是未来移动通信发展最具有前途的技术之一。

二、MIMO系统和空时编码技术

2.1 MIMO系统简介

多输入多输出（MIMO）技术是无线通信革新技术。MIMO技术能在保持带宽不变的情况下很大程度的增大无线通信系统的容量和频谱利用率。无线电波传播的环境十分的复杂，有多径效应、频率选择性衰落、时间选择性衰落和各种干扰源等影响因素使得无线信道高速传输的实现比有线信道难。然而进一步研究发现，对于MIMO系统来说，可以利用多径效应提高无线通信的频谱利用率。

2.2对角分层空时编码技术

对角线贝尔实验室分层时空（D-Blast）收发器是一种目的在于可能多的分集增益，同时实现高速率的空间复用的体系结构。

编码过程如图2-1所示。每个码字被划分成Mt个长度相同的部分。每个码字形成一个斜层。每个码字具有确定遵守靶向中断概率相同的恒定速率。每个码字的不同部分由不同的天线依次发送：第一个传输时间：X1（part1）是从第一天线传输，而其他的天线处于闲置状态；第二传输时间：X1（part2）是从第二天线传输，第二個代码字的第一部分X2（part1）也是从第二天线传输；后续码字的编码类似的进行直到最后的传输时间。

解码的一般原则遵循连续干扰消除的原则。

第一个传输时间：一个接收机被应用于恢复X1（part1），最优接收机是匹配滤波器。这种情况下对应SIC接收机最后一层， 所有的干扰流已经被取消了。后置处理是SNR（L2）（第二层的SNR）在这个阶段没有解码。

第二个传输时间：一个接收机被应用于恢复X1（part2），X2（part1）被当作一个高斯干扰。这种情况下对应SIC接收机第一层，第一层被恢复的同时其他层被当作高斯干扰。MMSE线性处理被应用。对应的信噪比被表示为SNR（L1）（第一层的SNR）。

如果在发射机一端信道状态信息已知，我们知道存在一份代码可以实现这个速度。当发射机不知道CSI，但知道其统计数据，它可以调整其传输速率符合目标基于通道的中断概率分布。对于选择传输速率R的D-Blast的中断概率是：

这也是MIMO系统慢衰落信道的中断概率 （独立同分布传输）。所以我们得出结论，D-Blast在MIMO慢衰落信道中独立同分布传输渐近最小化的中断概率。

2.3 仿真分析

为了进一步验证对角分层空时编码方案的可靠性，我们对各类编码方案在相同的实验环境下进行仿真对比分析其性能的优劣性。

经分析：各空时编码的中断概率随信噪比的增加呈现明显下降的趋势，系统可靠性明显提高。随着SNR数值的不断增加，D-Blast性能明显提升，其中断概率明显低于SISO系统和其它STBC编码方案。所以其编码方案可靠性以及用户的通信质量都较高。

三、总结与展望

现今在电力通信系统中还没有应用MIMO系统下的对角分层空时编码技术，该编码技术对视频、语音、多媒体及数据业务传输的可靠性提供了有效地保证，一定程度上解决了地区偏远，信号质量差的问题，及时、准确、有效地传输保护、安控、自动化、调度数据网等电力生产数据，最大化的保障电力安全生产。提高电网整体运行的有效性和可靠性。

参 考 文 献

[1] 于笑博.无线通信系统中的空时编码技术[D].北京：北京邮电大学，2006.

[2] 楼潘明.BLAST系统结构和检测算法的研究[D].杭州：浙江大学，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.