科学技术 空时格型码编码技术 韩丽君 （渭南师范学院物理与电气工程学院，陕西渭南７１４０００） 摘要：本文首先对空时格型码编码器的结构作了说明，在此基础上给出了空时格型码编码器，接着推导出码字的生成矩阵和生成多项式…，为 我们设计空时格型码字提供了理论依据。 关键词：空时格型码；空时编码；生成矩阵：生成多项式 文章来源：渭南师范学院校级特色学科建设项目：电气工程与秦东工业（１４ＴＳＸＫ０７）。 Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ Ｃｏｄｉｎｇ 薯＝（ ， ，，ｘ７ ） 调制符号 ，…， 由Ⅳ，根发射天线同时发送出去。 （Ｓｃｈｏｏｌ Ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｅｉｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｎａｎ ７１４０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ－Ｔｕｎｅ ｔｒｅｌｌｉｓ ｅｎｃｏｄｅｒ ｉｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｆｉｒｓｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ・Ｔｉｍｅ ｔｒｅｌｌｉｓ ｅｎｃｏｄｅｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａ￣ｅｍ，ａｎｄ ２空时格型码编码器 空时格型码生成器如图１所示： ｈｅｎｉｔｔｓｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄ ａｎｄｔｈｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ，ＳＯｗｅ ｇｅｔｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｓｐａｃｅ－Ｔｉｍｅ ｔｒｅｌｌｉｓ ｃｏｄｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｓｐａｃｅ—・Ｔｉｍｅ ｔｒｅｌｌｉｓ ｃｏｄｅ；Ｓｐａｃｅ・－ｔｉｍｅ ｃｏｄｉｎｇ；ｍａｔｒｉｘ ｍｅｔｈｏｄ； ｏｌｐｎｏｍｉｙａｌ ｍｅｔｈｏｄ 空时格型编码调制（ＳＴＴＣＭ）的概念是由Ｔａｒｏｋｈ等提出的 ，迄今 为止已经有大量文献对它进行了广泛深入的讨论，它是通过将编码和 调制相结合来获取更高的编码增益，能够在平坦衰落信道中不降低谱 有效性前提下同时实现编码增益和全分集增益Ｅ３・ 。本文深入讨论空时 格型码的编码技术，为后续空时格型编码调制的研究提供基础的理论 依据。 １空时格型编码器的结构 空时格型码的编码方式是将二进制数据流映射为调制符号流，这 种映射关系是由“网格图”描述的 。设系统的发射天线数为 ，输 入的比特流为 ｅ：（ｅ０， 。 ，ｃｔ，…） 图１ ＳＴＴＯ编码器流程图 式中ｃ 是ｔ时刻的一组ｍ：ｌｏｇｚＭ个信息比特，其结构如下 ｃ ＝（ ， ２，…， ） 它将ｍ个二进制输入序列ｃ１，ｃ ，…， 馈入编码器中，编码器 由ｍ个前馈移位寄存器组成。将第ｋ个输入序列 ＝（ ，ｃ ，…， ） （ｋ＝１，２，…，ｍ）送入第ｋ个移位寄存器，编码器将输入序列映射为一个Ｍ—ＰＳＫ调制信号序列 ｘ＝（ｘ０，ｘｌ，‘。。， ｆ，’’） 与相应的编码器系数ｇ （七 １，２，…，ｍ；ｇ＝１，２，…，ｒ／ｋ；ｎ １，２，…，ＮＴ）相乘；将所有移位寄存器的 式中Ｘｒ是ｔ时刻的一个“空时”符号 不需要加衬里。而对于腐蚀介质则必须增加测量管衬里。在使用过程 中要根据介质特性及工况环境选用不同材料的衬里。 常用衬里材料的性能和适用范围表：ｓｕｒ 其耐腐蚀要求比电极稍低，可以允许有一定腐蚀，但需定期更换，通 常选用耐酸钢或哈氏合金。因其体积较大， 一般不采用贵重金属材 料。如果金属工艺管道直接与流体接触就不使用。 常用电极材料表 ；警霎 景 ■ ｄｏ。Ｃ 景 霎蒜譬 而时ｇ 、№晤慨 萼 腐蚀性的 Ｊ生 陛ｔ￡ ｌ 一、 、＊ 嚣 ｝ 名称 不锈生 钢 主要用Ｗ－－生活用水 －Ｗ＿业．￣ｚｌｃ、污水等弱腐蚀－Ｉ生的介Ｊ贵骚 中－Ｉ生溶液和碳百跫、醅百蹙等弱 《． 寸硫西爱、磷酸、氯氟酸等ｊ￣ｉＫ＋Ｌ。ｌ生首囊、瓣、盐有良好的抗 腐蚀。ｆ ． ， ： ．＝ ， 曩 哈氏台叠Ｂ 盖 荔 嘉 ■呈蓑 ： 嚣 ：馨幂 … １Ｌｌ掌性驰 Ｆ同干 抗负压能力忧干Ｆ４， 矿鞋 咯氏首垒Ｃ 耐氧化・｝生百爱，如五肖１骏、混百爱、锆酸与硫酸的混台物。畦 耐 氧化‘生的盐类或ｊＩ毒他氧化齐怕勺环境的腐蚀．Ｒ寸海水、确 ；容 ｍ、 性 ＿液、氧化物｝窨液有良妤的而 腐蚀・Ｉ生． 铱 银 耐海水、各种氯化物和谈氯百跫盐 骞ｒ爸氢颦Ｌ化物的腐蚀。 除了氯童Ｌ酸之外，几乎能耐一切化学￣ｉ－质的腐蚀。因其价 盖署嚣耄誉 嚣麓 ｌ ． 誓 女，３．７电极和接地环材料 ， ｛ ‘ｌ主∞ ？ ’． ｐ＃ 格昂贵，仅仅用－７＝盐酸 浓硫酸。 不锈钢涞 具有优异的耐磨－Ｉ生能，５Ｅ要适用于无腐蚀性、强磨损的泥 疆￡碣 化钨 浆、 浆等介质． ４结论 选择电极材料时首先要考虑电极对测量介质的耐腐蚀性， 其次 考虑是否会产生钝化等表面效应。另外选择电极材料时还需要根据介 质的化学特性选用不同材料的电极。如含钼耐酸钢适用于浆液等低噪 声电极有导电橡胶电极、 导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极； 哈 氏Ｂ电极用于测量７ ５稀硫酸： 哈氏ｃ电极用于测量３ ２、４ ４、４ ８氢氧化钾； 钛ｉ电极用于测量含游离氯盐水、 氯水； 钽ｉ电极 用于测量脱氯盐水、３ ２盐酸。 需要说明的是，由于介质种类繁多，其腐蚀性又受温度、浓度、 流速等复杂因素而变化，实际应用中国应根据实际工况选择合适的电 极材质，必要时要做拟选材料的腐蚀试验，如挂片试验等。 接地环连接在绝缘衬里金属管道或塑料管道的流量传感器两端， ３ｌ０． 电磁流量计作为工业生产使用液体的主要测量仪器，保证其正常 运行并获得准确数据相当关键。通过合理选型，既能提高了流量计的 测量精度，又能提高流量计的使用寿命。从而大大降低电磁流量计故 障率，保证了工业生产的需要。 参考文献 【１】乐嘉谦主编．仪表工手册第二版【Ｍ］化学Ｓ－＆出版社，２０１０年１１月． ［２］丁炜，于秀丽． 过程检测及仪表【Ｍ】北京理工大学出版社， ２０１ ０ 年７月 【３】李全．工业控制中电磁流量计的选型与应用年６月 ［Ｊ］自动化应用，２０１ ０ 一科学技术 乘法器的输出模 相加，得到编码器的输出ｘ＝（ ， ，・，ｘ ）。移位 寄存器单元和模加法器之间的关系可以由以下 个乘法系数表示： ｇ ＝［（占 ｌ１ｊｇ ，，－－，占 ），，（占 ｌｌ’ｇ ｌ２】，一，ｇ ， ）， －－，（ ｌｌＪ ，， ， ．， ）】 器和发射天线胛（ ｌ，…， ）的前馈生成多项式可以表示为 （Ｄ）＝ ＋ Ｄ＋…＋ｇ Ｄ ’ 式中 （ １，２，…，ｒ／ｉ）是非二进制系数，若 （ ＝１，２，…， ｇ ＝［（ ，ｇ 一 ｇＺⅣｒ），（ｇ； ｇ ２ ｇ ２），，（ｇ ２＿２Ｉ・，ｇ ）］ ‘，ｇ２ⅣＴ），…，（ｇ 《－ｚ，一， ，＊）］ ， ，一， 】。乘法器的系数ｇ 是 ）ＱＰＳＫ信号星座图中的点，则ｇ ， ｛ｏ，１，２，３｝，７７ｌ为上支路编码器的记 忆长度。同理，下支路编码器和发射天线 （ １，…， ｒ）的前馈生成 多项式可以表示为 ＋ （Ｄ）＝ｇ ２十＆２Ｄ＋・・． ， ， 。 ｇ ＝［（ｇ ，ｇ５，…，ｇ ），（ 也可以将对应系数表示为 Ｄ Ｍ—ＰＳＫ信号星座图中的元素，ｒ／ 是第，ｃ个移位寄存器的记忆长度。 所以编码器在ｔ时刻对发射天线咒的输出信号为 ，其表达式为 ｘ７ ｇ ｃＩｋ ＿ｌ１ 。ｄＭ（ ：１，２，…， ） （１） 注意输入比特流是按照时隙顺序，以调制方式做分段的。 ３空时格型码生成矩阵（。 若假设规定为 —ＰＳＫ调制，ｍ＝ｌｏｇｚＭ，则将比特流分为长度 为ｍ的比特组，将它们分别前馈入ｍ个支路中；所以，在ｔ时刻编 码器的输入序列为 ＝（ ， ，－－， ，ｃ ｃ： ，一， 一，ｃ ∥・， ）；对 初始输入序列，需要给其后面加添ｍ・ 个零，对于输入序列的末尾， 我们也需要加添ｍ个零使移位寄存器状态归零。依照 的块结构，对 式（１）中的ｇ 做重排，令 Ｇｌ＝（ｇｌｌｌｊｇ ．，・一，ｇ ，ｇ ＿Ｉ，ｇ ２，，，・一，ｇ ， ，ｇ ｌ】ｊｇ：＿】，・・，ｇ ） Ｇ２＝（ｇｌ， ，ｇ．２， ，・一，ｇ５，ｇ 。 ，ｇ：２．：，・，ｇ７ ，・一，ｇ ｇ ２， ，，・－－，ｇ ） 。一’一，‘’ ，Ｇ ：（ｇｌｈ ｈ．… ｇ ‰．…．ｇ ｈ．・ －一．ｇ：ｈ 其中Ｖ表示各支路的移位寄存器具有相同长度。所以编码器的生 成矩阵为 Ｇ＝ｆＧＩ Ｇ２・ ｉ （２） 对应编码器的生成矩阵Ｇ，它在ｔ时刻对发射天线ｎ的输出信号 为 ＝ ｍｏｄＭ（ ＝ｌ ２一， ） 这些输出就构成了Ｍ—ＰＳＫ信号集合。这些Ｍ—ＰＳＫ调制符号构 成了ｔ时刻发射的空时信号： Ｘｔ＝（ ， ，－－，． ） 空时格型编码 —ＰＳＫ能够实现ｍ ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ的频谱利用率。编码器 的全部记忆长度为 ，其计算公式为 叩＝∑仇一 （３） ＝Ｊ 其中仉（ｋ＝ｌ，２，，ｍ）是第ｋ个移位寄存器的记忆长度，对于 —ＰＳＫ调制方式， 由下面公式计算确定 Ｉ１意玎＋ｋ ｌ １ （４） 格型码编码器的总状态数为２ 。ｍ个乘法器系数集合也被称为 “生成序列”，因为格型码编码器完全由它们确定。 ４空时格型码生成多项式 空时格型码编码器也可以用生成多项式来描述，仍然假设空时格 型码编码器的发射天线数 ２。上支路和下支路移位寄存器输入二 进制序列ｃ ＝（ｃ ，ｃ ，…，ｃ ，…）和ｃ ＝（ｃ ，ｃ ， ，…）用位移符号Ｄ可以分 别表示为 Ｃ ＝ ＋４０＋ｃ Ｄ ＋・・・＋４０ ＋・・－ 和 ｃ ＝ｃ２０＋ｃｌ２Ｄ＋ｃ；Ｄ ＋…＋ｃ ‘＋… 式中系数 ：１，２；ｔ＝０，１，２，…）为二进制符号Ｏ、１。上支路编码 式中ｇ （ １，２，…，叩ｚ）也是非二进制系数，若 ｉ （ ：１，２，一， ）ＱＰＳＫ信号星座图中的点，则ｇ ｉ ｅ｛０，１，２，３）， 为下支路编码器的记 忆长度。这样，发射天线，ｚ（ １，…， ）发送的符号序列为 ｘ ＝Ｃ （Ｄ）Ｇ （Ｄ）＋Ｃ （Ｄ）Ｇ：（Ｄ）ｍｏｄ４ ｆ 式（５）可以写成向量内积形式 ＝ （ ｏｒｏｄ４ （６） 注意到ｃ：（ＣＯ，Ｃ －．，Ｃｔ，…）是输入数据流，是与空时格型码编码器 无关的，所以空时格型码编码器是由多项式Ｇ生成的或是由矩阵Ｇ生 成的。 ５总结 关于空时格型码编码器的机理总结出以下几点： ①利用空时格型码编码器得到的格型码字中每个码元序列是相互 延迟的，因而使发送的信号实现了空间和时间分集。 ②对于Ｍ—ＰＳＫ调制，如果ｍ＝ｌｏｇ Ｍ，则空时格型编码Ｍ—ＰＳＫ能 够实现ｍ ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ的频谱利用率。 ③空时格型码编码器的状态数及记忆长度等均与调制方式有关， 空时格型码编码器的设计与发射天线的阵元数有关。 最后，总结出其原理为如图２所示的流程图。一～～一～一 图２空时格型码的编码原理框图 一一～ 一～一～一～一～一～一～～一～一 一嫡～ 一一一～．～～ 一一～ ～【６］Ｈ Ｊａｆａｒｋｈａｎｉ， “ｓｐａｃｅ—ｔ ｉｍｅ Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒ Ｓｉｔｙ Ｐｒｅｓ Ｓ，２００５ 作者简介 韩丽君（１ ９８ ３一），女，陕西渭南人，硕士研究生，讲师，主要研究方向 移动通信与信号处理。 一３ｌｌ一 一 Ｌ
