基于IEEE802．11的MIMO系统的分析和设计

的差异，本质上这两种方法对WLAN的MAC协议的影响是相同的。
下面本文就此进行具体分析。
因为不知道接收方的位置，发送方必须全向发送RTS，接收主在数据接收的接收过程中，即可完成定向并定向接收，如果信道是对称的，接收方可以人接收方向上定向向发CTS。收发双方通过RTS、CTS的收发确定智能天线参数，使随后的数据帧和相应的ACK可以实现定向的收发。
2．1．2 分析
一方面，全向发送RTS使得覆盖范围受到限制。表面上看，WLAN设置了多种速率选择，通信双方可以以低速率发送RTS，在建立定向连接后，提高传输速率，由于RTS帧相对DATA很短，WLAN可以通过使用智能天线扩大高速率传输的覆盖范围，但实际的IEEE802．11的MAC协议并不支持这种逐帧的速率变化的方式，因为速率的变化造成NAV设置的不准确，依照当前协议，STA只在新的NAV大于旧有的NAV值时才去更新，虽然速率的提高使实际的传输时间比虚拟载波指示的时间短，但不参与当前通信的STA仍要在到达较长的虚拟载波指示的时间时才认为当前传输结束，性能并没有因为传输速率提高而增加，如果要改变这一现状，必须改变现有协议。另外全向发送RTS，最终会使得低速率传输的覆盖范围受限。
另一方面，定向的收发会产生更多的隐藏站点。依照目前的协议，为了保证通信异常情况下降低WLAN系统性能，不参与通信的STA并不完全以来载波侦听和NAV设置，在帧交换过程中，STA还设置多个定时器，一旦在规定时间内，处于定向天线波瓣外的旁听STA收不到帧的发送，就会认为当前的通讯失败，进面启动自身的发送进程，对于发送方的隐藏STA，由于数据帧发送时间长，这类事件发生的概率较大，容易产生碰撞。
通过以上分析可以看出，由于会在传输过程中改变天线的方向图，智能天线并不适用于现有的WLAN协议。
2．2 空时编码在WLAN中的应用分析
空时编码不存在智能天线在WLAN应用中所存在的棘手问题，因为空时编码不会在传输过程中改变天线的方向图。因此可以直接在WLAN中使用，在提高性能的同时，不必改变现有的WLAN协议。
2．2．1 空时编码选型
分层空时码(Layered Space-Time Codes)是最早提出的一种空时编码方式，是目前已知的唯一一种可以使频带利用率随着min(m，n)线性增加的编码方式。与其它空时编码方式相比，虽然分层空时码有较高的频带利用率，但无法达到最大分集增益，性能相对较差。分层空时码以部分分集增益为代价来换取高频带利用率。
网格空时码(Space-Time Coded Modulation)是在延时分集基础上结合TCM编码提出的，实际是传输分集方式的改进。STCM把编码和调制结合起来，能够达到编译码复杂度、性能和频带利用率之间的最佳折中，是一种最佳码。但STCM译码复杂度大，STCM的好码设计也是一个难点，在状态数大的情况下，目前多用计算机搜索来完成。
分组空时码(STBC)是根据广义正交设计的原理提出，它要求在各天线发射的信号之间正交，这样不仅保证能够达到最大分集增益，而且还可以降低译码复杂度。STBC最大的特点是简单实用，且性能相对较好，是一种较有效的传输分集解决方案。
2．2．2 分析
我们不考虑非相干的空时码，因为一方面WLAN系统具有准移动性，信道变化慢，准确信道估计是可能，另一方面，WLAN物理帧中携带的引导符号完全可以用来估计信道。选择分组空时码作为在WLAN中实现MIMO的优选方案，其相关参数如表1所示。

为公平起见依据下式：
BPS=RST×RCCxModulation Through put (1)
对比G2、G3、G4、H3和H4空时码的性能，其中，BPS：指bitper symbol，RST指空时码码率，RCC表示信道编码。对比表1可知，要想得到相同的有效吞吐率，相比G2、G3、G4、H3和H4要采用更高阶调制方式。其中，G3和G4的调制阶数最。由于高阶调制的星座点较密，使得错误概率增大。
当接收天线的个数增加为2时，G3、G4、H3和H4相对G2的性能增益变小了。这是因为2个接收天线时，G2已将可能获得的分集增益的大部分实现。表2是在BER=10-5时，有效吞吐率分别为1 BPS、2 BPS和3 BPS，采用单天线接收和双天线接收，仿真环境为经过充分交织后得到非相关Rayleigh信道时，G2、G3、G4、H3和H4空时码的性能如表2所示。G2、G3、G4、H3和H4得到相应增益(和未编码PSK调制相比较)。

文中综合考虑系统性能、计算复杂度、多速率传输将采用高阶调制以及成本等因素，认为采用双接收天线的G2空时码是较合知的解决方案。

3 G2空时码在IEEE802．11a的系统设计
根据前面的分析，本文针对IEEE802．11a设计一个采用2个发射和2个接收天线的G2空时码的MIMO系统。系统框图见图