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下一代移動通信中MIMO-OFDM技術的研究

云知道

作者：陳莉
摘要本章簡單介紹了MIMO-OFDM技術的系統(tǒng)設計，著重介紹了基于空中接口的MIMO-OFDM要害技術，包括MIMO-OFDM信道估計、空時處理技術 。
1、引言
新一代移動通信(Beyond3G/4G)將可以提供高達100Mb/s甚至更高數(shù)據(jù)傳輸速率，支持從語音到多媒體的業(yè)務 。數(shù)據(jù)傳輸速率可以根據(jù)這些業(yè)務所需的速率不同動態(tài)調整 。新一代移動通信的另一個特點是低成本 。這樣在有限的頻譜資源上實現(xiàn)高速率和大容量，需要頻譜效率極高的技術 。MIMO技術充分開發(fā)空間資源，利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量 。OFDM技術是多載波傳輸?shù)囊环N，其多載波之間相互正交，可以高效地利用頻譜資源 。將二者有效的結合起來已成為下一代移動通信技術的熱點 。
2、MIMO技術簡介
多輸入多輸出MIMO無線通信技術是指任何一個無線通信系統(tǒng)只要其發(fā)射端和接收端都采用了多個天線或天線陣列，MIMO的多入多出是針對多徑無線信道來說的，如圖1所示 。傳輸信息流S(k)經(jīng)過空時編碼形成N個信息子流Ci(k)，i=1，……，N 。這N個子流由N個天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收 。多天線接收機利用先進的空時編碼處理能夠對這些數(shù)據(jù)流進行分離和解碼，從而實現(xiàn)最佳的處理 。
圖1 ;N根發(fā)射天線N根接收天線的MIMO系統(tǒng)框圖
非凡是當這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬 。若各發(fā)射接收天線間的構筑多條相互獨立的通道，則MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道 。MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個整體進行優(yōu)化，從而可實現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率，這是一種近于最優(yōu)的空域時域聯(lián)合的分集和干擾對消處理 。
3、OFDM簡介
OFDM是一種多載波調制技術 。其核心是將信道分成若干個正交子信道，在每個子信道上進行窄帶調制和傳輸，這樣減少了子信道之間的相互干擾 。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的頻率選擇性衰落是平坦的，大大消除了符號間干擾 。另外，由于在OFDM系統(tǒng)中各個子信道的載波相互正交，于是它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率 。在各個子信道中的這種正交調制和解調可以采用IFFT和FFT方法來實現(xiàn) 。如圖2所示：
圖2; OFDM系統(tǒng)的工作原理
OFDM已經(jīng)廣泛應用于廣播信道方式的寬帶數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，如數(shù)字音頻電視(DAB)、高清楚度數(shù)字電視(HDTV)以及IEEE802.11a和IEEE802.16a無線局域網(wǎng)標準中(WLAN) 。勿庸置疑，OFDM將是下一代移動無線系統(tǒng)中空中接口技術研究的熱點之一 。
4、MIMO與OFDM結合的必要性
從以上分析我們可以看出MIMO和OFDM在各自的應用領域有各自的優(yōu)點，MIMO系統(tǒng)可以抗多徑衰落，但對于頻率選擇性衰落，MIMO仍是無能為力，現(xiàn)在一般采用均衡技術來解決MIMO系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落 。還有一種就是OFDM技術，OFDM被認為是下一代移動通信中的核心技術 。4G需要高的頻譜利用率的技術，但OFDM提高頻譜利用率的能力究竟有限 。假如結合MIMO技術，可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下提高頻譜效率 。MIMO OFDM技術可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又可以通過分集達到很強的可靠性，假如把合適的數(shù)字信號處理技術應用到MIMO OFDM系統(tǒng)中能更好的增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。另外，OFDM由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有很強的抗多徑干擾能力 。多徑時延小于保護間隔使系統(tǒng)不受碼間干擾的影響 。這樣就可以使單頻網(wǎng)絡使用寬帶OFDM系統(tǒng)依靠MIMO技術消除陰影效應 。

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