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MIMO無線通信技術(shù)的四大發(fā)展

云知道

作者：韓旭東 ;曹建海
【MIMO無線通信技術(shù)的四大發(fā)展】 隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜資源的嚴(yán)重不足已經(jīng)日益成為遏制無線通信事業(yè)的瓶頸 。
如何充分開發(fā)利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率，是當(dāng)前通信界研究的熱點(diǎn)課題之一 。研究證實(shí)，MIMO技術(shù)非常適用于城市內(nèi)復(fù)雜無線信號傳播環(huán)境下的無線寬帶通信系統(tǒng)使用，在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率可以達(dá)到20-40bit/s/Hz；而使用傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在移動蜂窩中的頻譜效率僅為1-5bit/s/Hz，在點(diǎn)到點(diǎn)的固定微波系統(tǒng)中也只有10-12bit/s/Hz 。MIMO技術(shù)作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段得到人們越來越多的關(guān)注，被認(rèn)為是新一代無線通信技術(shù)的革命 。
什么是MIMO技術(shù)
任何一個(gè)無線通信系統(tǒng)，只要其發(fā)射端和接收端均采用了多個(gè)天線或者天線陣列，就構(gòu)成了一個(gè)無線MIMO系統(tǒng) 。無線MIMO系統(tǒng)采用空時(shí)處理技術(shù)進(jìn)行信號處理 。在多徑環(huán)境下，無線MIMO系統(tǒng)可以極大地提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率 。
MIMO技術(shù)實(shí)質(zhì)上是為系統(tǒng)提供空間復(fù)用增益和空間分集增益，目前針對MIMO信道所進(jìn)行的研究也主要圍繞這兩個(gè)方面 ?？臻g復(fù)用技術(shù)可以大大提高信道容量，而空間分集則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率 。
MIMO技術(shù)的要害是能夠?qū)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑影響因素變成對用戶通信性能有利的增強(qiáng)因素 。MIMO技術(shù)有效地利用了隨機(jī)衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率 。MIMO技術(shù)成功之處主要是它能夠在不額外增加所占用的信號帶寬的前提下帶來無線通信的性能上幾個(gè)數(shù)量級的改善 。
MIMOOFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸
在未來的寬帶無線通信系統(tǒng)中，存在兩個(gè)最嚴(yán)重的挑戰(zhàn)：多徑衰落信道和帶寬效率 。OFDM通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)換為平坦信道，從而減小了多徑衰落的影響 。而MIMO技術(shù)能夠在空間中產(chǎn)生獨(dú)立的并行信道同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)流，這樣就有效的增加了系統(tǒng)的傳輸速率，即由MIMO提供的空間復(fù)用技術(shù)能夠在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率 。這樣，假如我們將OFDM和MIMO兩種技術(shù)相結(jié)合，就能達(dá)到兩種效果：一種是系統(tǒng)很高的傳輸速率，另一種是通過分集達(dá)到的很強(qiáng)的可靠性 。同時(shí)，在MIMO-OFDM系統(tǒng)中加入合適的數(shù)字信號處理的算法能更好的增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。
MIMOOFDM系統(tǒng)能夠同時(shí)增大空間復(fù)用技術(shù)和OFDM技術(shù)的能力，有利于增加系統(tǒng)的容量和高速率的傳輸 。通過多路數(shù)據(jù)流在發(fā)送天線的同時(shí)發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了在相同帶寬的情況下的多路空間并行信道 。這樣的系統(tǒng)不僅發(fā)揮了OFDM和空間復(fù)用技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)也有效的利用了空間的并行性和頻率選擇性 。在接收判決一方，將接收信號轉(zhuǎn)化為若干子信號分別通過OFDM的子載波立方式 。
空時(shí)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸
最近幾年來空時(shí)編碼技術(shù)在無線通信領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注 。朗訊實(shí)驗(yàn)室的Forchini和Gans，AT&T的Tarokh及其同事們在這方面作了要害性工作，率先提出了空時(shí)編碼的概念 ?？諘r(shí)編碼的有效工作需要在發(fā)射和接收端使用多個(gè)天線，因?yàn)榭諘r(shí)編碼同時(shí)利用時(shí)間和空間兩維信號處理來構(gòu)造碼字，這樣才能有效抵消衰落，提高功率效率 。并且能夠在傳輸信道中實(shí)現(xiàn)并行的多路傳送，提高頻譜效率 。需要說明的是，空時(shí)編碼技術(shù)因?yàn)閷儆诳臻g分集的范疇，所以要求在多散射體的多徑情況下應(yīng)用，天線間距應(yīng)適當(dāng)拉開以保證發(fā)射、接收信號的相互獨(dú)立性，以充分利用多散射體所造成的多徑(也稱之為充分多徑) 。
空時(shí)編碼方案結(jié)合了信道編碼和多發(fā)送天線，通過空時(shí)編碼后的數(shù)據(jù)被串并轉(zhuǎn)換成n個(gè)數(shù)據(jù)流，每一路數(shù)據(jù)流經(jīng)脈沖形成、調(diào)制，然后通過n個(gè)天線同時(shí)發(fā)送到無線空間 。在接收端，可以用單一天線，也可以用多個(gè)天線進(jìn)行接收，每一個(gè)接收天線接收到的是n個(gè)發(fā)送信號與干擾噪聲線性的疊加(衰落系數(shù)為權(quán)重)，然后通過最大似然檢測的方法，正確地識別出發(fā)送信號 ?？諘r(shí)譯碼算法和信道估計(jì)技術(shù)結(jié)合以獲得分集增益和編碼增益 。

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