MIMOOFDM关键技术专业资料.doc
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1、MIMO-OFDM技术MIMO-OFDM技术1 MIMO技术无线通信不可靠性重要是由无线衰落信道时变和多径特性引起,如何有效地对抗无线信道衰落是高速移动通信必要要解决问题。在无线通信系统中提高信息传播可靠性一种有效手段是采用分集技术,以多输入多输出(MIMO)技术为代表空间分集技术是当前优选方案之一。MIMO意思是Multiple Input Multiple Output,其原理为MIMO系统在发射端和接受端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。任何一种无线通信系统,只要其发射端和接受端均采用了各种天线或者天线阵列,就构成了一种无线MIMO系统。MIMO技术是当代通信一大突破,该技术提供理解决
2、将来无线网络传播瓶颈办法。MIMO技术核心思想是信号空间-时间联合解决,即把数字信号固有时间维度与各种空间分离天线带来空间维度联合起来。在某种意义上,MIMO技术也可以看作是老式智能天线技术扩展。1.1 概述联合考虑发送分集和接受分集就构成了多输入多输出(MIMO,Multi-Input Multi-Output)系统,该系统可以获得更大分集增益。MIMO系统重要特性是可以运用无线通信多径传播特性来提高系统性能,即可以有效地运用无线链路中随机衰落和延迟扩展特性来成倍地提高传播速率或可靠性。1.2 分集技术为了保证无线通信可靠传播,重要用于补偿信道衰落损耗分集技术是其中一种十分有效办法。分集技术
3、,是指在通信过程中,系统要可以提供发送信号副本,使得接受机可以获得更加精确判断。依照获得独立途径信号办法不同可以分为时间分集、频率分集和空间分集等。其中,空间分集技术没有时延和环境限制,可以获得更好系统性能,可以分为接受分集和发射分集。老式空间分集重要是接受分集,在这种接受方式中接受机对它收到各种衰落特性互相独立但携带同一信息信号进行特定解决,以减少信号电平起伏,这样显然会导致接受机复杂度增长。而发射分集只需要在基站端增长天线,实现起来相对简朴,因而得到了广泛关注。所有发射分集技术本质上都具备一种共同点,那就是要使各个发射天线到达接受机端信号互相独立,并且无论采用什么办法,接受机都必要可以区别
4、出来自不同天线信号,然后将它们合并在一起,从而获得分集增益。1.3 MIMO系统图1.1 MIMO系统示意图MIMO系统保存了老式智能天线长处,图1.1所示为多天线MIMO系统示意图,二进制数据流通过信道编码、调制映射后通过发送天线发送出去,不同映射办法将产生不同数量符号流,然后不同符号流传送到不同天线上进行发送。映射可以是天线元素线性空间加权,也可以是线性空时编码。然后通过上变频、成形滤波器和功率放大后,符号被发送到空间无线链路中。在接受端,运用各种天线接受发送信号,然后通过解调、逆映射后恢复出原始信息。详细编码办法和映射算法依照不同应用目可以自由选取。综上,MIMO系统中各种天线上信号在更
5、大空间上被优化解决了,因此可以提供额外自由度。这就是说,除了不同天线元组之上信号相干合并带来阵列增益外,MIMO系统还可以提供发送和接受分集增益。此外,MIMO系统中数据是在矩阵形式信道而不是矢量形式信道中传播,因而除了上述分集和阵列增益外,MIMO还会带来系统容量增长。MIMO系统中各种信道之间独立性取决于系统中多径富有限度(MIMO信道空间选取性),因而MIMO系统能有效运用系统多径特性。普通,用MIMO信道矩阵秩来表达系统中独立信道个数,显然信道矩阵秩比发射天线和接受天线个数都要小。通过线性代数分析可知,安全通过MIMO系统发送信息符号最大值为矩阵秩。就工程意义而言,无线链路频谱效率是由
6、发送信息流数据和误比特率(BER)共同决定,实际系统中通过对各种天线上比特流进行空时编码解决,可以大大减少误比特率。2 MIMO-OFDM技术2.1MIMO-OFDM基本思想众所周知,在将来宽带无线通信系统中,存在两个严峻挑战,即多径衰落信道和带宽效率。OFDM通过将频率选取性多径衰落信道在频域内转变成平坦信道,从而减小了多径衰落影响;而MIMO技术可以在空间中产生独立并行信道同步传播多路数据流,这样就有效地增长了系统容童,即由MIMO提供空间复用技术可以在不增长系统带宽状况下增长频谱运用率。如果将OFDM和MIMO两种技术相结合,就可以达到两种效果:一是通过复用系统具备很高系统容童和频谱运用
7、率,二是通过度集系统具备很高系统可靠性。同步,在多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中加入适当数字信号解决算法,即空时编码,还可以更好地增强系统整体稳定性。2.2空时编码技术从信息论角度看,多天线MIMO系统在信道容量上比单天线系统有明显提高,这些增长信道容量可以用来提高信息传播速率,也可以在保持信息传播速率不变状况下通过增长信息冗余来提高通信系统可靠性,普通可以在两者之间取一合理折衷。空时编码(Space-Time-Code)技术是在1998年由Vahid Tarokh等人提出一项基于发射分集技术,其重要思想是:在发射端,采用适合多天线传播编码技术,保证在多数信道状况下获得比较
8、好性能,同步在接受端进行相应信号解决,就可以获得很大性能增益,从而实现数据高速传播。空时编码本质上是在时间和空间上二维编码,它可以减少无线通信系统对多径衰落敏感限度,在限定发射总功率状况下可以提高信息传播可靠性,在相似码率前提下,又能大大提高无线通信系统传播效率,其频谱有效性可以达到当前系统几十倍。MIMO系统中编码办法重要有:空时分组编码(Space-Time Block Coding,STBC)、空时格状编码(Space-Time Trel is Coding,STTC)和分层空时编码(Layered Space-time Coding,LSTC)。前两种办法重在提高传播可靠性,属于空时编
9、码范畴;后者重在提高频谱运用率,属于空时复用技术范畴。2.3 MIMO-OFDM 系统 图2.1 MIMO-OFDM系统发送端系统框图图2.1所示为MIMO-OFDM系统发送端系统框图,从图中可以看出,输入信息比特流通过一种串并变换器变成多路输入数据流,以实现多天线输出。对于每一路信号,都要通过信号映射,其中不但涉及了对输入数据流星座映射,并且还涉及了详细编码调制等。映射后每一路信号变换成一定子载波数量数据流作为接下来 IFFT输入,而加入循环前缀目是为了在每个OFDM符号间加上保护间隔,减小OFDM符号间干扰。图2.2所示为MIMO-OFDM系统接受端系统框图,从图中可以看出,接受到每一路O
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