MIMO―OFDM系統中的空時(shí)編碼技術(shù)的仿真研究

摘要：介紹了MIMO技術(shù)，OFDM的基本原理，利用兩者的優(yōu)點(diǎn)將其結合起來(lái)運用到未來(lái)移動(dòng)通信系統中，并將成為未來(lái)移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)。空時(shí)編碼技術(shù)在MIMO-OFDM系統中的應用，通過(guò)仿真表明0FDM技術(shù)通過(guò)FFT變換能將頻率選擇性的多徑衰落信道分成多個(gè)平坦衰落信道，使空時(shí)編碼技術(shù)的應用不再受到平坦信道條件的限制。
關(guān)鍵詞：MIMO；OFDM；MIMO-0FDM；STBC；空時(shí)編碼

0 引言
近年來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：從基于頻分多址(FDMA)的模擬技術(shù)過(guò)渡到基于時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)的數字技術(shù)。目前第三代移動(dòng)通信系統相比第二代移動(dòng)通信系統而言，可以提供更寬的頻帶和更高的數據傳輸，傳輸速率可高達2Mb／s，然而隨著(zhù)全球范圍內移動(dòng)用戶(hù)數的迅猛增長(cháng)和多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，3G在通信系統容量和傳輸速率等方面將遠遠不能滿(mǎn)足要求。在未來(lái)的寬帶移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信系統中，存在兩個(gè)最嚴重的挑戰：多徑衰落和帶寬效率。眾所周知，多入多出(MIM0)技術(shù)和正交頻分復用(0FDM)技術(shù)是下一代移動(dòng)通信系統的核心技術(shù)，這：是因為MIM0技術(shù)利用空間分集和發(fā)射分集技術(shù)在不增加系統帶寬的前提下能夠成倍地提高系統信道容量和傳輸速率，0FDM技術(shù)通過(guò)將頻率選擇性信道在頻率內轉變成平坦衰落信道，從而減少了多徑衰落的影響。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，這兩種技術(shù)在下一代通信系統中備受青睞。

l MIMO一0FDM系統
1．1 OFDM技術(shù)
正交頻分復用的基本原理是把高速的數據流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸。在頻域內將信道劃分為若干互相正交的子信道，每個(gè)子信道均擁有自己的載波分別進(jìn)行調制，信號通過(guò)各子信道獨立地進(jìn)行傳輸。如果每個(gè)子信道的帶寬被劃分得足夠窄，每個(gè)子信道的頻率特性就可近似看作是平坦的，即每個(gè)子信道都可看作無(wú)符號間干擾(ISl)的理想信道。這樣，在接收端不需要使用復雜的信道均衡技術(shù)即可對接收信號可靠地進(jìn)行解調。在OFDM系統中，通過(guò)在0FDM符號之間插入保護間隔來(lái)保證頻域子信道之間的正交性，以及消除0FDM符號之間的干擾。0FDM技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因為0FDM有很多獨特的優(yōu)點(diǎn)：①頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統高近一倍。②抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強。③采用動(dòng)態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統達到最大比特率。④通過(guò)各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強的抗衰落能力。⑤基于離散傅里葉變換(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT來(lái)實(shí)現調制和解調，易用DSP實(shí)現?；?FDM的多載波傳輸系統如下圖l所示。

1．2 MIMO技術(shù)
MIMO(多輸入多輸出)是指利用多發(fā)射和多接收天線(xiàn)進(jìn)行空間分集的技術(shù)，來(lái)抑制信道衰落。根據收發(fā)兩端天線(xiàn)數量，相對于普通的SISO系統，MIM0還可以包括SIMO系統和MISO系統。MIMO采用的是分立式多天線(xiàn)，能夠有效地將通信鏈路分解成許多并行的子信道，從而大大提高系統容量。信息論已經(jīng)證明：當不同的接收天線(xiàn)和不同的發(fā)射天線(xiàn)之間互不相關(guān)時(shí)，MIMO系統能夠很好地提高系統的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。理論證明，信道容量隨著(zhù)天線(xiàn)數量的增加而線(xiàn)性增大，也就是說(shuō)可以利用MIMO信道成倍地提高無(wú)線(xiàn)信道容量，在不增加帶寬和天線(xiàn)發(fā)射功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。另外，MIMO技術(shù)在提高信道容量的同時(shí)也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復用增益，后者是利用MIM0信道提供的空間分集增益。MIM0系統框圖如圖2所示。

1．3 MIMO-OFDM系統模型