MIMO-OFDM系統中的空時(shí)編碼技術(shù)研究

　　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3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2 Mb／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2個(gè)最嚴重的挑戰：多徑衰落和帶寬效率。眾所周知，多人多出(MIMO)技術(shù)和正交頻分復用(OFDM)技術(shù)是下一代移動(dòng)通信系統的核心技術(shù)，這是因為MIMO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，OFDM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。

　　1 MIMO-OFDM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劉通過(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(ISI)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OFDM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OFDM符號之間的干擾。OFDM技術(shù)之所以越來(lái)越受關(guān)注，是因為OFDM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?；贠FDM的多載波傳輸系統如下圖1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，MIMO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MIMO信道提供的空間分集增益。MIMO系統框圖如圖2所示

　　1.3 MIMO-OFDM系統模型

　　可以看出，MIMO技術(shù)能提高系統容量，在一定程度上可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性衰落卻無(wú)能為力。而OFDM技術(shù)可以高效利用頻譜資源，有效抵抗頻率選擇性衰落。將MIMO和OFDM技術(shù)相結合，充分利用這兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，MIMO-OFDM技術(shù)將成為第四代移動(dòng)通信系統中有效對抗頻率選擇性衰落，提高數據傳輸速率，增大系統容量的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO-OFDM系統模型如下圖3、4所示。