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MIMO-OFDM 技术 摘要：作为下一代移动通信核心技术，MIMO-OFDM技术将OFDM技术与MIMO技术结合起来，该技术是在OFDM系统中采用阵列天线实现空间分集提高了信号质量。因此，在不增加数据带宽与功率的前提下，可以增加数据的传输速率。 关键字：OFDM ，MIMO，MIMO-OFDM技术 下一代（第四代）通信技术4G是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路[1]。4G最大的数据传输速率超过100Mbit／s，这个速率是目前移动电话数据传输速率的1万倍，也是3G移动电话速率的50倍。在有限的频谱资源上实现高速率和大容量，需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源。另外，OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落[2]。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信的技术核心。 1.OFDM 技术 OFDM的（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分复用技术的基本原理是把高速的数据流通过串/并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输，即将高速串行数据分成多路低速并行数据[3]。在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各个子信道独立传输。如果每个子信道的带宽被划分得足够窄，每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的，即每个子信道都可看作无符号间干扰（ISI）的理想信道，这样在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地解调[4]。 OFDM技术的系统示意图如图1所示。假设输入数据信元的速率为R 经过串/并转换后分成N个并行的子数据流，每个子数据流的速率为R/N。在每个子数据流中的若干个比特分成一组。N个并行的子数据信元编码交织后进行IFFT变换将频域信号转换到时域经过并/串转换后发射。接收端接收到的信号是时域信号，此信号经过解调和串/并转换后就得到输出数据。 在OFDM系统中，在OFDM符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交???，消除OFDM符号之间的干扰。在发送端实际发送1个OFDM时域序列的长度为Nd+Nc，Nd是一个OFDM符号能够传送的频域符号数，加在前面长度为Nc的序列称为循环前缀或防护间隔，利用它使得前—个OFDM符号对当前OFDM符号的干扰只影响到循环前缀部分，不会对当前OFDM符号造成影响，这就有效地消除了OFDM符号之间的干扰（ISI）。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰。OFDM由于采用循环前缀对抗码间干扰的能力很强。 图1. OFDM的系统示意图 引入循环前缀会使系统的传输效率有所下降，但这是为保证OFDM子载波之间的正交性和消除OFDM符号间干扰所必须付出的代价。但OFDM技术之所以越来越受关注，是因为OFDM有很多独特的优点： （1）抗衰落能力强。由于OFDM系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响。若再通过采用加循环前缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰； （2）频率利用率高。OFDM允许重叠的正交子载波作为子信道提高了频率利用效率,频谱效率比串行系统高近一倍。这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接Nyquist极限； （3）适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。 2.MIMO技术 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）是指在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接收天线。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用技术可以大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素，然而对于MIMO来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。MIMO技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素，MIMO技术有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率，因此它能够在不增加所占用的信号带宽的前提下使无线通信的性能改善几个数量级。MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线或阵列天线和多通道。它的多入多出是针对多径无线信道来说的，可以看出此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大，也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量,在不增加