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MIMO-OFDM无线通信技术第一章引言为适应发展的需要，未来移动通信系统将要求能够支持高达每秒数十兆甚至数白兆比特的高速分组数据传输，在无线资源日趋紧张的情况下，采用MIMO（multiple-input-multiple-output）无线传输技术，充分挖掘利用空间资源，最大限度地提高频谱利用率和功率效率，成为下一代移动通信研究的关键所在。根据项目要求，我们将在大量参考前人研究成果的基础上，详细阐述MIMO技术的产生背景、理论基础、关键技术以及在未来宽带无线通信中的应用前景。与此同时，给出相关性能的仿真结果。1.1 无线通信系统的发展20世纪80年代以来，计算机技术和通信技术得到前所未有的发展，全球进入了信息时代，这种发展的势头还在延续，已影响到社会各个方面。移动通信成为当代通信领域内的发展潜力最大、市场前景最广的热点技术。随着社会的进步和通信技术的发展，人们对新的无线业务，如Internet高速接入和实时多媒体业务需求的增加，对无线通信的传输速率和质量提出越来越高的要求。在过去的30年里，作为无线通信的典型代表，陆地蜂窝移动通信系统已经历经了第一代模拟通信系统到第二代数字通信系统阶段，到现在第三代多媒体通信系统的商业化进程已经全面铺开。第三代移动通信的应用同时也推动了下一代移动通信系统(Beyond3G或4G)的先期研究。第一代蜂窝移动通信系统（1G）产生于20世纪七十年代末，以传输模拟语音为主，采用的多址方式是频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）。这一阶段的特点是蜂窝移动通信网在世界各国快速推广，但每个国家的工作系统不同。其不足之处：容量有限、制式太多、互不兼容、必威体育官网网址性差、通话质量不高、覆盖范围较小、不能提供自动漫游等。第二代蜂窝移动通信系统（2G）始于20世纪90年代初期，采用全数字通信，主要为支持话音和低速率的数据业务而设计，采用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）和码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术，相对于第一代系统，第二代系统具有更高的频谱效率，同时支持话音和数据业务，系统容量和服务质量得到改善。比较典型的系统有欧洲的GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）、北美的和日本的PDC（Personal Digital Cellular，个人数字蜂窝电话）等。其不足之处：全球无线技术各自为营，不能提供自动漫游，数据业务支持速率较低，一般为22.8kbit/s，最高不超过32kbit/s，不能灵活的支持Internet业务。第三代移动通信系统（3G）是国际电信联盟(ITU)早在模拟移动通信刚刚发展时就提出了研究适用于全球运营的移动通信系统，当时被称为未来公众陆地移动通信系统(FPLMTS)。1996年ITU正式将FPLMTS改名为全球移动通信系统IMT-2000，俗称3G。第三代移动通信系统的目标是要实现全球覆盖和多媒体通信，针对个人通信其容量大，频谱利用率较高，可以称之为全球通信领域的一场巨大的变革。第三代系统的容量将比第二代CDMA和GSM高2.5倍以上，支持高速数据业务和移动多媒体业务。3G有更宽的带宽，其传输速度在用户处于移动条件下最低为，室内的传输速率最高为，带宽可达5MHz以上。1.2 研究背景虽然第三代移动通信比第二代移动通信传输速率快上千倍，但是未来仍无法满足全多媒体业务的通信需求。3G系统的核心网还未完全脱离2G系统的核心网结构，所以人们普遍认为3G系统仅仅是从窄带向未来宽带移动通信系统过渡的阶段。在我国虽然3G牌照已经为三大运营商发放，但以CDMA为核心的3G系统还存在不足，期待改进和解决。目前作为新的下一代通信方案的超3G通信系统吸引了众多研究者的目光，但其标准尚未统一，各个国家为了在下一代移动通信系统标准中占有一席之地，纷纷启动对超3G的标准化研究工作。美国ATT公司已经在其实验室开始研究一种被称为第四代移动通信的技术，其研究目的是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet网的速率。日本的DOCOMO移动通信公司、瑞典的爱立信公司和美国惠普公司也都宣布开始研究第四代移动通信系统。超3G移动通信技术不仅可以将上网速度提高到为第三代移动通信技术的50倍，即与光纤通信相当。而且即使在高速移动的条件下，也可以实现图像和声音的高质量传输，专家预计第四代移动通信系统大约在2011年正式投入实用。下表1.1比较3G和超3G系统的不同。表1.1 3G和超3G移动通信系统性能比较第三代移动通信系统第四代移动通信系统传输速率384kbps-2Mbps100Mbps系统容量1倍10倍频谱资源1.8-