MIMO—OFDM系统.doc

第1章 引言 在信息化的时代，建立一个高效、可靠、安全的信息网络己成为现代社会的首要任务。在各种信息技术中，信息的交换和传输是其重要的技术手段，而其中的移动通信在现代通信技术中发挥着越来越大的作用，由于其传播的开放性及用户的随机移动性已成为通信技术中不可缺少的组成部分[1]。 移动通信属于无线通信范畴，它以空间电磁波为传输载体，使通信双方至少有一方在电磁波的覆盖范围内处于移动状态下进行不间断的通信。移动通信不受时间、空间的限制，具有很大的机动性、灵活性，己成为无线通信中应用最为广泛的一类通信方式。而移动通信网就是利用无线通信信道将行人、汽车、舰船、飞机等移动目标同固定的有线电话网相连接的通信网。目前移动通信己从模拟通信发展到数字通信阶段，并向软件无线电这一新的通信体系发展。 目前，第三代移动无线网(3G)己进入实用化阶段，并形成了三大主要标准： WCDMA, CDMA2000, TD-SCDMA；kbit/s,室外步行384kbit/s的业务和在低速移动本地覆盖范围条件下提供2Mbit/s业务。随着无线互联网的发展，其业务要求达到1M-2Mbit/s(车载快速移动)、3.6Mbit/s(步行)和15Mbit/s(固定4G的概念，并充分与INTERNET技术相结合，互为利用，使之成为具有广大应用前景的无线移动通信网络，并且在开发新频段的基础上充分提高频谱效率以满足大容量的通信要求。因此，各种新的高效移动通信技术己成为研究热点，其中的多载波码分多址(Multi-Carrier Code Division Acces, MC-CDMA)技术作为继第三代移动通信技术后(4G)的核心技术之一得到了广泛的研究。 无线通信的不可靠性主要是由无线衰落信道的时变和多径特性引起的，如何有效地对抗无线信道的衰落是高速移动通信必须要解决的问题。与有线通信相比，无线通信提高通信质量十分困难。在AWGN信道中，通过采用适当的编码调制方案，仅仅增加1～2dB的信噪比就可以有效地把误码率从降到。而在无线多径衰落信道中达到同样的效果，信噪比需要付出10dB左右的代价。在无线通信系统中提高信息传输可靠性的一种有效手段是采用分集技术[2]。 MIMO（Multiple-Input-Multiple-outputMIMO技术非常符合下一代宽带无线通信系统对高速率通信能力的要求。自上个世纪90年代以来，针对MIMO技术在宽带无线系统中的应用展开了大量的研究，以多天线发送多天线接收（MIMO）4G移动通信系统的热点技术[5]。 而作为另一种适用于宽带无线系统的通信技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）MCM）MCM）相比，OFDM调制的各个子载波间可相互重叠，并且能够保持各个子载波之间的正交性。通过添加循环前缀，能够克服多径时延带来的符号间干扰。通过将宽带信道划分为多个窄带的子载波（子载波宽度小于信道相干带宽），可以较为有效的对抗信道的频率选择性衰落，有利于简化信道估计，并且不需要复杂的信道均衡，特别适合5MHz 以上的宽带移动通信系统。OFDM技术可以用来对抗无线环境中的多径衰落，减少码间干扰，从而高效的利用频谱。其不但在广播式数字音频和视频领域得到了广泛的应用，并且已经被引入无线局域网的标准，预计在下一代移动通信技术中OFDM技术将成为主流技术。 将OFDM(正交频分复用)技术应用于宽带MIMO(多输人多输出)系统是提高频带利用率、降低接收机复杂度的重要途径，因此该系统越来越受到人们关注。由于OFDM 的子载波衰落情况相对平坦，十分适合与MIMO 技术相结合，极大的提高了系统性能。将MIMO技术和OFDM结合通常有两种方法：一种是利用多天线实现空分复用，提高数据比特率；另一种是利用多天线实现空间分集，从而提高传输可靠性。结合这两种技术各自的优点来实现一种具有高容量、高可靠性的宽带无线通信系统就成为了当前众多研究中的一个热点。 本文结合MIMO技术与OFDM技术System View对MIMO-OFDM系统的信道估计进行设计与仿真，并分析其结果。 第2章 MIMO—OFDM系统 2.1 MIMO无线通信技术 在当前第三代移动通信系统中，下行链路的容量构成了整个系统的瓶颈。由于诸多业务对上下行链路容量要求的不对称性，尤其对下行容量有很高的要求，如视频多媒体、下载等业务。在传输带宽一定的条件下，这无疑给第三代移动通信系统提出了难题。1996 年秋，G. J. Foschini(MIMO)系统指出,如果在发送端和接收端都使用多天线（MIMO系统），并假设每对收发天线之间的信道是相互独立的瑞利衰落信道，信道矩阵为，则系统香农容量与天线个数存在以下关系： * 其中T、R 分别为发送和接收天线的数目，当收发天线个数增