MIMO技術(shù)與OFDM的結(jié)合

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1、MIMO技術(shù)的應(yīng)用多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）概念，即在無線通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端同時(shí)使用多副天線收發(fā)信號來增加無線信道的容量。所以也將MIMO系統(tǒng)稱為多天線系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上，MIMO系統(tǒng)基于空時(shí)信號處理概念，即通信信號傳輸在充分利用時(shí)間維的基礎(chǔ)上，通過使用多付收發(fā)天線來增加空間維，從而實(shí)現(xiàn)對通信信號的多維處理，以期獲得空間復(fù)用增益或空間分集增益目前,朗訊、松下、金橋和NTTDoCoMo等公司都在積極倡導(dǎo)MIMO天線系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用[1]。在3GPP的高速下行鏈路分組接入方案(HighSpeedDownlinkPacketAccess,HSDPA)中提出了使用MIMO天線系統(tǒng),這種系統(tǒng)在

2、發(fā)送和接收方都有多副天線,可以認(rèn)為是雙天線分集的進(jìn)一步擴(kuò)展。一、BLAST系統(tǒng)BLAST系統(tǒng)是由美國Bell實(shí)驗(yàn)室研制的MIMO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。理論研究表明，采用BLAST技術(shù)方案的MIMO系統(tǒng)頻譜利用率可以隨著天線副數(shù)的增加而成線性增長，最高可達(dá)300bps/Hz。2002年BLAST技術(shù)獲得美國年度愛迪生發(fā)明獎(jiǎng)，同年10月世界上第一顆BLAST芯片也在朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生。BLAST芯片支持最高4×4的天線布局，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)19.2Mbps。二、IEEE802.11n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了無線局域網(wǎng)。IEEE為高速無線局域網(wǎng)制定了802.11系列標(biāo)準(zhǔn)。但隨著多媒體

3、信息的傳輸要求，無線局域網(wǎng)必然向著更高速率發(fā)展。為此采用MIMO技術(shù)的IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。以Airgo等著名公司組成的全球頻譜效率聯(lián)盟提出WWiSE提案。以思科、英特爾等公司提出了TGnSync提案。雖然兩個(gè)提案各自采用的頻寬和載波技術(shù)不同，卻都選擇了MIMO技術(shù)，其傳輸速率高達(dá)100Mbps。WWiSE提案使用2.4GHz或5GHz頻段，支持空時(shí)分組碼和波束成形技術(shù)。二進(jìn)制序列首先進(jìn)行信道編碼及調(diào)制，然后進(jìn)入IFFT進(jìn)行快速傅里葉變換調(diào)制，加入循環(huán)前綴后經(jīng)脈沖成形將信號變成了“處理過”的數(shù)據(jù)流，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換經(jīng)射頻調(diào)制放大后經(jīng)多天線系統(tǒng)發(fā)送出去。TGnSync提案

4、也以MIMO和OFDM技術(shù)為基本依托，首先使用LDPC碼對數(shù)字信息進(jìn)行編碼，經(jīng)鑿孔后對信息進(jìn)行分配形成N路空間流，然后對每一空間流在子載波之間進(jìn)行頻率交織后進(jìn)行調(diào)制（BPSK、QPSK、16-QAM、256-QAM），再將N路空間流經(jīng)Q-變換映射到各天線支路。接著，映射到各天線上的信號經(jīng)IFFT變換到時(shí)域，經(jīng)添加循環(huán)前綴后形成OFDM符號。最后，再進(jìn)行時(shí)域加窗處理后形成時(shí)域連續(xù)信號，把時(shí)域連續(xù)信號射頻處理后通過天線發(fā)送出去。三、IEEE802.16根據(jù)用戶需求，無線城域網(wǎng)對數(shù)據(jù)通信速率和通信距離提出了更高要求。為此，IEEE于1999年成立了802.16工作組，基于MIMO和OFD

5、M技術(shù)，分別對10－66GHz頻段和2－11GHz頻段的寬帶無線接入及不同無線接入系統(tǒng)的共存等技術(shù)問題進(jìn)行研究，并連續(xù)發(fā)布了802.16、802.16a、802.16d、802.16e等系列標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)迅速得到了Intel、中興通訊等100多家知名電信設(shè)備和芯片制造商的響應(yīng)，使其商用化和互通性得到了加強(qiáng)。到目前為止，IEEE802.16系列芯片已全部推出。以IEEE802.16a為例，其通信距離可達(dá)50Km，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可到75Mbps，基本達(dá)到了城域網(wǎng)的性能要求。四、MIMO技術(shù)在3G的應(yīng)用綜合使用空間復(fù)用技術(shù)和空時(shí)編碼技術(shù)，使得MIMO能夠在不同的使用場景下都發(fā)揮出良好的

6、效果，3GPP組織也正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，將MIMO技術(shù)納入了HSPA+標(biāo)準(zhǔn)(R7版本)。出于成本及性能的綜合考慮，HSPA+中的MIMO采用的是2×2的天線模式：下行是雙天線發(fā)射，雙天線接收；上行為了降低終端的成本，縮小終端的體積，采用了單天線發(fā)射。也就是說，MIMO的效用主要只是用在下行，上行只是進(jìn)行傳輸天線選擇。HSPA+中，MIMO規(guī)定了下行的Precoding預(yù)編碼矩陣，包括4種形式：1)空間復(fù)用(Spatialmultiplexing)；2)空時(shí)塊碼(SpaceTimeBlockCoding)；3)波束成型(BeamForming)；4)發(fā)射分集(TransmitDivers

7、ity)。在HSPA+上行方面，MIMO技術(shù)有兩種天線選擇方案：開環(huán)和閉環(huán)。1)開環(huán)方案即TSTD(時(shí)分切換傳輸分集)，上行數(shù)據(jù)輪流在天線間交替發(fā)送，從而避免單條信道的快衰落,如圖所示。閉環(huán)方案中，終端必須從不同的天線發(fā)送參考符號，由基站進(jìn)行信道質(zhì)量測量，然后選擇信道質(zhì)量好的天線進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，如圖5所示。2)MIMO技術(shù)能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在有限的無線頻帶下傳輸更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。作為MIMO技術(shù)的發(fā)明者，阿爾卡特朗訊首先提出將MIMO技術(shù)加入3GPP標(biāo)