MIMO與OFDM技術(shù)架構(gòu)的原理.doc

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1、MIMO與OFDM技術(shù)架構(gòu)的原理?(2008/7/414:13)本文關(guān)鍵字:?無線通信1,4G2,WIMAX7,LTE15,UMB2,WiBro1,PHS2,MIMO14,IP2,互聯(lián)網(wǎng)1,DSP3,天線9,SDMA1,TDD13,3GPP2,CCSA1,大唐移動2,中國移動2,中興1,華為1,鼎橋1,FDD12,OFDM8,寬帶1,網(wǎng)絡(luò)1,CDMA1,WIFI1,FDMA5,電池1,手機(jī)1,基站1雖然無線通信技術(shù)一直都在不斷發(fā)展，但當(dāng)前卻處于一個前所未有的變革期，新興的4G空中接口如WiMAX、LTE、UMB、802.20、WiBRO以

2、及下一代PHS等等都有一個共同的特點(diǎn)：即都是基于正交頻分多址接入(OFDMA)、都采用MIMO(多入多出)技術(shù)、都具有“扁平化架構(gòu)”且均基于IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)。本文將主要關(guān)注軟件定義下(靈活)的OFDMA和MIMO架構(gòu)，簡要討論在WiMAX和LTE中使用MIMO(全I(xiàn)P雖然也受到關(guān)注，但不在本文討論范圍)，然后介紹如何實(shí)現(xiàn)OFDMA核心DSP算法及LTE上行鏈路使用的新型變量。MIMO可以使用幾種不同的形式，以WiMAX下行鏈路為例，有兩種標(biāo)準(zhǔn)的MIMO模式：MatrixA或者STC(空時編碼)，以及MatrixB。STC用兩種不同的形式

3、在兩個傳送天線上傳送相同的信號，因此數(shù)據(jù)率和SISO相比沒有增加，但因?yàn)閮煞N形式(s和–s*)是不同的，接收器有更大機(jī)會恢復(fù)數(shù)據(jù)，這樣對于給定的數(shù)據(jù)率它提高了穩(wěn)定性和范圍。如果在下行鏈路也采用這種技術(shù)，則符號率數(shù)據(jù)塊不會受到影響(發(fā)送的一個符號)，不過現(xiàn)在有兩個脈沖鏈饋送至兩個天線，同時信息采用不同形式的調(diào)制方式。MatrixB則相反，它傳送兩個不同的符號從而使數(shù)據(jù)率加倍。這里有兩個脈沖鏈(對于兩個天線)，每個實(shí)際上都運(yùn)行單獨(dú)的符號而不是復(fù)制，符號率部分可以設(shè)計更為快速，然后將輸出交替送到兩個TX部分。在實(shí)際中，真正的系統(tǒng)同時支持兩種模式

4、，并根據(jù)用戶選擇MatrixA或B：對狀況好的用更快速度傳輸，而對狀況不好的就用STC。這和多核架構(gòu)非常匹配，如圖1所示，兩個獨(dú)立的脈沖鏈饋送到兩個天線上：同一個架構(gòu)應(yīng)用了兩次，對于工程師非常簡單。這一框圖實(shí)際上會有些復(fù)雜，現(xiàn)實(shí)中很多系統(tǒng)將MIMO與空間技術(shù)如波束成形、“調(diào)零控制”或者SDMA結(jié)合在一起。該設(shè)計有8個天線，每個MIMO通路配置了4個，每個都有獨(dú)立的操控權(quán)。2x2MIMO結(jié)構(gòu)用于8天線下行鏈路圖1：MIMO下行鏈路系統(tǒng)，顯示兩個獨(dú)立的脈沖鏈。該系統(tǒng)還包括波束成形，用于總共8個天線。在接收器端，信號處理更加復(fù)雜，因?yàn)镸atri

5、xB的峰值數(shù)據(jù)率更高，而且接收器要區(qū)分不同的信號也要更為復(fù)雜。LTE-TDD是TD-SCDMA未來的演進(jìn)技術(shù)，相關(guān)研究與標(biāo)準(zhǔn)化工作已在中國開始進(jìn)行，LTE系統(tǒng)要求已由3GPP發(fā)布，主要參與機(jī)構(gòu)包括中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(CCSA)、大唐移動、中國移動、中興通訊、華為以及鼎橋通信等。LTETDD原來有兩類幀結(jié)構(gòu)，第一類最初可同時用于FDD和TDD，后來變?yōu)閮H用于FDD。每個無線幀長度為10毫秒，包括20個0.5毫秒時段，兩個連續(xù)的時段定義為一個子幀。在TDD中，子幀用于下行鏈路或者上行鏈路傳輸，其中子幀0和5總是用于下行鏈路傳輸，子幀2僅適用于

6、TDD且?guī)缀跖cTD-SCDMA結(jié)構(gòu)一樣。每個無線幀都有兩個長度各為5毫秒的半幀，每個半幀包含7個時段，編號從0到6，還有3個特殊字段，分別為DwPTS、GP和UpPTS。第二類幀結(jié)構(gòu)由大唐移動提出，因?yàn)樗cTD-SCDMA更加兼容，所以一些特性和所定義的物理程序仍然繼續(xù)適用。第一類幀結(jié)構(gòu)——僅用于FDD：第二類幀結(jié)構(gòu)——僅用于TDD：不過在中國移動的支持下，這兩種類型在去年11月舉行的3GPPRAN1會議上合并為一種結(jié)構(gòu)，最終的幀結(jié)構(gòu)更類似于FDD結(jié)構(gòu)，如下圖所示：OFDM采用了大量空間結(jié)構(gòu)緊湊的正交子載波，每個都具有傳統(tǒng)的調(diào)制方案(如正

7、交幅度調(diào)制，QAM)以及較低的符號率，使同樣帶寬下的數(shù)據(jù)率類似于傳統(tǒng)單載波調(diào)制方案。OFDMA則有所增強(qiáng)，可通過分配特別的符號使多個用戶共享信道。OFDM相比于單載波方案最大的優(yōu)勢是可以應(yīng)對多種信道狀態(tài)而不需要復(fù)雜的均衡濾波器，如長距離銅線的高頻衰減、多通路造成的窄帶干擾和頻選衰減等。由于OFDM可以看作是使用很多慢調(diào)制窄帶信號而不是一個快速調(diào)制寬帶信號，所以信道均衡可得以簡化。較低的符號率也使得在符號之間應(yīng)用防護(hù)間隔更易于承受，可以處理時間分配并消除符號間干擾(ISI)。來自市場的壓力常常使供應(yīng)商在標(biāo)準(zhǔn)還處于早期版本時就推出產(chǎn)品，所以他

8、們必須要能用簡單的軟件升級辦法使產(chǎn)品靈活升級到最終版本，最好通過同一個可編程平臺能支持不同的模式或不同的標(biāo)準(zhǔn)(例如同時支持LTE與WiMAX)，以便在靈活的基于軟件的引擎上高效實(shí)現(xiàn)面向硬件的算