第二章mimo系统和ofdm系统的基本原理和关键技术

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1、第二章MIMO系统和OFDM系统的基本原理和关键技术2.1MIMO系统2.1.1MIMO系统的基本原理MIMO的基本思想就是用多根天线分集来阻止系统信道的衰落，在接收和发送两端分别设置多根天线并将它们结合，如果每个发送天线和接收天线的冲激响应独立，这样就构成了很多的并行空间信道，来大大提高系统的信道容量，改善系统的可靠性，降低系统的误码率[[32]。在发射端发射的数据符号经过空时处理后被送到接收端，经各个发射天线进行发射，在接收端利用空时检测器，对发射来的数据符号进行检测恢复，为了能够保证有效的分离发射来的数据符号，每个天线之间必须保持着足够大的数据流，防止接收数

2、据比特流过大的相关性。图2.1是一个MIMO系统的基本框图，从图2.1可以看出，MIMO技术在发射端和接收端都采用了像空间多元感应器一样的多元天线阵列，这样可以从散射了杂乱无章的空间无线信道中分别解调出标记有不同空间特性的空间分量，好像一个大路上，开辟出具体不同功能的互不干扰的通道，把这种解调技术获得的增益成为“空间分集增益”。图2.1结构系统框架图2.1.2空时分组编码技术1、基于发送分集的STBC空时编码对于空时分组码，核心的评价标准是提供发射分集、编码码元发射率以及发射时隙的多少。发射天线的分集度取决于空时编码矩阵的设计方案，如要完全分集，则至少应保证编码矩

3、阵是满秩的。如果配置了多根接收天线，则总的分集度是发射天线数量与接收天线数量的乘积。码元发射率是每单位码元周期内的发射码元的个数。发射时隙是空时编码的长度也就是指码元周期。设计空时编码的最一般的目的是在保持全分集发射的情况下，使码元发射率(速率)最大并且使发射时最小。2、基于空间复用的BLAST空时编码分层空时码是由Bell实验室的G.J.Foschini等人提出的最早的一种空时编码方式。它的基本思想是：在发送端，将高速信源数据分为几个低速的子数据流，对各个子数据流进行普通的并行信道编码之后，进行分层空时编码，调制之后通过多个天线发送出去，从而达到分集发送的效果；

4、在接收端，用多个天线分集接收，信道参数通过信道估计获得，进行分层空时译码。2.1.3MIMO系统的优缺点1、MIMO技术的优点：MIMO技术的应用中，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。多天线系统的应用，使得多达min(Nt,Nr)的并行数据流可以同时传送。同时，在发送端或接收端采用多天线，可以显著克服信道的衰落，降低误

5、码率。一般的，分集增益可以高达Nt*Nr。老接入点到了老客户段，只发送和接收一个空间流MIMO接入点到MIMO客户端，同时发送和接收多个空间流可以看出，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，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIMO信道提供的空间分集增益。实现空间复用增益的算法主要有贝尔实验室的BLAST算法、ZF（zero-forcing，迫零）算法、

6、MMSE（minimummeansquareerror，最小均方差）算法、ML（maximumlikelihood，最大似然）算法。ML算法具有很好的译码性能，但是复杂度比较大，对于实时性要求较高的无线通信不能满足要求。ZF算法简单容易实现，但是对信道的信噪比要求较高。性能和复杂度最优的就是BLAST算法。该算法实际上是使用ZF算法加上干扰删除技术得出的。目前MIMO技术领域另一个研究热点就是空时编码。常见的空时码有空时块码、空时格码。空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。2、MIMO技术的缺点：1、空间相关:空

7、间特性是维系MIMO性能的关键，无论从有效性的并行子信道和可靠性的分集指数都和空间独立性相关，空间相关导致的低秩和低分集指数都极大影响着MIMO的信道容量和误码性能。2、空间干扰。这是空时复用最直接的影响，在没有空间分集可利用的系统中恢复各发射天线等功率的信号必定造成的判决性能的下降，因此接收端的干扰消除算法能够保证系统性能的关键。2.2OFDM技术2.2.1OFDM系统的基本原理OFDM的概念源自于频分复用和多载波通信技术。MC与FDM基本思想一致，采用多个载波信号，将要传输的数据馏分结成多个比特流，每个字数据具低得多的传输比特速率，并且用这些数据流去并行调制多

8、个载波。多