wimax系统中虚拟mimo上行用户性能研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论第四代移动通信(4G)中系统将提供高达l00Mbps，甚至更高的数据传输速率，能够实现全球无缝漫游。未来的移动通信业务将从话音扩展到数据、图像、视频等多媒体业务，因此，对服务质量和传输速率的要求越来越高。这对移动通信系统的性能提出了更高的要求。而带宽在移动通信中是非常稀缺的资源，因此，必须采用先进的技术有效地利用宝贵的频率资源，以满足高速率、大容量的业务需求；同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落，降低噪声和多径干扰，达到改善系统性能的目的。MIMO-OFDM技术能够解决以上提出的问题，而虚拟MIMO系统又有

2、效地解决了普通终端难以配备高成本MIMO设备的问题，因此，对虚拟MIMO系统进行性能研究是一项很有意义的工作。本课题基于WiMAX/802.16e系统对虚拟MIMO的性能进行研究，主要从物理层信道估计方法和译码算法以及MAC层调度方案几个方面进行分析。1.1课题背景与意义MIMO(多输入多输出，Multiple-InputMultiple-Output)技术最早是由Marconi于1908年提出的，是第三代和未来移动通信系统实现高数据速率、高系统容量，提高传输质量的重要途径[1]。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

3、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。但是如果在发送端和接收端都使用多天线(即MIMO系统)，此时的信道容量将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。OFDM(正交频分复用，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术实际上是MCM(多载波调制，Multi-carrierModulation

4、)的一种。其主要思想是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。可见，OFDM技术能够有效地对抗多径干扰与频率选择性衰落，并具有频谱利用率高，成本偏低等优点[2]。不过OFDM提高频谱利用率的作用毕

5、竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是多天线OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外ODFM由于码率低和加人了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。因此，本课题在MIMO-OFDM系统模型之上研究虚拟MIMO技术，有效地提高了整个系统的频谱效率和功率效率。理想的MIMO多天线系统要求相邻天线之间的间距要远大于电波波长，并且多个收发天线之间的传输信道是不相关的，而由于质量、体积和功耗等的限制

6、，移动终端很难实现多个天线的安置。于是Sendonaris等人提出了一种新的空域分集技术——协作分集，其基本原理是：每个单天线的移动终端都有一个或多个合作伙伴(Partner)，它除了要传输自己的信息之外，还要负责传输其合作伙伴的信息。这样，相当于相互协作的移动终端共享了彼此的天线，构造了一个“虚拟”的MIMO，虚拟MIMO因此得名。在虚拟MIMO系统中，每个终端在传输信息的过程中既利用了自己又利用了其它终端的空间信道，从而获取了一定的空间分集增益，实现了单天线移动终端的空域分集。在平衰落环境下，虚拟MIMO可以扩大系统容量，提高网络服务质量，改善

7、系统性能[3]。1.1虚拟MIMO技术的国内外研究现状及趋势1.2.1虚拟MIMO的发展现状从1998年开始，Telater、Foschini以及Rayleigh等国内外著名的无线通信研究机构和学者们对MIMO技术开始了大量的深入研究。很多电子与通信领域的国际学术刊物在近几年也出版了关于MIMO无线通信的专辑等。此外，在近几年的国际通信与信号处理相关领域的学术会议也都将MIMO无线通信列为一个重要的主题。我国“十五”期间高技术研究发展计划(“863”计划)中设置的“新型天线与分集技术”项目将重点研究MIMO多天线通信技术，设计适于终端和基站应用的多

8、天线，结合空时编解码和收发联合信号处理研究提高系统容量和降低-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文误码率的方法，探索关键技术