基于快速MIMO-OFDM

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1、沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）第1章绪论现代无线移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段，并且正朝着个人通信这一更高阶段发展。未来移动通信的目标是，能在任何时间、任何地点、向任何人提供快速可靠的通信服务。随着各种的无线和数据业务不断出现，无线资源如频谱变得越来越紧张，如何更高效地利用有限的通信资源成为无线通信新技术发展的焦点所在。近年来，多天线技术由于能较大幅度地提高频谱效率，被视为未来无线移动通信系统的关键技术之一。本论文主要研究多天线技术和系统的有关问题。1.1研究背景新一代移动通信系统所追求的目标就是任何人，任何时候可以与任何地方的任何人进

2、行通信，并要求能以更低成本提供上百兆bits/s的多媒体数据通信速率，显然必须开发高频谱效率的无线传输方案才可能实现此目标。而随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足己经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈。所以如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。追求尽可能高的频谱利用率已成为并且在今后仍然是一个充满挑战的问题。这种挑战促使人们努力开发高效的编码，调制及信号处理技术来提高无线频谱的效率。MIMO技术被认为是未来移动通信与个人通信系统实现高速率数据传输，提高传输质量的重要途径。近几年来，对无线系统中使用多天线以及空时编码与调制

3、技术的研究己成为无线系统中新的领域，而且在理论和实践上也日渐成熟。当前，空时处理技术已经引入3G系统、4G系统、固定和移动IEEE802.11协议和无线局域网IEEE802.21协议等标准中，而且使用空时技术的专利产品也己经出现。从理论上可以证明，如果在发射端和接收端同时使用多天线，那么这种MIMO系统的内在信道并行性必然在提高整个系统容量的同时，提高系统性能。如果接收端可以准确地估计信道信息，并保证不同发射接收天线对之间的衰落相互独立，对于一个拥有n个发射天线和m个接收天线的系统，能达到的信道容量随着min(n，m)-45-沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（

4、论文）的增加而线性增加。也就是说，在其他条件都相同的前提下，多天线系统的容量是单天线系统的min(n，m)倍。因此，多天线信道容量理论的提出无疑给解决高速无线通信问题开辟了一条新的思路。1.2研究意义随着移动通信的发展，所传输的数据速率越来越高，信号的带宽也远超出信道的相关带宽，采用传统的均衡技术难以保证信号传输的质量。多径衰弱就成为妨碍高速数据传输的主要障碍。采用扩频技术极大地扩展了信息的传输带宽，可以把携带有统一信息的多径信号分离出来并加以利用，因此扩频技术具有频率分集和时间分集的特点。扩频技术是克服多径干扰的有效手段。MIMO技术，在高速宽带无线通信系统中，多径

5、效应、频率选择性衰落和带宽效率是信号传输过程中必须考虑的几个关键问题。多径效应会引起信号的衰落，因而被视为有害因素。然而MIMO系统是针对多径无线信道而产生的，一定程度上可以利用传播过程中产生的多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，多径效应对其影响并不大，反而可以作为一个有利因素加以使用。但MIMO对于频率选择性衰落仍无法避免，目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术和OFDM，而解决频率选择性衰落问题恰恰正是OFDM的一个长处。而OFDM技术实质上是一种多载波窄带调制，可以将宽带信道转化成若干个平坦的窄带子信道，每个子信道上的信号带宽小于信

6、道的相关带宽，所以每个子信道上的频率选择性衰落可以看作是平坦性衰落。OFDM被认为是第四代移动通信中的核心技术，然而4G需要高的频谱利用技术和高速传输系统，为了进一步提高系统传输速率，使用OFDM技术的无线通信网就必须增加载波的数量，而这种方法会造成系统复杂度的增加，并增大系统的占用带宽。而MIMO多天线技术能在不增加带宽的情况下，在每一个窄带平坦子信道上获得更大的信道容量，可以成倍地提高通信系统的容量和频谱效率，是一种利用空间资源换取频谱资源的技术。在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外ODFM由于码率低和加入

7、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，这就允许单频网络(SFN)可以用于宽带OFDM系统，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。-45-沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）1.3研究状况在MIMO系统理论及性能研究方面已有一批文献，这些文献涉及相当广泛的内容。但是由于无线移动通信MIMO信道是一个时变、非平稳多入多出系统，尚有大量问题需要研究。比如说，各文献大多假定信道为分段-恒定衰落信道。这对于宽带信号的4G系统及室外快速移动系统