MIMO技术与OFDM的结合

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1、MIMO技术的应用多输入多输出系统（MIMO）概念，即在无线通信系统的发送端和接收端同时使用多副天线收发信号来增加无线信道的容量。所以也将MIMO系统称为多天线系统实质上，MIMO系统基于空时信号处理概念，即通信信号传输在充分利用时间维的基础上，通过使用多付收发天线来增加空间维，从而实现对通信信号的多维处理，以期获得空间复用增益或空间分集增益目前,朗讯、松下、金桥和NTTDoCoMo等公司都在积极倡导MIMO天线系统技术的应用[1]。在3GPP的高速下行链路分组接入方案(HighSpeedDownlinkPacketAccess,HSDPA)中提出了使用MIMO天线系统,这种系统在

2、发送和接收方都有多副天线,可以认为是双天线分集的进一步扩展。一、BLAST系统BLAST系统是由美国Bell实验室研制的MIMO实验系统。理论研究表明，采用BLAST技术方案的MIMO系统频谱利用率可以随着天线副数的增加而成线性增长，最高可达300bps/Hz。2002年BLAST技术获得美国年度爱迪生发明奖，同年10月世界上第一颗BLAST芯片也在朗讯公司贝尔实验室诞生。BLAST芯片支持最高4×4的天线布局，数据传输速率可达19.2Mbps。二、IEEE802.11n计算机网络与无线通信技术的结合产生了无线局域网。IEEE为高速无线局域网制定了802.11系列标准。但随着多媒体

3、信息的传输要求，无线局域网必然向着更高速率发展。为此采用MIMO技术的IEEE802.11n标准应运而生。以Airgo等著名公司组成的全球频谱效率联盟提出WWiSE提案。以思科、英特尔等公司提出了TGnSync提案。虽然两个提案各自采用的频宽和载波技术不同，却都选择了MIMO技术，其传输速率高达100Mbps。WWiSE提案使用2.4GHz或5GHz频段，支持空时分组码和波束成形技术。二进制序列首先进行信道编码及调制，然后进入IFFT进行快速傅里叶变换调制，加入循环前缀后经脉冲成形将信号变成了“处理过”的数据流，再通过模数转换经射频调制放大后经多天线系统发送出去。TGnSync提案

4、也以MIMO和OFDM技术为基本依托，首先使用LDPC码对数字信息进行编码，经凿孔后对信息进行分配形成N路空间流，然后对每一空间流在子载波之间进行频率交织后进行调制（BPSK、QPSK、16-QAM、256-QAM），再将N路空间流经Q-变换映射到各天线支路。接着，映射到各天线上的信号经IFFT变换到时域，经添加循环前缀后形成OFDM符号。最后，再进行时域加窗处理后形成时域连续信号，把时域连续信号射频处理后通过天线发送出去。三、IEEE802.16根据用户需求，无线城域网对数据通信速率和通信距离提出了更高要求。为此，IEEE于1999年成立了802.16工作组，基于MIMO和OFD

5、M技术，分别对10－66GHz频段和2－11GHz频段的宽带无线接入及不同无线接入系统的共存等技术问题进行研究，并连续发布了802.16、802.16a、802.16d、802.16e等系列标准。这些标准迅速得到了Intel、中兴通讯等100多家知名电信设备和芯片制造商的响应，使其商用化和互通性得到了加强。到目前为止，IEEE802.16系列芯片已全部推出。以IEEE802.16a为例，其通信距离可达50Km，数据传输速率最高可到75Mbps，基本达到了城域网的性能要求。四、MIMO技术在3G的应用综合使用空间复用技术和空时编码技术，使得MIMO能够在不同的使用场景下都发挥出良好的

6、效果，3GPP组织也正是因为这一点，将MIMO技术纳入了HSPA+标准(R7版本)。出于成本及性能的综合考虑，HSPA+中的MIMO采用的是2×2的天线模式：下行是双天线发射，双天线接收；上行为了降低终端的成本，缩小终端的体积，采用了单天线发射。也就是说，MIMO的效用主要只是用在下行，上行只是进行传输天线选择。HSPA+中，MIMO规定了下行的Precoding预编码矩阵，包括4种形式：1)空间复用(Spatialmultiplexing)；2)空时块码(SpaceTimeBlockCoding)；3)波束成型(BeamForming)；4)发射分集(TransmitDivers

7、ity)。在HSPA+上行方面，MIMO技术有两种天线选择方案：开环和闭环。1)开环方案即TSTD(时分切换传输分集)，上行数据轮流在天线间交替发送，从而避免单条信道的快衰落,如图所示。闭环方案中，终端必须从不同的天线发送参考符号，由基站进行信道质量测量，然后选择信道质量好的天线进行数据发送，如图5所示。2)MIMO技术能够大大提高频谱利用率，使得系统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。作为MIMO技术的发明者，阿尔卡特朗讯首先提出将MIMO技术加入3GPP标