MIMO―OFDM系統(tǒng)中的空時編碼技術(shù)的仿真研究

摘要：介紹了MIMO技術(shù)，OFDM的基本原理，利用兩者的優(yōu)點將其結(jié)合起來運用到未來移動通信系統(tǒng)中，并將成為未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)。空時編碼技術(shù)在MIMO-OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過仿真表明0FDM技術(shù)通過FFT變換能將頻率選擇性的多徑衰落信道分成多個平坦衰落信道，使空時編碼技術(shù)的應(yīng)用不再受到平坦信道條件的限制。
關(guān)鍵詞：MIMO；OFDM；MIMO-0FDM；STBC；空時編碼

0 引言
近年來移動通信技術(shù)飛速發(fā)展，主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：從基于頻分多址(FDMA)的模擬技術(shù)過渡到基于時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)的數(shù)字技術(shù)。目前第三代移動通信系統(tǒng)相比第二代移動通信系統(tǒng)而言，可以提供更寬的頻帶和更高的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可高達2Mb／s，然而隨著全球范圍內(nèi)移動用戶數(shù)的迅猛增長和多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，3G在通信系統(tǒng)容量和傳輸速率等方面將遠遠不能滿足要求。在未來的寬帶移動無線通信系統(tǒng)中，存在兩個最嚴(yán)重的挑戰(zhàn)：多徑衰落和帶寬效率。眾所周知，多入多出(MIM0)技術(shù)和正交頻分復(fù)用(0FDM)技術(shù)是下一代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，這：是因為MIM0技術(shù)利用空間分集和發(fā)射分集技術(shù)在不增加系統(tǒng)帶寬的前提下能夠成倍地提高系統(tǒng)信道容量和傳輸速率，0FDM技術(shù)通過將頻率選擇性信道在頻率內(nèi)轉(zhuǎn)變成平坦衰落信道，從而減少了多徑衰落的影響。正是由于這些優(yōu)點，這兩種技術(shù)在下一代通信系統(tǒng)中備受青睞。

l MIMO一0FDM系統(tǒng)
1．1 OFDM技術(shù)
正交頻分復(fù)用的基本原理是把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率相對較低的若干子信道中進行傳輸。在頻域內(nèi)將信道劃分為若干互相正交的子信道，每個子信道均擁有自己的載波分別進行調(diào)制，信號通過各子信道獨立地進行傳輸。如果每個子信道的帶寬被劃分得足夠窄，每個子信道的頻率特性就可近似看作是平坦的，即每個子信道都可看作無符號間干擾(ISl)的理想信道。這樣，在接收端不需要使用復(fù)雜的信道均衡技術(shù)即可對接收信號可靠地進行解調(diào)。在OFDM系統(tǒng)中，通過在0FDM符號之間插入保護間隔來保證頻域子信道之間的正交性，以及消除0FDM符號之間的干擾。0FDM技術(shù)之所以越來越受關(guān)注，是因為0FDM有很多獨特的優(yōu)點：①頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統(tǒng)高近一倍。②抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強。③采用動態(tài)子載波分配技術(shù)能使系統(tǒng)達到最大比特率。④通過各子載波的聯(lián)合編碼，可具有很強的抗衰落能力。⑤基于離散傅里葉變換(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT來實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，易用DSP實現(xiàn)。基于0FDM的多載波傳輸系統(tǒng)如下圖l所示。

1．2 MIMO技術(shù)
MIMO(多輸入多輸出)是指利用多發(fā)射和多接收天線進行空間分集的技術(shù)，來抑制信道衰落。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于普通的SISO系統(tǒng)，MIM0還可以包括SIMO系統(tǒng)和MISO系統(tǒng)。MIMO采用的是分立式多天線，能夠有效地將通信鏈路分解成許多并行的子信道，從而大大提高系統(tǒng)容量。信息論已經(jīng)證明：當(dāng)不同的接收天線和不同的發(fā)射天線之間互不相關(guān)時，MIMO系統(tǒng)能夠很好地提高系統(tǒng)的抗衰落和噪聲性能，從而獲得巨大的容量。理論證明，信道容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增大，也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。另外，MIMO技術(shù)在提高信道容量的同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIM0信道提供的空間分集增益。MIM0系統(tǒng)框圖如圖2所示。

1．3 MIMO-OFDM系統(tǒng)模型