G无线通信中MIMO.doc

４G无线通信中MIMO-OFＤM技术
内容摘要:OＦＤＭ技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源，另外,OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案，下面详细介绍这两种技术及其二者的结合方案.
一、引言
目前没有第四代移动通信的确切定义，但比较认同的解释是：“第四代移动通信的概念可称为宽带接入和分布网络,具有非对称的和超过2Mbit／s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统、互操作的广播网络和卫星系统等。此外,第四代移动通信系统将是多功能集成的宽带移动通信系统,可以提供的数据传输速率高达１00Mbit/s甚至更高，也是宽带接入ＩＰ系统”。简单而言，4G是一种超高速无线网络,,需要频谱效率极高的技术。MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收,在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技术是多载波传输的一种，其多载波之间相互正交，可以高效地利用频谱资源,另外,OFDM将总带宽分割为若干个窄带子载波可以有效地抵抗频率选择性衰落。因此充分开发这两种技术的潜力，将二者结合起来可以成为新一代移动通信核心技术的解决方案,下面详细介绍这两种技术及其二者的结合方案。
　二、ＭＩMO技术
MIＭＯ(Ｍｕlｔiｐｌe-InputMuｌtiｐｌe-Ouｔput)系统示意图如图1所示，该技术最早是由Ｍａrcｏni于１908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。MＩMO技术是指在发射端和接收端分别设置多副发射天线和接收天线，其出发点是将多发送天线与多接收天线相结合以改善每个用户的通信质量(如差错率)或提高通信效率(如数据速率）。MＩＭＯ技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，空间复用技术可以大大提高信道容量,而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。通常，多径要引起衰落，因而被视为有害因素，然而对于ＭIＭO来说,多径可以作为一个有利因素加以利用，MIMＯ技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素，MIＭＯ技术有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率,因此它能够在不增加所占用的信号带宽的前提下使无线通信的性能改善几个数量级。假定发送端有N个发送天线，有Ｍ个接收天线，在收发天线之间形成M×N信道矩阵Ｈ，在某一时刻t，信道矩阵为：
　　其中Ｈ的元素是任意一对收发天线之间的增益。对于信道矩阵参数确定的MIMＯ信道，假定发送端不知道信道信息，总的发送功率为，与发送天线的数量M无关;接收端的噪声用Ｎ×1向量n表示,是独立零均值高斯复变量，各个接收天线的噪声功率均为；发送功率平均分配到每一个发送天线上，则容量公式为：
　
令M不变，增大N，使得，这时可以得到容量的近似表达式:
　
　 从上式可以看出,,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