新一代移動通信(beyond3G/4G)將可以提供的數據傳輸速率高達100Mbit/s，甚至更高，支持的業務從語音到多媒體業務，包括實時的流媒體業務。數據傳輸速率可以根據這些業務所需的速率不同動態調整。新一代移動通信的另一個特點是低成本。這樣在有限的頻譜資源上實現高速率和大容量，需要頻譜效率極高的技術。MIMO技術充分開發空間資源，利用多個天線實現多發多收，在不需要增加頻譜資源和天線發送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。OFDM技術是多載波傳輸的一種，其多載波之間相互正交，可以高效地利用頻譜資源。

另外，OFDM將總帶寬分割為若干個窄帶子載波可以有效地抵抗頻率選擇性衰落。因此充分開發這兩種技術的潛力，將二者結合起來可以成為新一代移動通信核心技術的解決方案，下面詳細介紹這兩種技術及其二者的結合方案。

MIMO技術

MIMO(Multiple-InputMultiple-Out-put)系統，該技術最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據收發兩端天線數量，相對于普通的SISO(Single-InputSingle-Output)系統，MIMO還可以包括SIMO(Single-InputMulti-ple-Output)系統和MISO(Multiple-Input Single-Output)系統。

可以看出，此時的信道容量隨著天線數量的增大而線性增大。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送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。

利用MIMO技術可以提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。前者是利用MIMO信道提供的空間復用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。實現空間復用增益的算法主要有貝爾實驗室的BLAST算法、ZF算法、MMSE算法、ML算法。ML算法具有很好的譯碼性能，但是復雜度比較大，對于實時性要求較高的無線通信不能滿足要求。ZF算法簡單容易實現，但是對信道的信噪比要求較高。性能和復雜度最優的就是BLAST算法。該算法實際上是使用ZF算法加上干擾刪除技術得出的。目前MIMO技術領域另一個研究熱點就是空時編碼。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。

OFDM技術

OFDM(正交頻分復用)技術實際上是MCM(Multi-CarrierModulation，多載波調制)的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關技術來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬，因此每個子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

結合簡要介紹OFDM的工作原理，輸入數據信元的速率為R，經過串并轉換后，分成M個并行的子數據流，每個子數據流的速率為R/M，在每個子數據流中的若干個比特分成一組，每組的數目取決于對應子載波上的調制方式，如PSK、QAM等。M個并行的子數據信元編碼交織后進行IFFT變換，將頻域信號轉換到時域，IFFT塊的輸出是N個時域的樣點，再將長為Lp的CP(循環前綴)加到N個樣點前，形成循環擴展的OFDM信元，因此，實際發送的OFDM信元的長度為Lp＋N，經過并/串轉換后發射。接收端接收到的信號是時域信號，此信號經過串并轉換后移去CP，如果CP長度大于信道的記憶長度時，ISI僅僅影響CP，而不影響有用數據，去掉CP也就去掉了ISI的影響。

OFDM技術之所以越來越受關注，是因為OFDM有很多獨特的優點：

頻譜利用率很高，頻譜效率比串行系統高近一倍。這一點在頻譜資源有限的無線環境中很重要。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，從理論上講其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。

(2)抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強，由于OFDM系統把數據分散到許多個子載波上，大大降低了各子載波的符號速率，從而減弱多徑傳播的影響，若再通過采用加循環前綴作為保護間隔的方法，甚至可以完全消除符號間干擾。

(3)采用動態子載波分配技術能使系統達到最大比特率。通過選取各子信道，每個符號的比特數以及分配給各子信道的功率使總比特率最大。即要求各子信道信息分配應遵循信息論中的“注水定理”，亦即優質信道多傳送，較差信道少傳送，劣質信道不傳送的原則

(4)通過各子載波的聯合編碼，可具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身已經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。但通過將各個信道聯合編碼，可以使系統性能得到提高。

(5)基于離散傅立葉變換(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT來實現調制和解調，易用DSP實現。

MIMO與OFDM的結合

MIMO系統在一定程度上可以利用傳播中多徑分量，也就是說MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO系統依然是無能為力。目前解決MIMO系統中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術，還有一種是利用OFDM。大多數研究人員認為OFDM技術是4G的核心技術，4G需要極高頻譜利用率的技術，而OFDM提高頻譜利用率的作用畢竟是有限的，在OFDM的基礎上合理開發空間資源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的數據傳輸速率。另外ODFM由于碼率低和加入了時間保護間隔而具有極強的抗多徑干擾能力。由于多徑時延小于保護間隔，所以系統不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網絡(SFN)可以用于寬帶OFDM系統，依靠多天線來實現，即采用由大量低功率發射機組成的發射機陣列消除陰影效應，來實現完全覆蓋。下面給出MIMO+OFDM的結合方案。

這樣在接收端接收到的第l個子載波頻率上的N個符號可以通過V-BLAST算法進行解譯碼，重復進行L次以后，NL個M-QAM符號可以被恢復出來。

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