MIMO―OFDM系统中的空时编码技术的仿真研究

摘要：介绍了MIMO技术，OFDM的基本原理，利用两者的优点将其结合起来运用到未来移动通信系统中，并将成为未来移动通信中的关键技术。空时编码技术在MIMO-OFDM系统中的应用，通过仿真表明0FDM技术通过FFT变换能将频率选择性的多径衰落信道分成多个平坦衰落信道，使空时编码技术的应用不再受到平坦信道条件的限制。
关键词：MIMO；OFDM；MIMO-0FDM；STBC；空时编码

0 引言
近年来移动通信技术飞速发展，主要经历了三个发展阶段：从基于频分多址(FDMA)的模拟技术过渡到基于时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的数字技术。目前第三代移动通信系统相比第二代移动通信系统而言，可以提供更宽的频带和更高的数据传输，传输速率可高达2Mb／s，然而随着全球范围内移动用户数的迅猛增长和多媒体业务的发展，3G在通信系统容量和传输速率等方面将远远不能满足要求。在未来的宽带移动无线通信系统中，存在两个最严重的挑战：多径衰落和带宽效率。众所周知，多入多出(MIM0)技术和正交频分复用(0FDM)技术是下一代移动通信系统的核心技术，这：是因为MIM0技术利用空间分集和发射分集技术在不增加系统带宽的前提下能够成倍地提高系统信道容量和传输速率，0FDM技术通过将频率选择性信道在频率内转变成平坦衰落信道，从而减少了多径衰落的影响。正是由于这些优点，这两种技术在下一代通信系统中备受青睐。

l MIMO一0FDM系统
1．1 OFDM技术
正交频分复用的基本原理是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对较低的若干子信道中进行传输。在频域内将信道划分为若干互相正交的子信道，每个子信道均拥有自己的载波分别进行调制，信号通过各子信道独立地进行传输。如果每个子信道的带宽被划分得足够窄，每个子信道的频率特性就可近似看作是平坦的，即每个子信道都可看作无符号间干扰(ISl)的理想信道。这样，在接收端不需要使用复杂的信道均衡技术即可对接收信号可靠地进行解调。在OFDM系统中，通过在0FDM符号之间插入保护间隔来保证频域子信道之间的正交性，以及消除0FDM符号之间的干扰。0FDM技术之所以越来越受关注，是因为0FDM有很多独特的优点：①频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍。②抗多径干扰与频率选择性衰落能力强。③采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。④通过各子载波的联合编码，可具有很强的抗衰落能力。⑤基于离散傅里叶变换(DFT)的OFDM有快速算法，OFDM采用IFFT和FFT来实现调制和解调，易用DSP实现。基于0FDM的多载波传输系统如下图l所示。

1．2 MIMO技术
MIMO(多输入多输出)是指利用多发射和多接收天线进行空间分集的技术，来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO系统，MIM0还可以包括SIMO系统和MISO系统。MIMO采用的是分立式多天线，能够有效地将通信链路分解成许多并行的子信道，从而大大提高系统容量。信息论已经证明：当不同的接收天线和不同的发射天线之间互不相关时，MIMO系统能够很好地提高系统的抗衰落和噪声性能，从而获得巨大的容量。理论证明，信道容量随着天线数量的增加而线性增大，也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发射功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。另外，MIMO技术在提高信道容量的同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。前者是利用MIMO信道提供的空间复用增益，后者是利用MIM0信道提供的空间分集增益。MIM0系统框图如图2所示。

1．3 MIMO-OFDM系统模型