MIMOOFDM技术提升宽频无线通讯性能.doc

MIMO OFDM技術提升寬頻無線通訊性能張瑋容DIGITIMES2008/12/18無線網路通訊快速發展，無線通訊系統的容量、可靠性及速度都亟待提升，為增加無線通訊效能，無線通訊應用中最熱門的正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM)傳輸調變技術已成為新的選擇，OFDM技術可降低干擾、增加頻寬、提高保密性、並解決多路徑衰減等通訊問題圖說：多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output；MIMO)訊號處理方法，則可在不佔用其它頻寬前提下，利用既有空間資源增強訊號品質，並達到提升系統容量的目的，無線通訊技術WiMAX及3GPP LTE皆採用MIMO的調變方式。針對以上優勢，當今無線通訊效能結合MIMO與OFDM技術，可達到抗多徑訊號衰減、抗干擾、增加保密等優點，MIMO-OFDM已成為當今不可或缺的核心關鍵技術。目前無線網路需求趨勢為利用有限無線網路資源，達成大量增加無線網路流量需求，並滿足用戶移動、及滿足不同服務類型的QoS需求。從藍牙、Wi-Fi，到標榜傳輸速度大於100Mbps 的802.11n與802.15.3a(Ultra Wideband；UWB)，無線通訊應用已從數據傳輸逐漸進展到聲音、影像等多媒體範疇。然而，新標準的誕生除因應新市場需求，新技術發明更是重要的驅動力量，受限於頻譜資源，新興無線通訊技術多以高頻譜效益(spectral efficiency)為主要訴求。其中MIMO能有效利用散射環境下的訊號空間標籤(spatial signature)，提升傳輸速度與品質。為提高無線網路用戶連線訊號品質，提高保密機制，MIMO-OFDM架構優越性即可在既有空間與頻率選擇下，發揮系統資源最佳應用效率，將無線網路系統的頻寬及傳送功率資源最佳化，降低封包流失率，提升用戶對於系統頻寬及傳送功率資源分享的公平性，增強系統容量，並不佔用額外頻寬，也因此，MIMO-OFDM廣泛用於提升無線網路訊號的效能與品質。圖說：無線通訊技術頻段示意圖。(Qualcomm)MIMO-OFDM結合技術MIMO是無線通訊領域新興的物理層技術，可有效提高速率、並提升資料傳輸安全性，不但可大幅提高訊號衰減通道的系統容量，若奠基在此基礎上，發展時空編碼，並將通道編碼技術與陣列處理技術結合，則可大幅提高無線通信中的系統容量和傳輸效率。而正交頻分多工(OFDM)是1種獲取高頻率效率的物理層技術，將1個無線通道分解為多個相互正交的子通道，用來同時傳輸資料，每個子通道速率將因此比總速率低很多，此舉有利克服無線通道頻率的選擇性衰減，不僅在一定程度上紓解無線通訊技術中傳輸多媒體資料時所需的大量頻寬，更可利用現有頻寬改善頻率選擇性衰減、因頻道窄而引起的干擾問題等。MlMO-OFDM系統將OFDM與時空編碼技術結合，能夠大幅提高無線通信系統的通道容量和傳輸效率，並有效抵抗多徑衰減、抑制干擾和噪音。而MIM0技術和OFDM技術在各自領域都發揮強大效用，將MIMO和OFDM相結合，並應用到下一代移動通信系統，成為無線通訊系統的搶手應用。MIMO-OFDM技術兼顧速度、範圍、安全性MIMO可與任何調變和接取技術共同運行，MIMO-OFDM訊號能用相對直接的矩陣代數進行處理。而在實際應用中，若選用MIMO或OFDM單一技術，為進一步增加系統容量、提高系統傳輸速率，單純採OFDM需增加載波數量，會增加系統複雜度及系統頻寬。MlMO系統雖然在一定程度可抗多徑衰減，但對於頻率選擇性衰減，MIMO系統卻無計可施。將MlMO和OFDM技術結合，可有效解決前述問題，不增加頻寬即可達到抗衰減目的。一般而言，任何1種無線連接的品質和有效性，都可透過3個基本參數進行完全描述，包括速度、範圍及安全性。MIMO-OFDM技術出現前，上述3種參數依據嚴格的規則彼此限制，想增加速度就必須犧牲安全性、範圍擴展，並犧牲速度和安全性作為加值應用的代價，而提高安全性則勢必減低速度與縮短傳輸範圍。MIMO-OFDM整合技術提出，卻解決這些限制，因為它能同時提升上述3種參數的運行效能，意即MIMO-OFDM技術將空間分集、時間分集以