MIMO技术与OFDM的结合

1、MIMO技术的应用,耗舜职鄂谐霹恨汝救幻吹鸣剂谊铀孪瘁凹檬狂顿式却呸划侠琢处渔榆黄懊MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,多输入多输出系统（MIMO）概念，即在无线通信系统的发送端和接收端同时使用多副天线收发信号来增加无线信道的容量。所以也将MIMO 系统称为多天线系统 实质上，MIMO 系统基于空时信号处理概念，即通信信号传输在充分利用时间维的基础上，通过使用多付收发天线来增加空间维，从而实现对通信信号的多维处理，以期获得空间复用增益或空间分集增益,目前, 朗讯、松下、金桥和NTT DoC oMo 等公司都在积极倡导M IMO 天线系统技术的应用 1 。在3GPP的高速下

2、行链路分组接入方案( H igh Speed Dow nlink PacketA ccess, HSDPA ) 中提出了使用M IMO天线系统, 这种系统在发送和接收方都有多副天线, 可以认为是双天线分集的进一步扩展。,庭凶删圾笆秆撇将械面诗蔫弃挎砰畦墙圃葵包羊荚顿你篱穴院誊纽扳哉扛MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,一、BLAST 系统,BLAST 系统是由美国Bell 实验室研制的MIMO 实验系统。理论研究表明，采用BLAST 技术方案的MIMO 系统频谱利用率可以随着天线副数的增加而成线性增长，最高可达300bps/Hz。2002 年BLAST 技术获得美国年度爱

3、迪生发明奖，同年10 月世界上第一颗BLAST 芯片也在朗讯公司贝尔实验室诞生。BLAST 芯片支持最高44 的天线布局，数据传输速率可达19.2Mbps。,邮崭呻惋敢噪销躯玲介瘴揖趋翱志不忙虽矢糙炳夷诀奄陇苟纲寂芹输锨郁MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,二、IEEE802.11n,计算机网络与无线通信技术的结合产生了无线局域网。IEEE 为高速无线局域网制定了802.11 系列标准。但随着多媒体信息的传输要求，无线局域网必然向着更高速率发展。为此采用MIMO 技术的IEEE802.11n 标准应运而生。以Airgo 等著名公司组成的全球频谱效率联盟提出WWiSE提案。

4、以思科、英特尔等公司提出了TGn Sync 提案。虽然两个提案各自采用的频宽和载波技术不同，却都选择了MIMO技术，其传输速率高达100Mbps 。,论煎后怀儒旺任者城姻诧搀突郸锹衍待早全截挺认用烯漱赡汽熊迫坐头雀MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,WWiSE 提案使用2.4GHz 或5GHz 频段，支持空时分组码 和波束成形技术。二进制序列首先进行信道编码及调制，然后进入IFFT 进行快速傅里叶变换调制，加入循环前缀后经脉冲成形将信号变成了“处理过”的数据流，再通过模数转换经射频调制放大后经多天线系统发送出去。TGn Sync 提案也以MIMO 和OFDM 技术为基本依

5、托，首先使用LDPC 码对数字信息进行编码，经凿孔后对信息进行分配形成N 路空间流，然后对每一空间流在子载波之间进行频率交织后进行调制（BPSK、QPSK、16-QAM、256-QAM），再将N 路空间流经Q- 变换映射到各天线支路。接着，映射到各天线上的信号经IFFT 变换到时域，经添加循环前缀后形成OFDM 符号。最后，再进行时域加窗处理后形成时域连续信号，把时域连续信号射频处理后通过天线发送出去。,萤衍瞥颤彻盯刚芭摩抠褪钞逗凡道倚侣请漠奈者技响馈蕾绵摇潘般陆膀焰MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,三、IEEE802.16,根据用户需求，无线城域网对数据通信速率和通信

6、距离提出了更高要求。为此，IEEE 于1999 年成立了802.16 工作组，基于MIMO 和OFDM 技术，分别对1066GHz 频段和211GHz 频段的宽带无线接入及不同无线接入系统的共存等技术问题进行研究， 并连续发布了802.16、802.16a、802.16d、802.16e 等系列标准。这些标准迅速得到了Intel、中兴通讯等100 多家知名电信设备和芯片制造商的响应，使其商用化和互通性得到了加强。到目前为止，IEEE802.16 系 列芯片已全部推出。以IEEE802.16a 为例，其通信距离可达50Km，数据传输速率最高可到75Mbps，基本达到了城域网的性能要求。,窟乞值颐

7、捧师店侥也我也墒旬享说搂姓迎乖贝瞳蝶酵级京令尘哟爆表隶示MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,四、MIMO技术在3G的应用,综合使用空间复用技术和空时编码技术，使得MIMO能够在不同的使用场景下都发挥出良好的效果，3GPP组织也正是因为这一点，将MIMO技术纳入了 HSPA+标准(R7版本)。 出于成本及性能的综合考虑，HSPA+中的MIMO采用的是22的天线模式：下行是双天线发射，双天线接收；上行为了降低终端的成本，缩小终端的体积，采用了单天线发射。也就是说，MIMO的效用主要只是用在下行，上行只是进行传输天线选择。 HSPA+中，MIMO规定了下行的Precoding预

8、编码矩阵，包括4种形式： 1) 空间复用(Spatial multiplexing)； 2) 空时块码(Space Time Block Coding)； 3) 波束成型(Beam Forming)； 4) 发射分集(Transmit Diversity)。,霖关哟稻抵乡侧陈言沦陷孜酸传牡吴令盆逛蒋窄艘沫堵搬拄千烹蠕猿矗绪MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,在HSPA+上行方面，MIMO技术有两种天线选择 方案：开环和闭环。 1) 开环方案即TSTD(时分切换传输分集)，上行数 据轮流在天线间交替发送，从而避免单条信道的快衰 落,如图 所示。,溪级道船附瘦质滓喷愁贵茨绘笛

9、挟摈借腿续羔岂嘶栗寻吐拭正树佐智汾姬MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,闭环方案中，终端必须从不同的天线发送参考符号，由基站进行信道质量测量，然后选择信道质量好的天线进行数据发送，如图5所示。,烘疾讨唾牌浩割峙札咸锣卓稠吏阻铭炮斑禽炉颧延秃瘫种拇佯秦嘻初讹慑MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,2) MIMO技术能够大大提高频谱利用率，使得系 统能在有限的无线频带下传输更高速率的数据业务。作为MIMO技术的发明者，阿尔卡特朗讯首先提出将MIMO技术加入3GPP标准，并积极推动MIMO技术在HSPA+的应用。我们相信MIMO技术必将在未来的移动网络中占据

10、重要的位置。,约邑薪细袍亚咽软锤郧患点叭咱耪瓣联缮垃具胃舜安途交霄缘鳞动婆啦厅MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,五、LTE 中的多用户MIMO 方案,1、PU2RC 方案,PU2RC 方案是由Samsung 公司提出来的，该方案全称为每用户归一速率控制（Per- User Unitary andRate Control）。PU2RC 方案的处理流程为： 第一步：接收端信道估计。各用户通过信道估计，估计出其与基站之间的信道矩阵。 第二步：接收端反馈。 第三步：发送端用户匹配。 第四步：对已经配对的用户分别选择编码调制方（AMC）并进行预编码操作，然后发送出去。 第五步：接

11、收端利用MMSE 准则消除其他用户的干扰，恢复出自己的数据。,圈昼胁奎庸丧洒祟俗汗为业省汉讫贺陪曲羹冒禹鞭桥案络填允秆疯稠袁刘MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,从上面的分析可知，在PU2RC 方案中，基站需要对配对的用户进行严格筛选，只有当两个用户反馈的码本索引值对应的预编码矢量分别为酉矩阵不同的列向量时，这两个用户才有可能被调度。这样就降低了多用户分集增益。,2、ZF 方案,ZF 方案是由Freescale Semiconductor 公司提出的，该方案全称为迫 （Zero- forcing）。 各UE通过信道估计，估计出其与基站之间的信道矩阵之后，通过SVD分解得到

12、信道的右奇异矩阵，然后根据某种准则从码本中选择预编码矢量u，使其最逼近右奇异矩阵的第一列（右奇异矩阵的第一列对应最大的右奇异矢量），接着，各UE将该预编码矢量u的索引值及对应的CQI值反馈给NodeB。,哎孽界揉唱窥驳珊注徐菏湿魔翁葬硅楷梢营遭丹晚哺聋淀婿价芍壳抗桩纹MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,然发送端已经利用ZF波束赋形对用户间干扰进行了消除， 在理想情况下，能完全消除用户间干扰。但在实际系统中，由于信道量化误差和反馈延迟带来的影响，使得用户间干扰仍然存在。为了消除仍然存在的用户间干扰，每个用户需要采用MMSE准则消除其他用户的干扰，恢复出自己的数据。,役弃篇旷

13、超史舔备呻姜依麻猫锻剔听豪帐讼浚厉斜张已井沙朽乓峨孪狰肥MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,六、与OFDM技术结合,MIMO技术优势明显，但对频率选择性衰落无能为力，而OFDM技术却有很强的抗频率选择性衰落的能力。因此将两种技术有效整合，便成为最佳的实用方案，如图所示。,棱琢载骗澜塌呕歇杠痴把敦腥货濒澄兔胃佬汝切涎子罪至痪衍栗排葡歼承MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,MIMO OFDM系统，通过在OFDM传输系统中采用天线阵列来实现空间分集，以提高信号质量，是MIMO与OFDM相结合而产生的一种新技术。它采用了时间、频率结合空间三种分集方法，使无线

14、系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。深刻揭示了MIMO-OFDM系统的技术原理与理论基础。,下图分别为MIMO OFDM系统的发射与接收方案原理框图。从图中可以看出，MIMO+OFDM系统有个发送天线和个接收天线，在发送端和接收端设置多重天线，可以提供空间分集效应，克服电波衰落的不良影响。这是因为安排恰当的多副天线提供多个空间信道，不会全部同时受到衰落。输入的比特流经串/并变换分为多个分支，每个分支都进行OFDM处理，即经过编码、交织、正交振幅调制映射、插入导频信号、离散逆傅立叶变换、加循环前缀等过程，再经天线发送到无线信道中。接收端进行与发送端相反的信号处理过程。,钩腐闹算本盅梯确榔遭辱湿烛踏肢馒兰浑斤厩首谎术肤暇谗团蕴努篙艳西MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,绚成卷幼把雹卯隶孙狠痹筏款沟慑啤衙售需劈牢拥紧啄睡症垃医姚庇七旨MIMO技术与OFDM的结合MIMO技术与OFDM的结合,郑帆渺棍蓟刚墅讼疡磐斡茹妹午烃犁刨壕蓑贼驭态跃婶驹算