MIMO-OFDM技术
1 MIMO技术
无线通信的不可靠性主要是由无线衰落信道的时变和多径特性引起的，如何有效地对抗无线信道的衰落是高速移动通信必须要解决的问题。在无线通信系统中提高信息传输可靠性的一种有效手段是采用分集技术，以多输入多输出（MIMO）技术为代表的空间分集技术是当前的优选方案之一。 MIMO的意思是Multiple Input Multiple Output，其原理为MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线(或阵列天线)和多通道。任何一个无线通信系统，只要其发射端和接收端均采用了多个天线或者天线阵列，就构成了一个无线MIMO系统。MIMO技术是现代通信的一大突破，该技术提供了解决未来无线网络传输瓶颈的方法。MIMO技术的核心思想是信号的空间-时间联合处理，即把数字信号固有的时间维度与多个空间分离天线带来的空间维度联合起来。在某种意义
上，MIMO技术也可以看作是传统智能天线技术的扩展。
概述
联合考虑发送分集和接收分集就构成了多输入多输出（MIMO，Multi-Input Multi-Output）系统，该系统能够获得更大的分集增益。MIMO系统的重要特征是能够利用无线通信的多径传播特性来提高系统的性能，即能够有效地利用无线链路中的随机衰落和延迟扩展特性来成倍地提高传输的速率或可靠性。
分集技术
为了保证无线通信的可靠传输，主要用于补偿信道衰落损耗的分集技术是其中一种十分有效的方法。分集技术，是指在通信的过程中，系统要能够提供发送信号的副本，使得接收机能够获得更加准确的判断。根据获得独立路径信号的方法的不同可以分为时间分集、频率分集和空间分集等。
其中，空间分集技术没有时延和环境的限制，能够获得更好的系统性能，可以分为接收分集和发射分集。传统的空间分集主要是接收分集，在这种接收方式中接收机对它收到的多
卷积编码
个衰落特性相互独立但携带同一信息的信号进行特定的处理，以降低信号电平的起伏，这样显然会导致接收机的复杂度增加。而发射分集只需要在端增加天线，实现起来相对简单，因而得到了广泛关注。所有的发射分集技术本质上都具有一个共同点，那就是要使各个发射天线到达接收机端的信号相互独立，而且无论采用什么方法，接收机都必须能够区别出来自不同天线的信号，然后将它们合并在一起，从而获得分集增益。
MIMO系统
图 MIMO系统示意图
MIMO系统保留了传统智能天线的优点，图所示为多天线MIMO系统示意图，二进制数据流
经过信道编码、调制映射后通过发送天线发送出去，不同的映射方法将产生不同数量的符号流，然后不同的符号流传送到不同的天线上进行发送。映射可以是天线元素的线性空间加权，也可以是线性空时编码。然后经过上变频、成形滤波器和功率放大后，符号被发送到空间无线链路中。在接收端，利用多个天线接收发送的信号，然后经过解调、逆映射后恢复出原始信息。具体的编码方法和映射算法根据不同的应用目的可以自由选择。
综上，MIMO系统中多个天线上的信号在更大的空间上被优化处理了，所以可以提供额外的自由度。这就是说，除了不同天线元组之上的信号相干合并带来的阵列增益外，MIMO系统还能够提供发送和接收分集增益。此外，MIMO系统中的数据是在矩阵形式的信道而不是矢量形式的信道中传输的，因此除了上述的分集和阵列增益外，MIMO还会带来系统容量的增加。
MIMO系统中多个信道之间的独立性取决于系统中多径的富有程度（MIMO信道的空间选择性），因此MIMO系统能有效利用系统的多径特性。通常，用MIMO信道矩阵的秩来表示系统中独立信道的个数，显然信道矩阵的秩比发射天线和接收天线的个数都要小。通过线性代数分析可知，安全通过MIMO系统发送的信息符号的最大值为矩阵的秩。就工程意义而
言，无线链路的频谱效率是由发送的信息流数据和误比特率（BER）共同决定的，实际系统中通过对多个天线上的比特流进行空时编码处理，可以大大降低误比特率。
2 MIMO-OFDM技术
MIMO-OFDM的基本思想
众所周知，在未来的宽带无线通信系统中，存在两个严峻的挑战，即多径衰落信道和带宽效率。OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转变成平坦信道，从而减小了多径衰落的影响；而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效地增加了系统容童，即由MIMO提供的空间复用技术能够在不增加系统带宽的情况下增加频谱利用率。如果将OFDM和MIMO两种技术相结合，就能够达到两种效果：一是通过复用系统具有很高的系统容童和频谱利用率，二是通过分集系统具有很高的系统可靠性。同时，在多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）系统中加入合适的数字信号处理的算法，即空时编码，还可以更好地增强系统整体的稳定性。
空时编码技术
从信息论的角度看，多天线MIMO系统在信道容量上比单天线系统有显著的提高，这些增加的信道容量可以用来提高信息传输速率，也可以在保持信息传输速率不变的情况下通过增加信息冗余来提高通信系统的可靠性，一般可以在两者之间取一合理的折衷。
空时编码（Space-Time-Code）技术是在1998年由Vahid Tarokh等人提出的一项基于发射分集的技术，其主要思想是：在发射端，采用适合多天线传输的编码技术，保证在多数信道情况下获得比较好的性能，同时在接收端进行相应的信号处理，就能够获得很大的性能增益，从而实现数据的高速传输。
空时编码本质上是在时间和空间上的二维编码，它可以降低无线通信系统对多径衰落的敏感程度，在限定发射总功率的情况下可以提高信息传输的可靠性，在相同码率的前提下，又能大大提高无线通信系统的传输效率，其频谱有效性可以达到当前系统的几十倍。
MIMO系统中的编码方法主要有：空时分组编码（Space-Time Block Coding，STBC）、空时格状编码（Space-Time Trel is Coding,STTC）和分层空时编码(Layered Space-time Coding,LSTC)。前两种方法重在提高传输可靠性，属于空时编码的范畴；后者重在提高频谱利用率，属于空时复用技术的范畴。
MIMO-OFDM 系统
图 MIMO-OFDM系统发送端的系统框图
图所示为MIMO-OFDM系统发送端的系统框图，从图中可以看出，输入的信息比特流经过一个串并变换器变成多路输入的数据流，以实现多天线的输出。对于每一路信号，都要经过信号映射，其中不仅包括了对输入数据流的星座映射，而且还涉及了具体的编码调制等。映射后的每一路信号变换成一定子载波数量的数据流作为接下来的 IFFT的输入，而加入循环前缀的目的是为了在每个OFDM的符号间加上保护间隔，减小OFDM的符号间干扰。
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