4G移动通信系统中MIMO—OFDM技术的应用

ahua

引言

在现在的生活中，移动通信业务是在飞速的发展中，用户的数量在不断地增加，以及信息网络中的多媒体业务更是层出不穷，所以就会出现大容量而且还有多媒体接入能力的新型移动通信系统，这就使3G产生。可是到现在为止，人们已经发现它的很多不足，而4G移动通信还具有能够描绘高速的数据传输，能够达到进行语音以及多媒体业务。这使身边的生活更丰富，但它也在面临着进一步的挑战，比如说多径衰落和带宽的利用率，所以OFDM技术就能够运用把信道分解成多个正交子信道这样的方式，从而解决了这频率选择性多径衰落信道向平坦衰落信道的转化，减小多径衰落的影响。MIMO技术的特点是，可以使空间中产生多个独立而且是同行的信道系统，这样就能够共同传输数据，同时对频谱利用率进行有效地提高。所以，就现在来看把OFDM和MIMO进行结合已成为新一代移动通信的主要趋势。

1 MIMO-OFDM模型以及技术

1.1 MIMO-OFDM模型的运行过程

MIMO-OFDM模型发送比特流经过串并电路然后形成很多的线路，同时还要形成比特流，各路比特流要经过各个的编码、交织后再进行对应的映射，然后再进行保护抗信道间干扰的间隔，然后进行OFDM调制，要包含有抗时延扩展这样的前缀，结果再用对应的天线发射出去。MIMO-OFDM系统模型的接收端就是当各个接收天线收到对应的OFDM符号后，对其设置时频的同步处理，去掉对应的CP，再对其OFDM进行解调，然后再对其进行解码，这时就要依据信道估计的结果，恢复并且接收比特流。要构建MIMO-OFDM系统需要实现诸如同步、空时处理技术、自适应调制和编码、信道估计等关键技术。

1.2 MIMO-OFDM技术优点

频率选择性信道被MIMO-OFDM分成了一组平衰落的子信道同时还要进行对数据的传输，这样就能很容易的对信道时延的扩展起到很小的影响。如果循环前缀比信道最大时延扩展时的长度还要长时，接收机就不能用均衡器进行接收。这种技术的各子载波信道的频谱相互重叠，子信道频域响应的峰值点就能够和其它子信道频域响应的点香结合，所以这样既达到了子载波的正交性，还使频谱资源得到了很好的利用。运用FFT/IFFT能够快速高效的达到调制解调作用。能够利用信道特性可以适应性的达到每个载波上的功率的分配，所以来进行调制方式方面的选择，运用条件来提高系统性能。

1.3 MIMO-OFDM技术缺点

相比较单载波系统来说，这种技术是非常敏感的在对于频率偏差反面。这样就可能造成发射机或者是接收机本地振荡器的频率加快，就会导致子载波的正交性有所偏差，这样就会导致风险现象发生。OFDM的峰值平均功率比是很高的，这时由OFDM的输出信号由多个子信道上的信号叠加而形成的现象，如果信号的相位是一致的，输出信号的瞬时功率就会想比平均功率来说有很大的提高，高峰都比发射机内的线性放大器有了很高的提高，加入说动态范围没有满足信号幅度的变化，就能够使信号波形和频谱的畸变有所变化，这样就可能会使子载波的正交性破坏。

2 信道估计技术

无线信道的特点有很多，其中有两大特点是多径性和时变性，如果系统采用空时编码的时候，要得到有效地解码，就要在接收端在准确知道信道特性的情况下，所以准确的信道估计在无线系统方面是非常重要的。由利用导频信息的需要性，将MIMO-OFDM系统的信道估计算法分为：以训练序列或者是导频的信道估计算法为基础，从而有盲信道估计算法和半盲信道估计算法。要有一定的准则来制定这种算法，经常用到的准则是，最小二乘（LS）准则和最小均方误差（MMSE）准则。凭借导频的信道估计：通过在发送的OFDM符号中插入导频（块状导频、梳状导频）信号，接收端根据导频位置处的接收信号估计出导频位置处信道频率响应，然后再根据内插算法计算出整个信道的频率响应。

典型的算法有：最小二乘（LS）算法，线性最小均方误差（LMMSE）算法和最大似然（ML）算法，这是一种误差很小的方法。所以收敛的速度也是很迅速的，就要对这种算法进行更成熟的探讨，可是因为要发送导频或训练序列，所以就要用到一定的系统资源。盲信道估计就是指利用信道的统计信息诸如循环平稳特性等进行信道估计。因为不需要传输导频信号和训练序列，这样就能够节约开销，使系统有效数据传输效率得到提高，可是这种算法需要处理的数据量大，复杂，收敛速度较慢，在实际中不能得到广泛是使用。半盲信道估计：这种方法就是用少的导频信号，训练序列这样来盲信道估计算法所需的初始值的以确定，紧接着就是使用这种算法来跟踪、优化，这样可以获得信道的参数。该算法是一个折中，在导频辅助算法和盲估计算法之间。半盲估计算法使盲估计算的运算复杂度得到的降低，还使其收敛速度有所增加，所以半盲估计算法在将来的探讨及研究中将会发展为重点的方向。

3 结论

现在发射端和接收端能够设置对多副发射和接收分别使用的天线，采用MIMO技术能够使信道容量和信道的可靠性得到提高，使误码率得到降低。正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，各子载波在整个符号周期上正交，各子载波信号频谱可以互相重叠，子载波正交复用技术减少了保护带宽，提高了频带利用率。这个技术谁两者的结合，现在能够运用这两种技术的优点，就能分集增益和系统容量有所提高，同时还对频谱利用率起到增强的作用，能够使频率选择性衰落有所对抗，所以MIMO和OFDM的结合就是4G系统中有效对抗频率选择性衰落、提高数据传输数率、增大系统容量的关键技术。MIMO-OFDM技术是OFDM与MIMO技术结合形成的一种新技术，该技术是在OFDM传输系统中采用阵列天线实现空间分集，提高了信号质量；同时，经过现在的发展来看，将来的两种技术混合更会成更加可观的前景。