下一代移动通信中MIMO-OFDM技术研究

出导频和数据符号。从所有接收天线中提取出的频率导频是用作信道估计的。这个受信道估计的矩阵辅助MIMO解码器对OFDM符号的解码。最后，经解码后的符号流被发送到接收器。

　　5.2　同步

　　对于MIMO-OFDM系统的同步问题涉及前导序列的设计，时间和频率同步，以及信号检测技术等方面。一般来说，在MIMO OFDM系统在下行和上行链路传播之间都存在同步时隙，用于实施相位和频率对齐。并且实施频率偏差估计。时隙可按以下方式构成：在偶数序号的子载波上发送数据和训练符号，而在奇数序号的子载波上设置为零。这样经过IFFT变化后得到的时域信号就会被重复，有利于信号的检测。

　　5.3　信道估计

　　MIMO-OFDM是一种能够提高速率和增大系统容量的技术。为了提高速率，接收端需要获得精确的信道状态信息。然而对于OFDM系统，不同的信号同时从不同的天线发射出去，接收的信号是这些信号的重叠，这就给信道估计带来了困难。至于导频形式，MIMO OFDM系统有三种信道估计算法，分别是基于分散导频、正交导频、分组导频。相比较而言，第一种算法广泛应用于快衰落和频率选择性衰落信道中。因此，下面我们主要介绍这种方法：

　　(1)导频形式

　　发射天线的导频形式设计如下：时域内的导频间隔满足抽样定理。根据带有导频的邻近的OFDM符号的信道估计，通过时域插入的方法来估计不带导频的OFDM符号的信道频率响应(CFR)。在MIMO-OFDM信道估计算法中是这样描述的：频域内，导频间隔应满足以下的不等式：

　　FFTsize/PSF.M＞Maximum Delay　(1)

　　其中PSF指的是频域内的导频间隔，Maximum Delay是指在抽样的单位时间内，发射端和接收端之间的多径信道的最大延迟。

　　(2)MIMO-OFDM的信道估计

　　我们仅仅考虑频域内的信道估计。一对发射和接收天线之间的多径信道的CFR估计算法如下步骤所示：

　　◆接收到的导频序列乘上发射天线中导频序列的变换序列，就得到了基于导频的CFR序列。

　　◆基于导频对CFR序列作FFT反变换，然后得到信道脉冲响应(CIR)序列。

　　◆把这个CIR序列分成相等的M段(M就是发射天线的数目)。这样每一段就是一对收发天线的被估计的CIR。因此每一段经填零后再作IFFT变换(点数和FFT一样)，这样就得到了所有天线的估计。

　　5.4　MIMO空时处理技术

　　目前，MIMO的空时处理技术分为典型的两类：速率最大化和多样最大化。目前它们也正朝着统一融合的方向发展。

　　(1)空间复用

　　空间复用是指在一定的差错率下，通过不同的天线尽可能多的在空间信道上传输相互独立的数据。现在主要有四种空间复用技术：对角BLAST(贝尔实验室分层空时)、水平BLAST、正交BLAST和TURBO BLAST。其中正交BLAST由于执行起来较简单是最为看好的一种方法。

　　(2)空时编码

　　目前主要有两种空时编码技术：空时分组码(STBC)和空时格栅编码(STTC)。空时格栅编码建立了空域和时域中信号的内在联系，可以获得高的分集增益，除此之外，还能获得大量的编码增益。但是随着调制星座的大小和状态数的增加，以及编码长度的增加，译码的复杂性也增大。而STBC基于正交性的设计，可以获得更大的分集增益同时也降低了译码的复杂度，因此STBC是目前最广泛的应用。著名的Alamouti编码就是STBC的一个特例，它采用两根发射天线，空频分组码(SFBC)也是基于STC的基础上的，STBC设计的前提是假设信道是快衰落的，因此时间或频率选择性信道将降低STBC和SFBC的性能。根据信道是时间选择性信道还是频率选择性信道来选择应用STBC或SFBC。不管信道的时延扩展如何，当且仅当信道在时域内是慢变化的，而且终端慢速移动时，我们才使用STBC。相似的，不管终端的移动速度如何，当且仅当信道在频域内是慢变化的而且信道延迟扩展较小时，我们才使用SFBC。如何构造性能更好，而且译码简单的空时编码也是目前的一个研究热点。

　　5.5　纠错编码技术

　　信道编码在现代数字通信中无疑扮演着重要的角色。一种合理的编码方案总是和特定的通信系统的要求联系在一起的。GSM系统提供的是低比特率的语音服务和一些数据服务，在一些重要的比特上结合使用分组码和卷积码。第三代移动通信系统则要求有更大的系统容量和更灵活的高速率、多速率的数据传输，除了卷积码外还首次采用了Turbo码。在未来的4G系统中Turbo码和LDPC码(低密度奇偶校验码)是前向纠错编码方案的研究热点。

　　5.6　自适应调制和编码技术(AMC)

　　时变的无线信道条件和时变的系统容量是无线移动通信系统的两个重要的特点。未来的系统要求提供大动态范围内的数据速率，在实际应用的频谱范围内，为了满足这种要求，提高频谱利用率，降低发射功率的需求，必须采用自适应调制和编码技术。AMC是一种信息速率调整技术，现在应用于HSPDA和IEEE802.16中。

　　AMC所遵循的原则是：服从系统限制的条件，基于信道条件的瞬时变化来改变调制和编码的方式。对于一个AMC系统来说，靠近小区中心的用户采用的是高速率调制和编码。相反，靠近小区边缘的用户采用较低速率的调制和编码。

　　AMC的执行也有一些困难，首先，AMC对信道的差错和延迟的测量很灵敏。为了选择合适的调制方法，必须考虑信道的质量性能。如果对信道的估计有错就有可能选择了错的速率，或是发射功率过大，浪费了系统的容量，或是发射功率过低，提高了分组的差错率。有关信道测量报告的延迟也会减少信道质量估计的可靠性，而且接口的变化也会增加测量的错误。

6、总结

　　本文介绍了MIMO-OFDM技术概念的和关键技术，如信道估计、空时处理技术、纠错编码技术、自适应调制和编码技术等。由于MIMO-OFDM系统提供了更高的速率和频带利用率，已成为下一代移动通信技术研究的热点。