MIMO OFDM无线局域网的研究及其关键技术

经过空时编码形成N个信息子流Ci(k)，i=l，……，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。

特别是，这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，数据率必然可以提高。

MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，从而可实现高的通信容量和频谱利用率。这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。

系统容量是表征通信系统的最重要标志之一，表示了通信系统最大传输率。对于发射天线数为N，接收天线数为M的多入多出(MIMO)系统，假定信道为独立的瑞利衰落信道，并设N、M很大，则信道容量C近似为公式(1)C=[min(M，N)]Blog2(ρ/2)(1)

其中B为信号带宽，ρ为接收端平均信噪比，min(M，N)为M，N的较小者。上式表明，功率和带宽固定时，MIMO的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。因此，MIMO技术对于提高无线局域网的容量具有极大的潜力。

2.3无线局域网中的MIMOOFDM技术

随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线局域网性能和数据速率的要求也越来越高。IEEE802.1la和IEEE802.1lg协议标准支持的最高为54Mbit/s的数据速率显得有些低了。理论上来说，作为高速无线局域网核心的OFDM技术，只要适当选择各载波的带宽和采用纠错编码技术，多径衰落对系统的影响可以完全被消除。因此如果没有功率和带宽的限制，我们可以用OFDM技术实现任何传输速率。而其他技术就不具备这种特性，因为采用其他技术时，当数据速率最终增加到某一数值时信道的频率选择性衰落会占据主导地位，此时无论怎样增加发射功率也无济于事，这正是OFDM技术适用于高速无线局域网的原因；但从实际上来说，为了进一步增加系统的容量，提高系统传输速率，使用多载波调制技术的无线局域网需要增加载波的数量，而这种方法会造成系统复杂度的增加，并增大系统的带宽，这对今日的带宽受限和功率受限的无线局域网系统就不太适合了。而MIMO技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，因此将MIMO技术与OFDM技术相结合是适应下一代无线局域网发展要求的趋势。研究表明，在衰落信道环境下，OFDM系统非常适合使用MIMO技术来提高容量。

MIMOOFDM技术是通过在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，是联合OFDM和MIMO而得到的一种新技术。它利用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。

可以看出，MIMOOFDM系统有Nt个发送天线，Nr个接收天线，在发送端和接收端各设置多重天线，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、QAM映射、插入导频信号、IDFT变换、加循环前缀等过程，再经天线发送到无线信道中；接收端进行与发射端相反的信号处理过程，例如：去除循环前缀、DFT变换、解码等等，同时进行信道估计、定时、同步、MIMO检测等技术，来完全恢复原来的比特流。

3实现MIMOOFDM无线局域网的关键技术

MIMOOFDM技术是通过在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，是联合OFDM和MIMO而得到的一种新技术。它利用了时间、频率和空间三种分集技术，使无线系统对噪声、干扰、多径的容限大大增加。MIMOOFDM的原理如图5所示。

MIMOOFDM实现主要包括以下关键设计：

(1)发送分集：MIMOOFDM调制方式相结合，对下行通路选用"时延分集"，它装备简单、性能优良，又没有反馈要求。它是让第二副天线发出的信号比第一副天线发出的延迟一段时间。

发送端引用这样的时延，可使接收通路响应得到频率选择性。如采用适当的编码和穿插，接收端可以获得"空间---频率"分集增益，而不需预知通路情况。

(2)空间复用：为提高数据传输速率，可以采用空间复用技术。也可能从两副基台天线发送两个各自编码的数据流。这样，可以把一个传输速率相对较高数据流多组成分割为一组相对速率较低的数据流，