【正文】 而它的缺點(diǎn)在于：此系統(tǒng)只能用于 TDD（時(shí)分雙工）模式下，對(duì)于 FDD（頻分雙工） 這種上下行鏈路不對(duì)稱的系統(tǒng)來 說，則不能采用此系統(tǒng)。接下來闡述了 MIMO 信道中信號(hào)的模型，為下章的理論研究奠定了基礎(chǔ)。無論增加發(fā)射天線數(shù)還是增加傳輸速率都不會(huì)對(duì)譯碼復(fù)雜度有太大的影響。kscI? （經(jīng)過交織映射）和先驗(yàn)信息 2 ()aku? 的結(jié)果，即 ： ? ?2 2 ( ) 2( 。 ()e? —— 外部對(duì)數(shù)似然比信息； ()a? —— 先驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比信息； 對(duì)于第 k 個(gè)被譯比特， PCCC 譯碼器中每個(gè)分量譯碼器都包括系統(tǒng)信息( 。 D at a dkR S C c od e C1R S C c od e C2N o nu ni f ormi nt er l eav i n gdnXkY1kY2kr ed un da n cy 圖 32 Turbo 碼編碼器原理框圖 圖中編碼器由下列三部分組成：直接輸入復(fù)接器部分；經(jīng)過編碼器 1，再經(jīng)過刪余 矩陣后送入復(fù)接器部分；經(jīng)過交織器、編碼器 2，再經(jīng)刪余矩陣送入 復(fù)接器部分。 邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 MIMOOFDM 系統(tǒng) 算 法 及原理 本文中的自適應(yīng) MIMOOFDM 系統(tǒng)是基于在發(fā)送端完全已知 CSI（信道狀態(tài)信息）的條件下，得到每個(gè)信道的本征模，采用自適應(yīng)比特與功率加載算法，從而可以提高整個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率與可靠性。 由于每根 接收天線同時(shí)接收到多 根 發(fā)送天線 傳送 來的疊加在一起的信號(hào)，信號(hào)檢測(cè)或分離一直是 MIMO 系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一。而對(duì)于子載波來說，每個(gè) IFFT 的子載波采用同樣的載波間隔，則同樣位置的子載 波 上映射了一個(gè)空時(shí)編碼符號(hào)向量。在移動(dòng)無線環(huán)境中，由于手持終端的電池容量非常有限，所以反向鏈路中所能獲得的功率也非常有限，而采用分集的方法可以降低發(fā)射功率，這在移動(dòng)通信中非常重要。 在 OFDM 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中，可以采用更加方便快捷的快速傅立葉變換(IFFT/FFT)來實(shí)現(xiàn)。這一特性可以用來解釋子載波之間的正交性，即 ： 011 e x p ( ) e x p ( ) 0T nmj t j t d tT ?? ?? ? ? ??? mnmn?? （ 23） 例如式 (22)中的第 j 個(gè)子載波進(jìn)行解調(diào)，然后在時(shí)間長度 T 內(nèi)進(jìn)行積分， 見式（ 24）。 邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第五章對(duì)論文的全部工作進(jìn)行總結(jié)，并討論了今后需要進(jìn)一步的研究方向。 （ 3） 通過各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。 （ 4） MIMO 通過空時(shí)編解碼，在發(fā)射端實(shí)現(xiàn)了多天線發(fā)射 多數(shù)據(jù)流，并在接收端利用多天線接收實(shí)現(xiàn)最佳處理，獲得了很高的系統(tǒng)容量。 MIMO 技術(shù)及其研究現(xiàn)狀 為了在未來移動(dòng)通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)大容量、高速以及提高頻譜利用率的 目標(biāo) ，多邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 輸入多輸出（ MIMO） 系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)在歐盟，美國，日本，韓國以及我國都已經(jīng)在積極研究著 4G 無線通信系統(tǒng)了。為了保證仿真結(jié)果的正確性，在仿真研究中，首先逐一仿真實(shí)現(xiàn)了包括 Turbo 編譯碼， QAM 調(diào)制解調(diào)， STBC 空時(shí)編解碼， OFDM 調(diào)制解調(diào)，功率控制等單元功能模塊，然后在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，整合為一個(gè)完整的自適應(yīng) MIMOOFDM 仿真系統(tǒng)。在隨后的一個(gè)多世紀(jì)里，在計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體 技術(shù)推動(dòng)下，無線通信的理論和技術(shù)不斷進(jìn)步，取得了舉世矚目的發(fā)展。在 CDMA系統(tǒng)中，由于不同用戶擴(kuò)頻碼的非正交性或異步性同樣會(huì)造成 CCI。已經(jīng)有不少的文獻(xiàn)對(duì)這方面進(jìn)行 了研究， 即對(duì)信道為頻率選擇性衰落和移動(dòng)臺(tái)快速移動(dòng)的情況進(jìn)行了研究。直到 70年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來實(shí)現(xiàn)多個(gè)載波的調(diào)制， 從而 簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得 OFDM 技術(shù)更趨于實(shí)用化。 第二章主要是對(duì) MIMOOFDM 系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了闡述，分別對(duì)兩個(gè)最關(guān)鍵的技術(shù) MIMO 和 OFDM 作了分析。 下面 將對(duì) OFDM 系統(tǒng) [10] 的基本模型號(hào)，實(shí)現(xiàn)過程等技術(shù) 進(jìn)行闡述。由于在對(duì) OFDM 符號(hào)進(jìn)行解調(diào)的過程中，需要計(jì)算這些點(diǎn)上所對(duì)應(yīng)的每一個(gè)子載波頻率的最大值，因此可以從多個(gè)相互重疊的子信道符號(hào)頻譜中提取出每個(gè)子信道符號(hào)，而不會(huì)受到其 它子信道的干擾。 圖 加入循環(huán)前綴的 OFDM 符號(hào) MIMO 基本原理 分集 的概念 由于無線衰落信道的多徑與時(shí)變特性，經(jīng)過其傳輸?shù)男盘?hào)在接收端可能會(huì)受到嚴(yán)重的 衰落。也就是說， MIMO 技術(shù)能夠有效地利用無線鏈路中的隨機(jī)衰落和延遲擴(kuò)展特性來成倍地提高傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃浴．?dāng)前提出的同步方法主要有兩種 ： 基于導(dǎo)頻的同步和基于循環(huán)前綴的同步。T 的 Tamkh等人在 Alamouti的研究基礎(chǔ)上提出的。由圖 知，系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)模塊： Turbo編譯碼模塊、交織編譯碼模塊、 QAM 調(diào)制與解調(diào)模塊、功率控制模塊、預(yù)編碼模邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 塊、 OFDM 調(diào)制與解調(diào)模塊、 STBC 編譯碼模塊。 )pk cI? 2( 。 )e uO? 之和的形式： 1 ( ?？諘r(shí)編碼將空間分集、頻率分集及時(shí)間分集結(jié)合在一起，從通信系統(tǒng)的整體出發(fā)，提高多徑衰落信道的通信質(zhì)量和數(shù)量。寬帶 MIMO 信號(hào)模型為 ： ? ? ? ? ? ?10( ) ,N liy n H n l x n v n???? ? ?? （ 326） 為分析信道空間特性的方便，假設(shè)在考察的時(shí)間內(nèi)， MIMO 信道為時(shí)不變信道 (或假設(shè)考察的是相干時(shí)間內(nèi)的信道特征 )，重寫上述 MIMO 時(shí)變信道 ： 邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 10( ) ( )LlllHH? ? ? ?????? （ 327） 假設(shè)信道各路徑延遲間隔等于采樣周期，寬帶 MIMO 系統(tǒng)離散信號(hào)模型： ? ?10( ) [ ]L llly n H x n v n???? ? ?? 1 ,1 1 , 2 1 ,2 ,1 2 , 2 2 ,1 , 2 ,( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )TTR R R TMMlM M M Mh l h l h lh l h l h lHh l h l h l???????， 01lL? ? ? （ 328） 仿真結(jié)果與分析 圖 37 為 MIMO 的性能仿真曲線圖，其中橫坐標(biāo)是 EbN0（信噪比） ，單位為 dB，縱坐標(biāo)是誤碼率。要達(dá)到這樣的效果，就需要在接收端使用信道估計(jì)技術(shù)來獲得信道衰落信息，因此信道估計(jì)技術(shù)是提高無線數(shù)據(jù)接收性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。 E i g e n m o d e s P o w e r a l l o c a t i o ncH 2N?odE ige n eSNRG ainc1M CS rM C S1P cP 1V cV1dcd1zcz1xcx1 TI npu tbi。所發(fā)送的數(shù)據(jù)將會(huì)經(jīng)歷信道衰落。第 q 根發(fā)射天線和第 i 根接收天線間的 SISO 信道為1 , 2 , , , 1 , 2 , ,RTi M q M??,該信道響應(yīng)是時(shí)間、延遲、發(fā)射和接收天線位置的函數(shù)，表征了該條路徑的幅度增益和相位旋轉(zhuǎn)。 空時(shí)編 譯 碼 原理 空時(shí)編碼 (STC)是近年來通信領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新的編碼和信號(hào)處理技術(shù)。 )k uO? 可表示為系統(tǒng)信息 ( 。圖 34 所示。此外， OFDM 由于碼率低和加入了保護(hù)間隔而具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力，當(dāng)多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔 時(shí)系統(tǒng)將不受碼間干擾的影響，從而使MIMOOFDM 系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗多徑能力。采用 STTC 能同時(shí)得到編碼增益和分集增益，雖然它能夠提供比現(xiàn)有系統(tǒng)高 34 倍的頻帶利用率，但是其譯碼復(fù)雜度隨著狀態(tài)數(shù)的增加而呈指數(shù)增長。 2． 同步問題 OFDM 系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是對(duì)同步偏差十分敏感， 即使 很小的頻率、定時(shí)同步錯(cuò)誤就會(huì)引起符號(hào)間干擾 ISI 和載波間干擾 ICI，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的嚴(yán)重下降，因此很好的同步對(duì)于 OFDM系統(tǒng)十分重要。在某種意義上，MIMO 系統(tǒng)也可以看作是傳統(tǒng)智能天線技術(shù)的擴(kuò)展。 OFDM 系統(tǒng)加入保護(hù)間隔后，會(huì)帶來功率和信息速率的損失，其中功率損失定義為 ： 101 0 lo g ( 1 )Gg u a r d FFTTv T?? （ 27） 其中 guardv 為功率損失， GT 為保 護(hù)間隔時(shí)長， FFTT 為 OFDM 符號(hào)周期長度。 圖 OFDM 系統(tǒng)中子信道信號(hào)的頻譜（經(jīng)過矩形脈沖成型） 這種現(xiàn)象可以參見圖 ，圖中給出相互覆蓋的各個(gè)子信道內(nèi)經(jīng)過矩形脈沖成型邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 得到的符號(hào)的 sinc 函數(shù)頻譜。 OFDM 技術(shù) 正交頻 分復(fù)用 (OFDM)通過把高速的數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中并行傳輸，使每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期相對(duì)增加從而將頻率選擇性衰落信道轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿械钠教顾ヂ渥有诺?，降低了由于無線信道的多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響，消除了碼間干擾 ISI。 本文主要分為五章，各章的結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章簡要論術(shù)無線通信系統(tǒng)的特性，借由無線通信所遇到的種種問題引出最有效的兩種解決方法： MIMO 與 OFDM技術(shù)。 OFDM 技術(shù)的應(yīng)用已 經(jīng) 有近 40 年的歷史，主要 運(yùn) 用于軍用的無線高頻 通信系統(tǒng)。雖然在 MIMO 系統(tǒng)理論以及性能研究方面已有非常多的研究成果 ， 但是由于無線移動(dòng)通信中復(fù)雜的無線傳播環(huán)境，因此尚有大量問題需要研究。 MIMOOFDM 技術(shù)也被業(yè)界認(rèn)為是未來第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要物理層技術(shù)。 1886 年德國物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)的方法證明了麥克斯韋的預(yù) 言。 關(guān)鍵詞 ： 多輸入多輸 出；正交頻分復(fù)用；空時(shí)編碼；信道估計(jì)；自適應(yīng)功率控制 邵陽學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II ABSTRACT MIMO and OFDM are two important techniques in future wireless munication system. MIMOOFDM system which bines MIMO with OFDM， can improve spectrum efficiency， the channel capacity and simplify the receiver structure under the multipath environment. So MIMOOFDM is a key technique for the future wireless munication system. Recently, there are a number of investigations in the encoding/decoding scheme, application structure, signal analysis, channel estimation and applications of MIMOOFDM technology in the literature. After a review of the MIMOOMFD system and the principle of adaptive MIMOOMDM system, an adaptive MIMOOFDM simulation platform is built by using Matlab to testify the efficiency of the MIMOOFDM systems with estimated channel state information at TX side. To ensure the validity of the results, in the course of studying, I firstly finish some function modulus, for example, Turbo encode and decode, QAM modulation and demodulation, OFDM modulation and demodulation, spacetime encode and decode, waterfilling modules, etc. Then, these modules will be connected to test each module’s performance and their contribution to the whole system. The result of simulation shows that the adaptive MIMOOFMD system is practicable, dependable, and efficient. Keywords： Multipleinput multipleoutput； Orthogonal frequenc