【正文】 感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們四年來的關(guān)照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。 19 六、致謝 本文是在導(dǎo)師 張效榮老師 的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上的諄諄教誨和身體力行、在生活上 的默默關(guān)心和無私幫助將使我受益終身，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎局孕牡母兄x！ 導(dǎo)師對科學(xué)事業(yè)的獻(xiàn)身精神以及高度的敬業(yè)精神，為學(xué)生們樹立了良好的風(fēng)范，也是我今后所追求的目標(biāo)。因此，基于 OFDM 的 MIMO 系統(tǒng)具有逼近極限的系統(tǒng)容量和良好的抗衰落特性，可以預(yù)見，它將是下一代網(wǎng)絡(luò)采用的核心技術(shù) 。這樣，將 OFDM 和 MIMO 兩種技術(shù)相結(jié)合就能達(dá)到兩種效果：一種是實現(xiàn)很高的傳輸速率，另一種是通過分集實現(xiàn)很強(qiáng)的可靠性，同時，在 MIMOOFDM 中加入合適的數(shù)字信號處理的算法能更好地增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 18 五、結(jié)束語 展望第四代移動通信系統(tǒng)。而半盲信道估 計算法有望在非盲算法和盲算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行折衷處理，從而降低運(yùn)算復(fù)雜度。 c. 半盲信道估計 半盲信道估 計是在盲信道估計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它利用盡量少的導(dǎo)頻信號或訓(xùn)練序列來確定盲信道估計算法所需的初始值，然后利用盲信道估計算法進(jìn)行跟蹤、優(yōu)化，獲得信道參數(shù)。 b. 盲信道估計 盲信道估計是利用信道的輸出以及與輸入有關(guān)的統(tǒng)計信息，在無需知道導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列的情況下估計信道參數(shù)。當(dāng)信道為時變信道時，即使是慢時變信道，也必須周期性的發(fā)射訓(xùn)練序列，以便及時更新信道估計。 MIMOOFDM 系統(tǒng)信道估計方法一般有三種：非盲信道估計、盲信道估計和半盲信道估計。但好在對于不同的子載波，同一空分信道的參數(shù)是相關(guān)的。 （二） MIMOOFDM 系統(tǒng) 的信道估計 在一個傳輸分集的 OFDM 系統(tǒng)中，只有在收端有很好的信道信息時，空時碼才能進(jìn)行有效的解碼。在接收端第 m（ m∈ [1， M]）個天線接收到的第 l個子載波的接收信號為： 17 其中 Hm,n,l 是第 l 個子載波頻率上的從第 n 個發(fā)送天線到第 m 個接收天線之間的信道矩陣，并且假定該信道矩陣在接收端是已知的， Cn,l 是第個子載波頻率上的從第 n 個發(fā)送天線發(fā)送的符號，η m,l是第 l個子載波頻率上的從第 m個接收天線接收到的高斯白噪聲。這樣共有 NL個 MQAM 符號被發(fā)送。下面給出MIMOOFDM 的結(jié)合方案。另外 ODFM 由于碼率低和加入了時間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。目前解決 MIMO 系統(tǒng)中的頻率選擇性衰落的方案一般是利用均衡技術(shù)，還有一種是利用 OFDM。因此充分開發(fā)這兩種技術(shù)的潛力 ,將二者結(jié)合起來可以成為 第四代 移動通信核心技術(shù) 的解決方案 。 16 四、 MIMOOFDM 系統(tǒng) 前面已經(jīng)介紹了 OFDM 和 MIMO 兩種技術(shù)： MIMO 技術(shù)充分開發(fā)空間資源 ,利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量。發(fā)射和接收機(jī)制都是根據(jù)這些準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化的。波束成形的權(quán)值在保證接收端達(dá)到信噪比和誤碼率要求的條件下，由反饋信道信息決定，文獻(xiàn) [6][7]中指出結(jié)合功率分配，波束成形和空時編碼對發(fā)射機(jī)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，在不增加設(shè)備復(fù)雜 度和損失發(fā)射速率的條件下，提供了比傳統(tǒng)空時編碼更好的性能?？諘r編碼屬于開環(huán)分集技術(shù)，在發(fā)送端不需信道信息；陣列波束成形屬于閉環(huán)分集技術(shù)，利用信道反饋信息進(jìn)行空間濾 15 波或干擾抑制，信道反饋的準(zhǔn)確性會嚴(yán)重影響波束成形的效果。 （ 2）波束成形與空時編碼結(jié)合大多數(shù)情況下，假設(shè) CSI 的部分信息在發(fā)射端已知是合理的，因而提出了空時編碼和波束成形 相結(jié)合的混合機(jī)制。 系統(tǒng)中的波束成形技術(shù) （ 1）特征波束成形 MIMO 系統(tǒng)的系統(tǒng)模型為 r=Hs+n，將信道矩陣 H 進(jìn)行奇異值分解，如果發(fā)射端已知信道信息，通過發(fā)射端的特征波束成形和接收端的線性處理，可將 MIMO 信道分成平行的子信道。 MSI 會導(dǎo)致多個數(shù)據(jù)流之間的相互干擾?；谂袥Q反饋的一種次優(yōu)非線性機(jī)制判決反饋均衡（ DFE， Decision Feedback Equalizer）可以用于改善線性均衡器的性能，它通過反饋濾波器將以前符號產(chǎn)生的部分 ISI 從目前的符號中消除。 ZF 均衡器通過信道的逆可以消除符號間干擾 ISI（ InterSymbol Interference），但是其代價是對噪聲產(chǎn)生了放大。在 SIMO 或者 MIMO 通信鏈路的接收端，接收機(jī)或者均衡器利用多徑信號重構(gòu)發(fā)射信號。 的接收分集技術(shù) MIMO 系統(tǒng)在接收端的解碼算法主要有 ZF(Zero Forcing， 迫零 )算法、 MMSE（ Minimum Mean Square Error，最小均方誤差） 算法、判決反饋解碼算法、最大似然解碼算法和分層空時處理算法（ BLAST， belllabslayeredspacetime）。鏈接編碼方案是指在內(nèi)部使用空時編碼，外部使用傳統(tǒng)的信道糾錯碼（ TCM，卷積碼， RS 碼）的編碼方 案 [4]，這種方案既能提供分集增益，又能提高系統(tǒng)容量。 （ 3）空間復(fù)用和空時編碼結(jié)合 將空間復(fù)用和空時編碼相結(jié)合，在保證每個數(shù)據(jù)流獲得最小分集增益的條件下，最大化平均數(shù)據(jù)率。 （ 2）空間復(fù)用 空間復(fù)用是指在發(fā)射端發(fā)射相互獨(dú)立的信號，在接收端用 ZF， MMSE， ML，VBLAST[3]等方法進(jìn)行解碼。又由于 STBC 在譯碼時只需要線性處理，因此，通常都使用 STBC。 STTC 可以提供的分集等于發(fā)射天線的數(shù)目，提供的編碼增益取決于碼字的復(fù)雜度而無需犧牲帶寬效率。接收到的信號通過最大似然（ ML， MaximumLikelihood）譯碼 器進(jìn)行檢測。 對于發(fā)射端不需要 CSI 的發(fā)射機(jī)制，可以引入空時編碼或者采用空間復(fù)用增益來利用空間維數(shù)。 （ 1） 空時 編碼 STC 我們 目前 已知的 大量的發(fā)射機(jī)制分別可以使頻譜效 率最大、速率最高、信噪比（ SNR， SignaltoNoise Ratio）最大，它們都依賴信道狀態(tài)信息（ CSI， Channel State Information）在發(fā)射端和接收端的已知程度。最大化數(shù)據(jù)率發(fā)射方案主要通過在不同天線發(fā)射相互獨(dú)立的信號實現(xiàn)空間復(fù)用。波束成形能有效地抑制共道干擾，其關(guān)鍵是波束成行權(quán)值的確定。 MIMO 系統(tǒng)中的空時處理技術(shù)主要包括波束成形（ beamforming）、空時編碼（ spacetimecoding）、空間復(fù)用（ spacemultiplexing）等?？諘r碼的主要思想是利用空間和時間上的編 碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。目前 MIMO技術(shù)領(lǐng)域另一個研究熱點(diǎn)就是空時編碼。利用 MIMO 技術(shù)可以成倍提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率。對于信道矩陣參數(shù)確定的MIMO 信道，假定發(fā)送端不知道信道信息，總的發(fā)送功率為 ρ ，與發(fā)送天線的數(shù)量 M 無關(guān)；接收端的噪聲用 N1 向量 n 表示，是獨(dú)立零均值高斯復(fù)變量，各個接收天線的噪聲功率均為 σ 2 ；發(fā)送功率平均分配到每一個發(fā)送天線上，則容量公式為： 13 令 M 不變，增大 N，使得N1HHH MI? ，這 時可以得出容量的 表達(dá)式： 從上式可以看出，此時的信道容量隨著天線數(shù)量的增大而線性增大。也就是說可以利用 MIMO 信道成倍地提高無線信道容量，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。根據(jù)收發(fā)兩端天線數(shù)量，相對于 普 通 的 SISO(SingleInput SingleOutput) 系 統(tǒng) ， MIMO 還 可 以 包 括SIMO(SingleInput MultipleOutput)系統(tǒng)和 MISO(MultipleInput SingleOutput)系統(tǒng)。 MCDSCDMA 系統(tǒng)的好處是可以獲得時間分集增益。 b. MCDSCDMA 技術(shù) MCDSCDMA 系統(tǒng)跟 MCCDMA 系統(tǒng)類似，不同的是，數(shù)據(jù)在不用的OFDM 符號間進(jìn)行擴(kuò)展?？梢姡粋€數(shù)據(jù)符號信息被分散到一組子載波上進(jìn)行攜帶，即進(jìn)行了“分”的操作。 （ 2） OFDMTDMA 的 信令 開銷很大程度上 取決于是否采用濾除具有較低信噪比子載波的技術(shù)和自適應(yīng) 調(diào)制 /編碼技術(shù)，采用上述技術(shù)雖然可以改善性能，但也會增加信令開銷。 2. 與 TDMA 結(jié)合的系統(tǒng) 即不同 用戶 在不 同時 隙內(nèi) 獨(dú)占系 統(tǒng)資 源進(jìn) 行數(shù) 據(jù)傳 輸， 稱之為OFDMTDMA 方案。各用戶占用的子載波可以不一樣，可根據(jù)各用 戶的具體需要進(jìn)行動態(tài)分配。 d． DFTSOFDM 技術(shù) 單載波頻分多址（ SCFDMA）系統(tǒng)可以在頻域?qū)崿F(xiàn)，稱之為 DFTSOFDM系統(tǒng)。將需要傳送的比特信息首先進(jìn)行信道編碼、調(diào)制，然后分組進(jìn)行碼片壓縮和重復(fù)并加入循環(huán)前綴，將每個用戶的信號乘以用戶相應(yīng)的相位偏移序列后經(jīng) 根升余弦濾波器 發(fā)送出去。 這是一種靈活的多址方案，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以獲得頻率分集增益，并可以避免或減少小區(qū)間