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【摘要】隨著社會的快速發(fā)展，移動通信技術的應用越來越重要，本文主要介紹了第四代移動通信技術所面臨的問題，MIMOOFDM技術的原理和優(yōu)勢以及 MIMO-OFDM技術在4G系統(tǒng)中應用的必要性。

【關鍵詞】4G；MIMOOFDM技術；應用；問題

1.引言

人們對通信技術的依賴和要求，使得移動通信技術有了長遠的發(fā)展。無線通信與個人通信經歷了從模擬通信到數字通信，從FDMA到CDMA的巨大變化。隨著移動通信業(yè)務量的不斷擴增，用戶量的激增，人們對各種多媒體業(yè)務高需求以及第三代移動通信技術中存在的缺失和不足，于是第四代移動通信技術響應時代的潮流，應運而生。第四代移動通信技術，作為目前移動通信技術領域中的尖端技術，完全把高安全性、智能性和靈活性，優(yōu)質的傳輸質量和服務質量以及更低的傳輸成本適時地運用到了實際當中。4G移動通信技術的的核心技術在于巧妙地結合了MIMO技術的OFDM技術，進一步的提高了4G移動通信技術的廣泛使用。

2.4G通信技術面臨的問題

雖然4G移動通信技術已經在第三代技術原有的基礎上得到了進一步提升，但4G移動通信技術在擁有高速度的數據傳輸速率，可提供從語音到多媒體業(yè)務等多種業(yè)務的同時，也面臨著兩大問題：其一，由于移動通信中缺乏帶寬資源，因此，必須在有限的資源上實現高速率和大容量的數據傳輸，以滿足多種業(yè)務的傳輸需求。其二，系統(tǒng)性能弱。為了達到改善系統(tǒng)性能，可采用OFDM技術和MIMO技術相結合的新興技術，從而解決高速數據在無線信道下的多徑衰落，噪聲及多徑干擾等固有的問題。OFDM技術通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內轉化為平坦信道，從而來減小多徑衰落的干擾問題。此外，MIMO技術不僅可以在空間上產生獨立的并行信道，傳輸多路數據流，而且可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜利用率，有效的提高了系統(tǒng)的傳輸速率。

3.MIMO-OFDM技術

MIMO-OFDM作為第四代通信系統(tǒng)中最為核心的技術，是通過結合OFDM和MIMO兩種技術而得到的一種新興技術。MIMO技術是目前最常見的無線技術之一，最早的功能是通過利用多天線從而抑制信道衰落的。MIMO技術在發(fā)送端和接收端使用多天線，可實現同時發(fā)送和接收信號，并且能夠在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量，MIMO技術的應用是無線通信的重大突破和創(chuàng)新。雖然，MIMO技術在提高頻帶利用率上已有一定的成果，通過利用多徑效應提高了信號的可靠性，但是，MIMO技術占用頻帶越寬，多徑效應越明顯，對于頻率的選擇性衰弱的問題依然無法找到解決方法。然而，OFDM技術的出現剛好為MIMO技術中的不成熟了彌補了缺失。OFDM技術可以有效的減弱頻率選擇性衰落的影響以及碼間干擾，所以在OPDM技術在無線寬帶信道中實現高速率的數據傳輸發(fā)揮了很大的作用。除此之外，OFDM技術的可以更有效的使用頻帶，抵抗頻率選擇性衰落能力強，并且提高了頻譜資源的利用率。雖然，理論上說，MIMO系統(tǒng)通過利用空間復用技術可無限提高系統(tǒng)容量，利用空間分集技術可以抗多徑衰落，但是OFDM提高系統(tǒng)容量的能力也是有限的。因此，MIMO系統(tǒng)與OFDM技術相結合不但可以取長補短，互補互足，而且又是4G移動通信技術未來發(fā)展的趨勢所在。MIMO-OFDM技術在移動通信中的應用必定能為通信領域掀起一番革新的浪潮。

4.MIMO-OFDM的關鍵技術

4.1 空時信號處理技術

MIMO技術主要分為空時編碼和空間復用兩大類?？諘r編碼技術是通過在發(fā)射端對數據流進行聯合編碼，從而降低信道衰落和噪聲所造成的符號錯誤率，同時提高信號的冗余度，從而使信號在接收端獲取最大的分集增益和編碼增益。目前，4G移動通信技術主要應用的空時編碼方式有：分層空時編碼，空時格形碼，空時分組碼以及空時頻編碼四種。當然，空時編碼技術也存在著缺點：數據傳輸速率無法提高。MIMO技術的空間復用就是在接收端和發(fā)射端使用多個天線，盡可能地在空間信道上傳輸相互獨立的數據，使空間傳播中的多徑分量得利用率最大化，從而使信道容量隨著天線數量的增加而增加。將空間復用與空時編碼二者相結合，能夠確保每個數據流在獲得最小分集增益的條件下，平均數據最大化。

4.2 自適應技術

MIMO-OFDM系統(tǒng)需要依照各個子信道的實際傳輸情況靈活的分配發(fā)送功率和信息比特，以最大限度地提高系統(tǒng)容量。自適應傳輸的核心思想是根據傳輸信道的實際情況，改變發(fā)射功率及每個子信道的符號傳輸速率等以維持一定的誤碼率。此外，鏈路參數的設置，可以最大限度地提高系統(tǒng)容量。根據兩個用戶在特定位置和時間內的用戶統(tǒng)計特征，可以提供多種編碼與調制方案，實現用戶數據流的最優(yōu)化。通過傳輸質量優(yōu)的子信道采用高速傳輸，質量差的子信道低傳輸速率的方式來提供較高的頻譜使用效率。

4.3 分集技術

空間分集是主要針對無線傳輸中的信道衰落的一種技術。接收分集和發(fā)射分集構成了分集技術。在復雜的無線信道中傳播，無線信號會產生瑞利衰落現象，衰落性質在不同的空間有不同的體現?？臻g分集接收的實現必須確保兩個位置間距超過天線間的距離。分集技術有效的克服了多徑衰落。目前，分集技術分為時間上、頻率上、空間上的分集等。不同分集技術適用于不同場合，多技術的結合一般應用比較多。在MIMO-OFDM中，通過時間、空間、頻率三種分集技術的應用，有效的提供了系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容納限度。

4.4 信道估計

估計從發(fā)送天線到接收天線之間的無線信道的頻率響應就稱之為信道估計。目前所采用的信道估計有以下兩類：第一類是基于訓練序列或導頻的方法。第一類是采用盲分法。盲分法又可分為全盲和半盲信道估計。信道估計的優(yōu)點是：準確估計各子信道的頻域響應或信道沖擊響應，為信道解碼提供信道狀態(tài)信息及為同步算法提供信道參考信息。

5.MIMO-OFDM技術的問題

5.1 天線數量和距離的選擇

MIMO系統(tǒng)設計的關鍵參數是天線的數量和各個天線間的間距，如果要實現MIMO系統(tǒng)的高頻譜效率，各天線的間距是非常重要的因素。因為基站一般都安裝在相對較高的位置，無法確保始終存在能使衰落散去的相關本地散射體，因此選擇合適的天線間距顯得尤為重要?；救绻惭b了大量的天線，周圍的環(huán)境勢必會被會遭到損害。因此，必須把天線的數量保持在中的水平。本地散射物之間的位置一般是終端，選擇天線距離必須要達到確保有相當數量的不相關衰落，并且要考慮到終端實現及其外觀審美的需求。

5.2 系統(tǒng)的自適應資源分配問題

理論上說，獲得無限大的信道容量的前提是，能為多根天線和相應的射頻（RF）鏈路提供更大的空間，但在實際中并沒有這么簡單，由于受限于實現操作和物理信道本身的實際情況，并不能達到理論上的水平。此外，MIMO系統(tǒng)可以利用傳播中的多徑分量，換句話就是說MIMO可以在某種程度上抵抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO系統(tǒng)并不能達到抗多徑衰落功能。因此，為了優(yōu)化系統(tǒng)的實際性能，有效的自適應比特加載和功率分配方案是非常必要的。此外，信道估計、多普勒頻移等都是在實際操作過程中需要注意的問題。MIMO-OFDM技術還有很大的提升空間。

6.結語

隨著各種新需求的不斷出現以及新科技的飛速發(fā)展，4G終將成為未來移動通信領域的主導技術和中堅力量。而將MIMO技術和OFDM技術相結合，能夠充分利用這兩種技術的優(yōu)點，不但能大大提高分集增益和系統(tǒng)容量，而且可以增加頻譜利用率，有效的解決頻率選擇性衰落問題。因此，MIMO和OFDM的結合成為第四代移動通信系統(tǒng)中有效對抗頻率選擇性衰落、提高數據傳輸數率，增大系統(tǒng)容量的關鍵技術。4G移動通信技術的飛速發(fā)展，將使得廣大用戶享受更全新、更快捷、更豐富的通信生活。

參考文獻

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