MIMO-OFDM加性信道容量仿真实现

[摘 要]OFDM技术能将频率选择性信道转变为平坦衰落信道,而MIMO 技术在平坦衰落信道上可显著提高信道容量,从而大幅度提高频谱效率。本文分析了MIMO-OFDM系统中加性高斯白噪声(AWGN)信道的信道容量。

[关键词]多输入多输出正交频分复用 信道容量

[中图分类号]TN923[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)12-0105-02

The Simulation of MIMO-OFDM Capacity

Guo Lan YU Jiankun

Dep. of Information Engineer, Shaoyang University, Hunan,422000, Shaoyang China

[Abstract]Multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing technology can effective enhance the transmission rate and the capacity of the wireless communication system. The paper analyzed the MIMO-OFDM capacity based on AWGN channel.

[Key words] Multiple input multiple output-OFDM; channel capacity

1引言

MIMO-OFDM系统的结合可以实现数据在无线通信系统中的高速传输,它不仅增加了系统容量,更重要的是它能更好地满足多媒体通信要求。

2 多载波调制技术的基本原理

多载波调制技术的基本原理是在频域内将信道的可用带宽划分为N个频谱重叠的子信道。在OFDM系统中,使相邻子信道间的载波频率的间隔为一个OFDM符号周期的倒数,这样各载波间可保持正交。为了保持各个子信道间的正交性,相邻的子信道的频率间隔为,我们假设发送基带信号的表达式为[1]:

(1)

则经过高频调制后的信号表达式变成[1-2]:

(2)

其中,即为高频载波。0

OFDM系统通过合理地选择一组相互正交的子载波,在频率域,各载波间频率互相重叠,提高了频率的利用率。

3 MIMO容量分析及仿真实现

MIMO是指在发射端和接收端,分别使用多个发射天线和接收天线。传统的通信系统是单进单出SISO(Single-Input Single-Output)系统,基于发射分集和接收分集的多进单出MISO(Multiple-Input Single-Output)方式、单进多出SIMO(Single-Input Multiple-Output)方式也是MIMO的一部分。利用MIMO技术可以提高信道的容量,同时也可以提高信道的可靠性,降低误码率。在通信中信道容量的范围内尽可能大进行传输,但不可能使错误概率降低至0。如公式所示[2-3]:

(3)

上式中和分别表示在时间m内的输入和输出,是的独立高斯白噪声。AWGN信道的信道容量仅有功率限制,没有带宽的限制。尽管这样,信道容量仍然是限定的。 假设一个SISO信道有一个发射天线和l个接受天线[2-3]

(4)

这里,hl是从发射天线到第l个接收天线,是独立的加性高斯噪声。

(5)

这里,,

。如果P是传输每个符号的功率,AWGN信道接收端信噪比为。信道容量为

bits/s/Hz (6)

假设一个多输入单输出信道有L个发射天线和一个接收天线,

(7)

这里,,是第l个发射天线到接收天线的增益。我们可以得出MISO信道容量公式

bits/s/Hz (8)

缓慢衰减信道的延迟需求与信道相关时间比较是短的,因此也成为准静态场景。一个加性高斯白噪声信道的信噪比,可靠通信最大速率是bits/s/Hz,现在假设发射段编码速率是R bits/s/Hz。如果,不管在发射端采用何种编码方式,解码的错误概率不可能任意的小。系统在高信噪比时中断信道容量为:

bits/s/Hz (10)

而实际信噪容量为:

(11)

因此,在信噪比高是,相对损耗就低。在低信噪比时,情况就不同了[3]。

(12)

中断的信道容量仅仅是加性高斯白噪声信道容量在第信噪比时的小部分。对于瑞利衰减来说,。对于较小时,衰落的影响还是十分明显的。

4 结语

MIMO+OFDM技术通过在OFDM传输系统中,采用阵列天线实现空间分集,以提高信号质量,是OFDM与MIMO相结合而产生的一种新技术。它采用了时间、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。见图1。

[参考文献]

[1] David Tse, Pramod Viswanath, Fundamentals of Wireless Communication, September 10, 2004.

[2] Yang H W. A road to future broadband wireless access: MIMO-OFDM-based airinterface[J]. IEEE Communications Magazine, 2005, 43(1): 53-60.

[3] 赵亚红,李伟华,吴伟陵.正交多载波调制(OFDM) 技术及其应用[J].电讯技术,2001,1(1):92-95.

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