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1、毕业设计(论文)课 题 名 称 MIMO-OFDM系统中自适应技术研究邵阳学院本科毕业设计（论文）摘要MIMO技术和OFDM技术是未来无线通信系统中的2个重要的技术，而将MIMO技术和OFDM技术结合在一起形成的MIMO-OFDM系统能够使频谱效率得以成倍提高，也能使信道容量得到提高；同时大大降低在多径环境下的接收机复杂度，因此成为了未来无线通信系统中摘要的核心解决方案。为了在未来无线通信系统中充分发挥MIMO-OFDM系统的优越性能，需要对MIMO-OFDM系统中的编解码、系统方案、信道分析、信道估计及实现等方面进行更深入的研究。本文在MIMO-OFDM系统和自适应MIMO-OFDM系统的基
2、本原理的基础上，通过仿真研究，验证基于发送端估计信道状态的自适应MIMO-OFDM仿真系统的有效性。为了保证仿真结果的正确性，在仿真研究中，首先逐一仿真实现了包括 Turbo编译码，QAM调制解调，STBC空时编解码，OFDM调制解调，功率控制等单元功能模块，然后在验证的基础上，整合为一个完整的自适应MIMO-OFDM仿真系统。论文的仿真研究表明，引入的MIMO-OFDM系统是可行的，可靠的，有效的。关键词： 多输入多输出；正交频分复用；空时编码；信道估计；自适应功率控制ABSTRACTMIMO and OFDM are two important techniques in future w
3、ireless communication system. MIMO-OFDM system which combines MIMO with OFDM，can improve spectrum efficiency，the channel capacity and simplify the receiver structure under the multi-path environment. So MIMO-OFDM is a key technique for the future wireless communication system. Recently, there are a
4、number of investigations in the encoding/decoding scheme, application structure, signal analysis, channel estimation and applications of MIMO-OFDM technology in the literature. After a review of the MIMO-OMFD system and the principle of adaptive MIMO-OMDM system, an adaptive MIMO-OFDM simulation pla
5、tform is built by using Matlab to testify the efficiency of the MIMO-OFDM 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 de
6、modulation, OFDM modulation and demodulation, space-time encode and decode, water-filling modules, etc. Then, these modules will be connected to test each modules performance and their contribution to the whole system. The result of simulation shows that the adaptive MIMO-OFMD system is practicable,
7、 dependable, and efficient.Keywords：Multiple-input multiple-output；Orthogonal frequency division multiplexing；Space-time coding；Channel estimation；Adaptive power control I目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 无线通信系统的发展11.2 无线信道的特性21.3 MIMO技术及其研究现状21.4 OFDM技术及其研究现状41.5 本文主要工作安排5第2章 MIMO-OFDM基本原理72.1 OFDM技术72.2 M
8、IMO 基本原理112.3 MIMO-OFDM的关键技术132.4 本章小结14第3章 MIMO-OFDM系统算法及原理163.1 系统模型163.2 Turbo编译码173.3 空时编译码原理203.4 MIMO-OFDM系统模型223.5 仿真结果与分析233.6 本章小结26第4章 自适应MIMO-OFDM系统仿真建模274.1 MIMO系统中的信道估计274.2 基于发送端的信道估计模型284.3 MIMO-OFDM系统自适应传输的基础304.4 仿真结果与分析334.5 本章小节37结 论38致 谢40参考文献411第1章 绪论无线传输信道，尤其是在移动环境中的无线传输信道是一个非常
9、复杂的物理现象，未来移动通信要在有限的频谱资源上支持高速率数据和多媒体业务的传输，就必须采取频谱效率高的抗衰落技术来提高系统的性能，OFDM和MIMO正是其中的两种有效措施，而将两者相结合构成的MIMO-OFDM系统，技术上相互补充、使之成为实现无线信道高速数据传输最有希望的解决方案之一，是当今科研的一个热点。本章首先基于对无线信道特性的分析，引出OFDM与MIMO技术，并简略介绍了一下它们的研究现状。1.1 无线通信系统的发展人类采用通讯的历史可以追溯到遥远的古代。但是直到十九世纪末以前，人们都是采用例如烽火台的方式进行简单的信息传输。1864年英国物理学家麦克斯韦创造性的总结了人们己有的电
10、磁学知识，预言了电磁波的存在。1886年德国物理学家赫兹用实验的方法证明了麦克斯韦的预言。1897年意大利科学家马可尼第一次展示了无线电波能在英格兰海峡里行驶的船只上保持传输，并获得了成功。在随后的一个多世纪里，在计算机和半导体技术推动下，无线通信的理论和技术不断进步，取得了举世瞩目的发展。今天，无线通信己经成为人们日常生活中不可缺少的重要通信方式。移动通信的发展是迅速的，其发展经历主要有第一代蜂窝移动通信系统，到第二代的数字蜂窝移动通信系统，再到第三代通信系统，包括被国际社会认可的三大主要标准：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。尽管如此，人们对移动通信仍寄予厚望。近些年来，随着
11、Internet的普及和移动通信技术的迅猛发展，人们在图像、语音、数据、多媒体信息通信领域的应用和要求越来越高，希望现有固定网能支持多媒体业务，甚至那些只存在于想象中的通信业务在未来的移动通信中都能予以实现。这些年来人们己经开始研究和开发下一代无线宽带多媒体系统。所以人们认为最高速率只有2Mbps的第三代移动通信系统称不上真正的宽带多媒体通信，于是就在提出3G技术方案的同时，有人提出超3G(即后3G)的无线传输技术研究，甚至纷纷提出4G的概念。现在欧盟，美国，日本，韩国以及我国都已经在积极研究着4G无线通信系统了。第四代移动通信系统(4G)在业务上、功能上、频带上都将不同于第三代系统，它可称为
12、宽带接入(Broadband Access)和分布网络，具有非对称的超过2Mbps的数据传输能力。人们对于无线通信业务的需求越来越多，要求的质量也越来越高。但是实际中有着很多的干扰制约着通信质量，在宽带无线数字通信系统中，影响信道高速传输的最主要的一类干扰是由信道的多径效应所引起的频率选择性衰落。另外还有如何充分提高无线资源的利用率也是很多研究者的关注重点。MIMO-OFDM技术结合的提出成为了解决这些问题的一个重大突破。将两者相结合构成的MIM于OFDM系统在技术上相互补充、相得益彰，使之成为实现无线信道高速数据传输，最具希望的解决方案之一，具有非常广阔的研究和发展前景。MIMO-OFDM技
13、术也被业界认为是未来第四代移动通信系统的主要物理层技术。1.2 无线信道的特性在无线通信中，发射信号在传播过程中往往会受到环境的影响，发生直射、反射、散射和漫射等物理现象，这就使接收机的接收信号与发射信号相比产生了一定的变化，而这种变化就体现了无线信道的基本特征，具体集中在以下几个方面：（1）因频率复用造成的共信道干扰(CCI)采用蜂窝式的小区结构和频率复用技术，是解决频率资源紧张的有效方法，特别是在CDMA系统中，频率复用系数可以是l，甚至在同一小区的不同扇区间采用相同的载频，这样必然会产生CCI。在CDMA系统中，由于不同用户扩频码的非正交性或异步性同样会造成CCI。（2）多径现象由于移动
14、环境的复杂性，通常从发射机到接收机的信号包含有折射、衍射、绕射等多种信号成分，不同成分到达接收机的强度不同，时间不同，方向不同，甚至在通常情况下，发射机到接收机之间不存在直达波束。（3）衰落由于多径效应的影响，接收机收到信号的功率会随收发信机之间的距离而存在大幅度的波动。衰落通常分为阴影衰落(慢衰落)和多径衰落(快衰落)。慢衰落是由于遮挡效应造成的，其信号的局部平均近似对数正态分布，而快衰落是因为接收信号分量的相位差引起的，其信号近似服从瑞利分布。实际的接收信号是由快衰落信号与慢衰落信号的乘积得到。通过上述无线信道的基本特征可以看到，无线信道是非常复杂的，因此要对未来移动通信系统中所采用的MI
15、MO-OFDM系统的各项技术进行有效地验证就必须选用更贴近实际无线传输环境的信道模型。1.3 MIMO技术及其研究现状为了在未来移动通信系统中实现大容量、高速以及提高频谱利用率的目标，多输入多输出（MIMO）系统的概念应运而生。多输入多输出(MIMO)或多发多收天线(MTMR)技术在无线移动通信领域的应用是具有革命意义的重大技术进步，并且被广泛认为是第三代及未来移动通信系统与个人通信系统实现高数据速率，提高传输质量的重要途径之一。由于该技术在解决未来无线互联网业务容量需求瓶颈问题上所具有的优势，因而居于当今技术进步列表中的重要位置。多输入多输出(MIMO)系统是基于无线通信分集技术而发展起来的
16、，其定义可以简单描述为在其发射端和接收端均采用了多天线配置的无线通信系统，所以称之为MIMO系统。MIMO系统中，在发送端，串行数据符号流在经过空时处理后被送到多个发射天线进行发射；在接收端通过各种空时检测技术进行数据符号的恢复。为了保证各个子数据符号流能够被有效地分离，要求各个天线之间必须保持足够的距离，以防止接收信号之间过大的相关性。在新一代移动通信系统中，MIMO技术的理论、算法和实现等都得到了广泛的研究。虽然在MIMO系统理论以及性能研究方面已有非常多的研究成果，但是由于无线移动通信中复杂的无线传播环境，因此尚有大量问题需要研究。（1）如何在宽带应用中找到一种具有优化的性能及复杂度折中的信号处理方案以实现MIMO
