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在未來的寬帶無線通信系統(tǒng)中，存在兩個最嚴峻的挑戰(zhàn)：多徑衰落信道和帶寬效率。OFDM通過將頻率選擇性多徑衰落信道在頻域內(nèi)轉(zhuǎn)換為平坦信道，減小了多徑衰落的影響。而MIMO技術(shù)能夠在空間中產(chǎn)生獨立的并行信道同時傳輸多路數(shù)據(jù)流，這樣就有效地提高了系統(tǒng)的傳輸速率，即在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下增加頻譜效率。這樣，將OFDM和MIMO兩種技術(shù)相結(jié)合，就能達到兩種效果：一種是實現(xiàn)很高的傳輸速率，另一種是通過分集實現(xiàn)很強的可靠性。同時，在MIMO OFDM中加入合適的數(shù)字信號處理的算法能更好地增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
近來種種跡象表明，“無線＋寬帶”已成為未來無線通信的重要賣點。MIMO OFDM技術(shù)通過在OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實現(xiàn)空間分集，利用時間、頻率和空間三種分集技術(shù)，使無線系統(tǒng)對噪聲、干擾、多徑的容限大大增加。
為了進一步提高系統(tǒng)傳輸速率，使用OFDM技術(shù)的無線通信網(wǎng)要增加載波的數(shù)量，而這種方法會造成系統(tǒng)復雜度的增加，并增大系統(tǒng)的帶寬，這對今日的帶寬受限和功率受限的無線通信網(wǎng)系統(tǒng)就不太適合了。而MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，因此將MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合是適應下一代無線局域網(wǎng)發(fā)展要求的趨勢。
目前正在開發(fā)的設備由兩組IEEE802.11a收發(fā)器、發(fā)送天線和接收天線各兩個（2×2）、負責運算處理的MIMO OFDM系統(tǒng)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)最大108Mbit/s的傳輸速率。支持AP和客戶端之間傳輸?shù)乃俾蕿?08Mbit/s，客戶端不支持該技術(shù)時（IEEE802.11a客戶端的情況），傳輸速率為54Mbit/s。下一代無線局域網(wǎng)標準802.11n采用MIMO OFDM技術(shù)，傳輸速率高達320Mbps，凈傳輸速率為108Mbps。
長期以來，多徑干擾始終是一個難以解決的問題。一般的方法是排除干擾或變害為利。前者是設法把最強的有用信號分離出來，而排除其它路徑來的干擾信號，這就是采用分集技術(shù)的基本思想。
OFDM能夠有效地對抗多徑傳播，使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低，又加入了時間保護間隔，具有極強的抗多徑干擾能力。其多徑時延小于保護間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。
然而，對于高速無線通信，單純的OFDM系統(tǒng)對抗無線環(huán)境中的多徑衰落是不夠的，必須和MIMO技術(shù)結(jié)合起來，才能更好地發(fā)揮其功效。無線信號在復雜的無線信道中傳播產(chǎn)生Rayleigh衰落，在不同空間位置上其衰落特性不同。如果兩個位置間距大于天線之間的相關(guān)距離（通常相隔十個信號波長以上），就認為兩處的信號完全不相關(guān)，這樣就可以實現(xiàn)信號空間分集接收。MIMO技術(shù)通過空間分集消除無線傳輸中的信道衰落。MIMO OFDM技術(shù)的關(guān)鍵是能夠通過空間分集將傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中存在的多徑影響因素變成對用戶通信性能有利的增強因素。同時，在MIMO OFDM系統(tǒng)中加入合適的數(shù)字信號處理的算法能更好地增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
目前，各國模擬蜂窩移動通信已有很大發(fā)展，但仍滿足不了需求。解決移動通信的容量問題成為當務之急。采用MIMOOFDM技術(shù)是一種十分有效的手段。
MIMO技術(shù)與OFDM技術(shù)相結(jié)合是無線通信領域智能天線技術(shù)的重大突破。MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地增加通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率；而OFDM技術(shù)被普遍認為是新一代無線通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。
MIMO OFDM技術(shù)可以為系統(tǒng)提供空間復用增益，從而大大增加信道容量。MIMO技術(shù)的空間復用就是在接收端和發(fā)射端使用多個天線，充分利用空間傳播中的多徑分量，在同一頻帶上使用多個數(shù)據(jù)通道（MIMO子信道）發(fā)射信號，從而使得容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增加。這種信道容量的增加不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發(fā)射功率，因此是增加信道和系統(tǒng)容量的一種非常有效的手段。
MIMO技術(shù)在一定程度上可以利用傳播中的多徑分量，也就是說MIMO可以抗多徑衰落，但是對于頻率選擇性深衰落，MIMO技術(shù)依然是無能為力的。目前解決MIMO技術(shù)中的頻率選擇性衰落的方案可以結(jié)合OFDM技術(shù)，將頻率選擇性衰落轉(zhuǎn)換為子載波上的平坦衰落。另外，OFDM技術(shù)是4G的核心技術(shù)，而OFDM提高頻譜利用率的作用有限，在OFDM的基礎上合理開發(fā)空間資源，也就是MIMO＋OFDM，就可以提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸速率。
世界各國和各大電信廠商目前都已經(jīng)開展了新一代移動通信系統(tǒng)的研究，MIMO和OFDM的結(jié)合在提高無線鏈路的傳輸速率和可靠性方面具有巨大潛力，并會成為未來寬帶無線領域的關(guān)鍵技術(shù)。
作者：韓旭東 曹建海 來源：人民郵電報
