二、MIMO-OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　上面已經(jīng)提到，MIMO多重天線和OFDM調(diào)制方式相結(jié)合，可以滿足非視距通信系統(tǒng)NLOS的要求?，F(xiàn)在簡單說說這種系統(tǒng)實(shí)際試用所采取的結(jié)構(gòu)。關(guān)于發(fā)送分集的方案，這里對(duì)下行通路選用“時(shí)延分集”，它裝備簡單、性能優(yōu)良，又沒有反饋要求。它是讓第二副天線發(fā)出的信號(hào)比第一副天線發(fā)出的延遲一時(shí)間。發(fā)送端引用這樣的時(shí)延，可使接收地通路響應(yīng)得到頻率選擇性。如采用適當(dāng)?shù)木幋a和穿插，接收端可以獲得“空間——頻率”分集增益，而不需預(yù)知通路情況。

　　新一代系統(tǒng)裝用了改進(jìn)的發(fā)送分集方案。它采用的空間時(shí)間編碼是不需要反饋的編碼，又采用根據(jù)通路統(tǒng)計(jì)性進(jìn)行線性預(yù)編碼，只需要很小反饋。在“空間——時(shí)間”編碼方案，同一信號(hào)經(jīng)過不同的編碼后由多副天線發(fā)送。一般可利用分組碼，在接收端用線性解碼。線性預(yù)編碼可以和“空間——時(shí)間”碼結(jié)合使用，可能比時(shí)延分集系統(tǒng)獲取2-6dB的增益，也可能比分組碼獲取3dB的增益。

　　也可能從兩副基臺(tái)天線發(fā)送兩個(gè)各自編碼的數(shù)據(jù)流。一個(gè)較高數(shù)據(jù)速率的信號(hào)可以是由低速率數(shù)據(jù)流多組成，每一低速數(shù)據(jù)流各自經(jīng)過編碼和調(diào)制，由不同的天線發(fā)送，但利用同一時(shí)間和頻率槽。在接收端，三套接收天線各自接收兩個(gè)數(shù)據(jù)流信號(hào)的線性組合，這兩個(gè)數(shù)據(jù)流已分別由不同沖擊響應(yīng)所濾波。接收機(jī)將兩個(gè)信號(hào)分開，利用空間均衡器，并經(jīng)過解調(diào)、解碼和解復(fù)接，獲取原來信號(hào)。接收天線的數(shù)目一般應(yīng)該多于獨(dú)立發(fā)送信號(hào)的數(shù)目，以期取得較好效果?；_(tái)和用戶終端各有三副接收天線，可取得接收分集的效果。利用“最大比值合并”MRC，將多個(gè)接收機(jī)的信號(hào)合并，得到最大信噪比SNR，可能有遏止自然干擾的好處。但是，在空間多工的情形，如有兩個(gè)數(shù)據(jù)流互相干擾，或者從頻率再利用的鄰近地區(qū)傳來干擾，MRC就不能起遏止作用。這時(shí)，利用“最小的均方誤差”MMSE，它使每一有用信號(hào)與其估計(jì)值的均方誤差最小，從而使“信號(hào)與干擾及噪聲比”SINR最大。上述MRC和MMSE得出軟信號(hào)估計(jì)，輸入至軟解碼器。它們的適當(dāng)運(yùn)用可能對(duì)頻率選擇性通路提供3-4dB性能增益。

　　同步是重要的，上行和下行傳輸?shù)拈_頭都有同步槽，用于傳送定時(shí)相位、定時(shí)頻率和頻率偏移估計(jì)，數(shù)據(jù)和訓(xùn)練序列都由偶數(shù)音調(diào)傳輸，而奇數(shù)音調(diào)為零。這是時(shí)域信號(hào)的重復(fù)形式，便于對(duì)上述各項(xiàng)參數(shù)作估計(jì)。獲得了同步后，可從計(jì)練音調(diào)做出定時(shí)估計(jì)。新一代無線系統(tǒng)采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼，以便提供用戶的線路參數(shù)最佳化，從而獲得最大的系統(tǒng)容量。根據(jù)用戶的SINR統(tǒng)計(jì)和QoS要求，應(yīng)能提供最佳的編碼和調(diào)制。QAM分級(jí)可從4至64，編碼可利用卷積碼和R-S碼。有些編碼，可使2MHz通路傳送數(shù)據(jù)速率1.1-6.8Mb/s。

　　三、MIMO-OFDM無線網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

　　上述無線通信網(wǎng)曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試，也曾在室外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試?；_(tái)是在一幢大樓的屋頂上架設(shè)天線，約49英尺高，覆蓋區(qū)是在半徑35英里和120度扇區(qū)范圍內(nèi)。基臺(tái)發(fā)射功率為35.5dBm，用戶終端發(fā)射功率30dBm。下行無線通路使用的中心頻率為2.683GHz，上行則為2.545GHz，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用頻帶寬度2GHz，基臺(tái)的發(fā)送和接收天線各自相隔16個(gè)和8個(gè)波長?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要是為了估計(jì)modem的性能和無線通路特性。測(cè)試時(shí)，覆蓋區(qū)內(nèi)用戶終端有固定的，也有移動(dòng)的。測(cè)試系統(tǒng)的每一收發(fā)信機(jī)各有2×3個(gè)多徑通路，因而它簡稱2×3系統(tǒng)。

　　衰落邊際的大小是決定于賴斯K因數(shù)、時(shí)延散布和天線相關(guān)性，如時(shí)延散布大，則利用OFDM提供的頻率選擇性可以降低衰落邊際要求。如沒有時(shí)延散布，又沒有天線相關(guān)性，則在通路可靠性為99.9%的情況下，2×3系統(tǒng)的衰落邊際是10dB，而1×2系統(tǒng)的是23dB，1×1系統(tǒng)的是35dB，顯示2×3系統(tǒng)的優(yōu)越性?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曾在固定的和移動(dòng)的用戶終端裝置各種天線的情況下，實(shí)際測(cè)量信噪比SNR，繪制它們隨時(shí)間變化的特性?？梢悦黠@地看到2×3系統(tǒng)接收信噪比特性曲線最高，1×2系統(tǒng)次之，而1×1系統(tǒng)最差，和我們預(yù)料的相同。

　　在同樣發(fā)射功率和99.9%通路可靠性的要求下，1×2和1×1系統(tǒng)既然要求較高的衰落邊際，那么它們的覆蓋面積也就相應(yīng)地縮小，甚至使覆蓋區(qū)半徑減小一半，面積減小至1/4。這樣，2×3、1×2、1×1系統(tǒng)的覆蓋區(qū)半徑實(shí)際上分別為4.0、2.7和1.6英里。至于通信使用的數(shù)據(jù)速率，一般地說，越靠近基臺(tái)，因路徑損耗小、SNR較大，故容許的數(shù)據(jù)速率可以較高。測(cè)試分析結(jié)果認(rèn)為：1×1和1×2系統(tǒng)的最高數(shù)據(jù)速率可以是6.8Mb/s，而2×3的可以加倍，將為13.6Mb/s。這表明，空間多工確實(shí)是有作用的。

　　總的來說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試都表明，MIMO-OFDM系統(tǒng)在通信容量覆蓋距離和可靠性方面都優(yōu)于SISO、MISO和SIMO系統(tǒng)，值得新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)考慮引用。