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MIMO-OFDM系统无线资源分配研究
（作者未知） 2010/4/27
1引言
多输入多输出（MIMO）技术在基站和终端布署多根天线来抑制信道衰落，从而大幅度地提高信道的容量、覆盖范围和频谱利用率。MIMO技术包括发射分集（Transmit Diversity）和空间复用（Spatial Multiplexing）两种技术。正交频分复用（OFDM）技术与MIMO技术的有效结合，为无线通信系统寻求更高的频谱效率及数据传输可靠性提供了基础。
与单输入单输出（SISO）系统相比，MIMO系统同样需要经受无线信道时变
特性和频率选择性衰落的影响。此外，由于不同的用户可以占用相同的时频资源，MIMO系统还可能存在同信道干扰（CCI）。在时域和频域具有快速多变特性且可能存在同信道干扰的无线信道中，如何有效地分配无线资源，使系统性能达到最优，是业界研究的热点问题。因此，研究MIMO-OFDM系统的无线资源分配具有重要意义。
2问题的提出与发展
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统，该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。
OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
在未来的宽带无线通信系统中，存在两个最严峻的挑战：多径衰落信道和带宽效率。OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效地提高了系统的传输速率，即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率。这样，将OFDM和MIMO两种技术相结合，就能达到两种效果：一种是实现很高的传输速率，另一种是通过分集实现很强的可靠性。同时，在MIMO-OFDM中加入合适的数字信号处理的算法能更好地增强系统的稳定性。
近来种种迹象表明，“无线＋宽带”已成为未来无线通信的重要卖点。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，利用时间、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。
MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然是无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。大多数研究人员认为OFDM技术是4G的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外ODFM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络(SFN)可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。
3国内外目前研究现状
3.1 PHY研究现状
当前，对MIMO-OFDM系统无线资源分配问题的研究，相当大一部分集中于物理（PHY）层。PHY无线资源分配的优化目标主要包括两种类型：
（1）比特速率最大化问题，即在额定的功率和比特误码率（Bit Error Rate，BER）范围内，如何最大化数据速率；
（2）功率最小化问题，即在额定的数据速率和BER范围内，如何最小化所有子载波上分配的功率总和。
在PHY层，无线资源分配的研究主要集中于解决子载波功率总和最小或者比特速率最大的问题，考虑的用户QoS参数较少，主要是保证用户的最小发送数据速率。这就导致系统在达到功率和比特速率优化的同时，可能使一部分数据发送时延等QoS参数以及用户公平性没有得到满足。另一方面，考虑的QoS参数单一，将导致资源分配机制无（未完，下一页）
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