MIMO-OFDM中怎样处理多径效应？？

麻子来了 2016-08-23 10:21:49

多径效应对信号到底有什么影响？（从时域和频域上）
OFDM是怎么处理多径效应的？OFDM有多个子载波，每个子载波都会受到多径影响吗？

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Wi-Fi研习者 2016-09-14

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MIMO处理多径和OFDM处理多径两个需要分开来看，存在一些区别，具体在MIMO-OFDM系统中，可能两个的方法有交替使用，但是从技术的角度而言，两个初期分开来看比较好。 OFDM处理多径是避免多径影响，在OFDM symbol中的首部会添加上循环前缀CP，该循环前缀实际上是一段保护间隔，其时间是大于最小多径时延扩展。多径效应在OFDM系统中所带来的最大问题就是，时域的码间串扰和频域的频率偏移，码间串扰就是因为加入了CP这个保护间隔，所以能够避免第一个symbol的多径版本落入第二个symbol中，从而避免码间串扰。而频率偏移一般是通过训练序列完成的。 MIMO处理多径一般是利用多径，实际上是分集技术。无论是发送分集（STBC，beamforming之类）还是接收分集（MRC之类），其都是基于天线较多，有多个信号，从而综合这个几个信号的整体，将多径中，相同的部分组合起来，从而让信噪比最大化，从而利用多径提高信号质量。

OFDM技术在无线通信中的应用，刘军辉，，OFDM是一种无线环境下的高速传输技术，适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。它能有效对抗多径效应，消除符��

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA（Direction of Arrinal），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。智能天线潜在的性能效益表现在多方面，例如，抗多径衰落、减小时延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、减小中断概率、改善BER（Bit Error Rate）性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的越区切

一、5G技术的发展简介2018年6月，5G NR独立组网标准冻结，标志着5G时代的来临。5G仅仅是比4G的网速更快吗？绝非如此。5G不仅提供了极高的网速，而且将网络时延、可靠性、容量等性能大幅提升，使得5G成为一个万物互联的平台，从而可以极大地推动大量相关产业的发展。中国信息通信研究院在其研究报告中称：“第五代移动通信技术（5G）正在阔步前行，它将以全新的网络架构，提供至少十倍于4G 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。”中国电信在其《5G技术白皮书》中也写道：“5G将是引领科技创新、实现产业升级、发展新经济的基础性平台”。由此可以看到，5G技术的应用，将不再局限于用户间的通信联系以及个人用户的信息获取，而是渗透到了诸多行业，满足各种行业应用的通信需求，从而推动整个社会的智能化进程，这将是一场广泛而深刻的通信变革。二、本课程的特色这门课程，是我花费了大量的时间，在阅读了大量的资料的基础上，精心编写、录制而成的。这门课程的目标人群是那些已经有了一定的移动通信知识，但对5g网络尚未有系统了解和掌握的朋友们。在编写课件的过程中，我力争做到深入浅出，既能把技术问题探讨到一定的深度，不流于肤浅，又能易于理解，避免晦涩难懂。从内容的选择上，我力争做到全面而系统，对于5G的组网策略、核心网、接入网、承载网、网络切片技术、大规模MIMO和移动边缘计算等内容都纳入了课程内容。如果各位认真地学完这门课程，我想您会对5G移动通信技术有一个相当程度的了解和掌握，您会感到“课有所值”。三、本课程主要内容本课程包括八个方面的内容：1、从1G到5G在这一部分主要讲述了蜂窝移动通信系统的基本概念，1G、2G、3G、4G和5G移动通信系统的特点、发展演变的过程，以及5G的三大应用场景—eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量大连接）、URLLC（低时延高可靠），并以VR/AR（虚拟现实/增强现实）、智能家居、农业传感、智能制造、自动驾驶等具体应用来说明5G在垂直行业的应用场景。2、5G的独立组网和非独立组网模式主要讲述5G的组网方案，包括独立组网的2种模式和非独立组网的3个系列8种模式。课程中对各种组网方式的网络结构、优缺点、对业务的支持情况等进行了详细的分析，讲解了双连接、用户面、控制面、锚点等概念，并且对目前5G网络运营商如何选择各种组网模式进行了介绍。3、5G核心网解析主要讲述5G核心网SBA（基于服务的架构）、网络功能虚拟化、微服务、NF的调用、CUPS（控制面和用户面分离）、网络切片等内容，课程中对5G核心网的总体结构和各个NF（NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM、AUSF、AMF、SMF、UPF）的作用都进行了讲解。4、5G接入网架构在这一部分，首先为大家回顾了从2G到4G接入网的发展过程，简述了它们各自的结构和特点。接下来，重点讲解了5G接入网的总体架构，CU、DU、AAU的作用，以及它们之间的功能划分。最后介绍了5G标准支持的多种接入网设备部署方案，包括CU/DU合设的两种方案和CU/DU分设的两种方案，以及它们各自的特点和适用场景。5、5G承载网作为移动通信网的三大子网之一，5G时代的承载网同样需要向前演进。这部分课程首先讲解了5G网络对承载网在带宽、时延、时间同步和网络切片等方面的性能需求。在参考大量文献资料的基础上，我尽量将这些性能需求量化，以期达到能够对实际工作起到指导和参考的作用。在带宽需求方面，针对前传、中传和回传网，分别给出了带宽需求的范围。接下来，课程讲解了5G承载网的技术实现方案，包括前传网的三种技术方案：光纤直连、无源WDM和有源OTN，以及中传和回传网络的通用分层结构、PAM4技术、FLEX-E技术、SR技术等，并介绍了中国移动、中国电信和中国联通的5G中、回传网技术方案：SPN（切片分组网络）、M-OTN（面向移动承载优化的OTN）和IP RAN增强，讲解了这三种技术的发展由来和技术特点。6、MIMO及大规模MIMO技术这一章包括四个部分的内容。第一部分是MIMO技术的原理，主要讲述了MIMO技术的基本概念、历史发展、对网络性能的改善（提高系统容量、对抗多经衰落、降低系统内干扰）等。第二部分讲MIMO技术的应用，主要包括MIMO技术的三种应用方式—空间复用、传输分集和波束成形的技术特点和优势，以及MIMO技术在WLAN、3G、B3G和4G系统的应用。第三部分讲解大规模MIMO技术的原理，包括它的技术特点、对系统性能的改善（信道容量大幅增加、波束更窄、系统内干扰更低、可实现3D波束赋形）以及它的缺点（算法复杂度高等）。第四部分是大规模MIMO技术的应用，主要介绍了它在4G和5G网络的应用，分析了大规模MIMO技术对4G网络容量提升的实测结果。7、5G网络切片技术这一章首先介绍了在5G网络中引入网络切片技术的必要性，以及网络切片技术的定义等内容，然后讲解了实现网络切片的技术基础。网络切片的实现，需要两个主要的技术来支撑，一个是NFV（网络功能虚拟化），另外一个是SDN（软件定义网络），课程中对这两项技术进行了比较详细的介绍。最后讲述了5G网络切片的实现，内容包括核心网切片、接入网切片以及承载网切片的实现，涉及到网络切片的选择、GROUP A、B、C三种切片构成方式、子载波间隔的选择等内容。8、5G与移动边缘计算这一章首先介绍了MEC（移动边缘计算）的起源和发展，追溯了IBM与诺基亚西门子开发的最早的MEC，ETSI在MEC方面的工作，以及3GPP在4G和5G标准中关于MEC的相关内容。接下来，讲解了MEC在5G网络的部署，包括边缘级、区域级和地区级MEC三种部署方式以及它们的适用场景。最后列举了一些具体的应用场景来说明MEC的应用情况，包括视频优化加速、车联网、VR直播和视频优化分析。四、讲师简介老铁于1991年毕业于南开大学电子系。从1994年开始，进入移动通信行业，先后在摩托罗拉公司、中国联通和中国电信的省级公司工作。2011年进入高校，从事移动通信相关课程的教学工作。在联通和电信工作期间，老铁从事过移动通信网络的建设、规划、优化等工作，可以说在移动通信网络技术方面积累了比较丰富的知识和经验。在联通工作期间，参加过许多技术项目，也获得了一些奖项，包括中国通信标准化协会颁发的科学技术奖一等奖、信息产业部颁发的“CDMA网络创新贡献”奖，以及中国联通的“科技进步奖”三等奖。

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向DOA（Direction of Arrinal），旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。智能天线潜在的性能效益表现在多方面，例如，抗多径衰落、减小时延扩展、支持高数据速率、抑制干扰、减少远近效应、减小中断概率、改善BER（Bit Error Rate）性能、增加系统容量、提高频谱效率、支持灵活有效的越区切

随着通信技术的飞速发展，未来无线通信要求有更快的数据传输速率、更高的频谱利用率和更高的通信质量。正交频分复用(OFDM)技术具有高频谱效率和较强的抗多径干扰能力，多输入多输出(MIMO)技术可以在不增加额外发射功率的前提下极大地提高通信系统的频谱效率和通信链路的可靠性，它们已成为未来无线移动通信(如LTE、4G、UWB等)的关键技术。　　在OFDM通信系统中，通常将循环前缀(CP)插入到OFDM符号之前作为保护间隔以消除无线多径衰落信道造成的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)，为了最大限度地消除ISI和ICI，一般要求CP长度大于信道冲激响应长度。由于无线信道的复杂性，在很多情况下，信道时延扩展很长而导致系统CP的长度不足，因此需要引入信道缩短均衡器(CSE)来缩短信道时延扩展长度，进而实现使用更短的CP来消除ISI和ICI，降低由CP所造成的带宽和功率的损失。现有的信道缩短均衡算法(如MMSE算法、MSSNR算法、MGSNR算法、MBR算法及Min-ISI算法等等)都定义了一个时延为△，长度为v+1的能量窗，其最优目标函数值都是在遍历最佳时延后得到的，通常最佳时延大于零。本文通过理论与仿真证明了，对于实际的无线OFDM系统而言，最佳时延应为0。常规信道缩短均衡器中遍历最佳时延的操作不仅增加了算法的复杂度，而且还导致无法彻底去除ISI，降低了系统的性能。　　目前，信道缩短均衡器的设计与算法大多是针对有线通信系统(如DSL，DMT)的信道特性提出的，其信道模型是零极点的系统模型，信道缩短均衡算法需要对系统的零点和极点都进行优化处理；即使是针对无线通信系统提出的MBER算法也并未考虑无线通信系统的信道特性。针对实际无线信道的特点，设计了一种基于零点消除的无线OFDM信道缩短均衡器，该接收均衡器利用零点消除的方式有效地缩短信道时延扩展长度，并采用反馈滤波器的形式来实现无限冲激响应滤波器。该方案不仅降低了信道缩短均衡器算法的复杂度，而且也大大简化了无线OFDM系统的设计与实现。仿真结果验证了该方案和算法的有效性。　　在时分双工(TDD)无线通信中，上行链路和下行链路采用相同的载频，当移动终端的速度不大时可以采用上行链路的信道估计参数，对下行的数据进行预均衡处理。预均衡技术不但可以使OFDM系统更灵活有效地选择调整下行链路系统参数(如带宽、子载波分配等)，而且可以大大简化移动终端接收机的设计。本文设计了一种简单的发射机信道缩短预均衡器，并分析了预均衡器的性能。理论和仿真结果表明，由于没有接收机端的噪声增强效应，发射机预均衡器的性能要优于接收机均衡器。　　 MIMO技术通过在通信系统的发射端和接收端同时配置多根天线，可以在不增加额外发射功率和带宽的前提下极大地提高通信系统的频谱效率和通信链路的可靠性。MIMO技术与OFDM技术的结合可以克服频率选择性衰落、增加系统容量和提高频谱利用率，是未来无线通信技术研究的热点。MIMO-OFDM系统中利用CP来消除OFDM系统的ISI和ICI，但CP过长会降低数据传输速率，增加系统复杂度。因此在ISI严重的MIMO信道，需要信道缩短均衡器来降低CP的开销。现有的信道缩短均衡器大多是针对单输入单输出(SISO)系统设计的，很少有针对MIMO系统的。针对无线MIMO-OFDM系统的特点，本文设计了一种信道缩短均衡器，它能有效缩短MIMO信道长度，且具有较低的计算复杂度。仿真结果表明，设计的信道缩短均衡器能有效地降低系统的误码率。

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