摘 要

本文完成了一个8天线MIMO-OFDM分集接收系统设计。采用8天线的空时分组码作为MIMO发送编码，调制方式为OFDM，信道编码采用卷积码，译码选用维特比译码。当8天线空时分组码采取实正交设计时，数字调制方式选用BPSK；当采取广义复正交设计时，数字调制方式为16QAM。对8天线空时分组码的编码和解码过程进行分析推导，同时用matlab进行编解码仿真，分析其误码率性能，同时和没有编码的时候进行比较，得到其分集增益。采用matlab进行仿真设计，对设计个各个功能模块进行编码仿真实现，设计了基于MIMO-OFDM技术的发射机和接收机，搭建一个完整的8天线MIMO-OFDM分集接收系统。

关键词：MIMO-OFDM；空时分组码；实正交设计；广义复正交设计

abstract

In this paper, I completed an 8 antenna MIMO-OFDM diversity reception system design. 8 antennas as STBC MIMO transmission coding, modulation scheme OFDM, channel coding using convolutional codes, Viterbi decoding selection. When real-time using orthogonal design empty block code, the digital modulation scheme is BPSK; when when generalized complex orthogonal design empty block code, the digital modulation scheme is 16QAM. 8 encoding and decoding process antenna STBC is analyzed to derive the same time with matlab compiled code simulation, analysis of its error rate performance, and while no coding when comparing give its diversity gain. Using matlab simulation design, the design of each functional module encodes a Simulation is designed based on MIMO-OFDM transmitter and receiver technology, to build a complete 8-antenna MIMO-OFDM diversity reception system.

Keywords: MIMO-OFDM；STBC；real orthogonal design；generalized complex orthogonal design

目录

摘要 I

abstract II

第1章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

第2章 MIMO-OFDM原理简介 3

2.1MIMO信号模型与容量 3

2.2OFDM原理 4

2.3MIMO-OFDM 5

第3章 空时分组编码原理 7

3.1Alamouti空时分组码 7

3.2正交空时分组码 8

第4章 八天线空时分组码编译码与仿真分析 12

4.1实正交空时分组码编解码 12

4.2复正交空时分组码编解码 13

4.4 简单的空时分组码译码方法 15

4.4.1 Alamouti码简单译码 15

4.4.2 8天线实正交空时分组码简单译码 16

4.4.3 8天线广义复正交空时分组码简单译码 18

第5章 MIMO-OFDM发射机设计 21

5.1简易帧结构 21

5.2训练序列TF 21

5.3数据发送处理 21

5.3.1卷积编码 22

5.3.2交织 23

5.3.3星座点映射 23

5.3.4空时分组编码 24

5.3.5反傅里叶变换IDFT 24

5.3.6加循环前缀CP 25

第6章 MIMO-OFDM接收机设计与matlab仿真 26

6.1信道 26

6.2OFDM符号同步 26

6.3数据接收处理 26

6.3.1去循环前缀CP 26

6.3.2傅里叶变换DFT 27

6.3.3信道估计 27

6.3.4空时分组码解码 27

6.3.5解星座图映射 27

6.3.6解交织 28

6.3.7卷积码译码 28

第7章 结论 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1背景与意义

1987年，第一套模拟蜂窝移动通信系统在美国贝尔实验室诞生，其后在美国进行商用，并取得了巨大成功。之后美国的AMPS制式和英国的TACS制式的移动通信系统在世界各地广泛应用，人类正式进入了移动通信时代。然而由于第一代移动通信系统采用的是模拟调制技术，多址方式为频分多址，这使其有容量低、保密性差、数据传输速率低等等缺点，所以第二代移动通信系统得到了快速的发展。由于采用了TDMA的数字调制技术，2G系统相对于前代而言，其保密性得到增强、频谱效率提高、数据传输速率显著提升。在2G时代，GSM占据了绝大部分市场份额，但是GSM系统的最高数据率只有9.6kbit/s，离数据业务的高速需求还有一段距离，需要进一步提高。随后，欧洲电信标准委员会在GSM的基础上推出了通用分组无线业务GPRS技术，即2.5G系统。该系统极大的提升了数据传输的能力，每秒最高可达171.2k比特，使得其能够支撑多种业务，满足人们的需求。随着业务的不断发展，1985年，国际电联提出了第三代移动通信系统的概念。相对于GSM而言，CDMA系统有系统容量大、语音效果好、数据率高等优点。其后，为了提供更高的数据率，3GPP提出了HSDPA/HSUPA及其演进HSPA 。然而，随着社会的不断发展进步，3G已经无法满足高数据率的要求，2000之后，3GPP等组织就开始了后3G的研究和标准化工作。在LTE之后，又提出了LTE-A，严格满足了ITU对4G标准的各项指标。下行数据率达到100M/s，上行数据率达到50M/s。相对于3G系统，4G的数据率更高、频谱效率更高、更加智能等等。4G所采用的两项基本技术为多输入多输出（MIMO）技术和正交频分复用（OFDM）技术。

多输入多输出的MIMO技术指在发射端和接收端使用多个天线的无线传输技术。通过在输入端和输出端使用多个天线，无线传输系统就可以获得空间上的自由度，从而增加空间分集增益和复用增益。在保持频谱宽度和发射功率等其他条件不变的情况下，可以显著提高数据传输速率和传输的可靠性。MIMO能够显著的提高系统容量，对于一个拥有个发射天线和个接收天线的系统而言，信道容量可以达到，其中^[1]。

OFDM指正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），它可以将频率带宽分解为N个正交的子信道，每一个子信道占有一个较窄的带宽，为原带宽的N分之一。由于每一个子信道的带宽很窄，所以每一个子信道都可以看做为一个平衰弱信道，可以很好的抵抗频率选择性衰弱。同时由于OFDM每个子载波的频率相互正交，相邻的子载波的频率有一半是相同的，所以OFDM可以显著提升频谱效率。