为了能够像有线通讯网那样让通讯用户方便地接入因特网和完成多媒体通讯事务，无线通讯网也要建成宽带网和供给杰出的事务质量（QoS），以习惯移动通讯开展的要求。无线通讯所运用的无线电频段一般在2-5GHz规模，以期取得较好的电波传达特性和较低的射频设备本钱。这样宽带的光线通路一般对错视距传输的信道（NLOS），有必要能够免予遭受时刻和频率的挑选性式微的危害。
第四代蜂窝网4G将是满意这些要求的宽带无线通讯网。它们应能在蜂窝区规模内有杰出的掩盖面，每一区内至罕见90%的移动用户对通讯满意，并且有99.9%的传输牢靠性，数据通讯的速率峰值能够高于1Mb/s，具有较高的频谱运用功率，大于4b/s/Hz。为了满意这些较高的要求，最近有研讨单位采纳了两种技能：一是“多输入和多输出天线”MIMO，二是“正文频分多路调制”OFDM。
在发送端和接纳端各设置多重天线，能够供给空间分集效应，战胜电波式微的不良影响。这是由于组织恰当的多副天线供给多个空间信道，不会悉数一起遭到式微。在上述详细试验体系中，每一基台各设置2副发送天线和3副接纳天线，而每一用户终端各设置1副发送天线和3副接纳天线，即下行通路设置2×3天线、上行通路设置1×3天线。这样与“单输入/单输出天线”SISO比较，传输上取得了10～20dB的优点，相应地加大了体系容量。并且，基台的两副发送天线于必要时能够用来传输不同的数据信号，用户传送的数据速率能够加倍。
正交频分多路OFDM体系优于传统单个载波之处，是由于一个宽带信号分在多个窄带载波传送，能够防止每载波饱尝不同的多途径传达影响，又能够省掉杂乱的均衡器设备，这就有利于较高数据速率的传送。如OFDM选用一些编码和交叉的办法，它还能起到频率分集的效果。OFDM体系一般要求发送端和接纳端运用“快速傅氏改换”FFT。
还有一些重要规划是自习惯调制和编码，它容许不同的数据速率指定给不同的用户，依它们的通路状况而定。由于通路状况随时刻改变，接纳机搜集一套通路计算特性，供发送端和接纳端运用，使调制编码、信号带宽、信号功率、预选周期、通路估量滤波器和主动增益操控等体系参数最佳化。当然，还有必要有用地规划“前言接入操控”MAC，以期在有损耗的无线通路上取得牢靠的传输功能，让TCP/IP规约有用地运用，这儿可考虑“主动重复传输和分层”办法ARQF。这是在发送端把各数据分组再分红较小的分组，顺次在通路上向前传输。如果在接纳端有一小分组没有正确送到，就告诉发送端从头再发。实践上，这种ARQ的效果相当于“时刻分集”，藉以战胜噪声、搅扰和式微等不良影响。事务质量QoS总的意图是要牢靠地取得每一通讯用户长期运用感到满意。
一、MIMO-OFDM规划要素
宽带无线通讯网的信号传送首要遇到的问题是多途径电波传达。就是说，蜂窝网基台向移动用户终端发送的无线电波，常常遇到许多不同的障碍物，比如楼房修建、大树、低层住宅以及轿车等等的折射，先后抵达接纳终端。这些都是杂乱的“非视距”NLOS传达，而不是单纯的点与点间的视距LOS传输。因此，在规划无线网时，应依据这些非视距传达的特色，采纳相应有用的对策。
特别关于通路色散、k因数、多普勒、交叉偏振、天线相关性等等，应加以密切注意，需求详细考虑射频及硬件，数/模和模/数转化器和其时钟、升频和降频转化振荡器、以及各种器材的线性和动态规模等问题。在非视距通路，因传输旅程中近的和远的修建物都会对无线电波发生反射，到了接纳端就会引起通路色散。它由根均方时延分布标明，随间隔而加大。它跟着环境、天线束射宽度和天线高度而改变，典型的色散值是在0.1～5μs规模以内。这类无线通路的式微信号巨细是依从“赖斯”（Rice）分布规则，取决于固定通路重量功率Pc与散射通路重量功率Ps两者之比，Pc/Ps，称为“赖斯”k因数。Pc=O即k=0时发生的是最坏的式微，其分布称为“赖斯”分布。K因数是体系规划的重要参数，由于它与一般深度式微的概率有关。为了牢靠的通讯，不管固定的、仍是移动的通讯体系，在规划时都应考虑这种最严峻的“瑞利”（RayLeigh）式微。
在固定无线通路和移动无线通路都会呈现多普勒（Doppler）现象，但两者的多普勒频谱不同。固定无线通路的多普勒频率规模为0.1-2Hz，其频谱形状近于指数律或圆形角。而在移动无线通路，多普勒频率约100Hz，并且具有“杰克”（Jake）频谱。所谓交叉偏振辨别XPD，是指同类偏振与交叉偏振两种均匀接纳功率之比。XPD标明两种运用不同偏振取向的传输通路的间隔。XPD越大，则两个通路耦合的能量越小。传输间隔越长，XPD体系都很重要。如相关系数值较高，例如大于0.7，则分集和多工增益值都将明显减小，如相关值为1，则分集增益值减至0。实践运用一般采纳较低的相关系数。如基台和接纳天线的构形挑选恰当，相关系数较低，约在0.1-0.5规模内。
除了上述关于无线通路特性的实践考虑外，还有射频和硬件的问题很重要，在宽带无线数据体系规划时有必要妥慎考虑。无线体系往往与其他通讯体系一起运用，发信机的发射特性应该考虑到不阻碍其他体系的正常运用，而收信机的检测特性应该有才能忍耐不良的搅扰信号影响。设备硬件如发生畸变，必将下降整个通路的功能。在通路自身状况正常时，硬件畸变将终究决议通路的最好功能。
在MIMO体系运用空间分集方法时，硬件的信号与噪声畸变比SNDR要求与数据速率较低的SISO体系比较，只能进步很少几个dB。另一方面，因有用数据速率按对数随同SNDR添加，平等数据速率的SISO体系要求硬件功能按指活络律进步。并且，关于MIMO运用于分集状况的状况，硬件要求能够比SISO体系的低，由于分集各路的畸变一般是互不相关的。这样，在2-5GHz频段运用的线设备硬件，有或许运用集成电路片制成，使本钱下降。如发信和接纳两头的一切畸变都考虑到，就或许取得30dB的SUDR。有了这样大的SNDR，就或许让MIMO发送端运用64路正交调幅（QAM）。
宽带无线体系的发送端和接纳端有许多发生畸变的源，最首要是来自数/模和模/数转化器（DAC/ADC）的信号混合器，它们饱满运用时将发生畸变和噪声，需求满意的电平操控加以抑止。两种转化器的钟使发送端和接纳端的取样时刻不均匀间隔。尽管接纳端的守时盯梢环路用于抵挡时钟漂移，但剩下的守时相位噪声颤动将引起剩下的信号与畸变比SDR。为了保证SDR大于30dB，守时颤动的根均方值有必要小于数据速率的1%。升频和降频转化器都会引起频率漂移，然后加大相位噪声。虽有相位盯梢环路，但如相位噪声大于OFDM腔调宽度的1%，则其积分有必要小于-30dB，以期SDR大于30dB。
总归，一切硬件都将引起噪声，信号处理的规模应该有必定极限，以保证没有明显的畸变。对此，有必要装用功率操控和主动增益操控，使信号电平满意大于硬件噪音、但不让器材饱满。OFDM信号与其它高功能调制比较较，有稍高的峰值与均值之比PAR并且需求特别看管。OFDM的动态规模和线性要求，能够要特别看管。OFDM的动态规模和线性要求，能够做得与单载波调制在减小PAR时的状况相仿。
二、MIMO-OFDM体系结构特色
上面现已说到，MIMO多重天线和OFDM调制方法相结合，能够满意非视距通讯体系NLOS的要求。现在简略说说这种体系实践试用所采纳的结构。关于发送分集的计划，这儿对下行通路选用“时延分集”，它配备简略、功能优秀，又没有反应要求。它是让第二副天线宣布的信号比榜首副天线宣布的推迟一时刻。发送端引证这样的时延，可使接纳地通路呼应得到频率挑选性。如选用恰当的编码和交叉，接纳端能够取得“空间——频率”分集增益，而不需预知通路状况。
新一代体系装用了改善的发送分集计划。它选用的空间时刻编码是不需求反应的编码，又选用依据通路计算性进行线性预编码，只需求很小反应。在“空间——时刻”编码计划，同一信号通过不同的编码后由多副天线发送。一般可运用分组码，在接纳端用线性解码。线性预编码能够和“空间——时刻”码结合运用，或许比时延分集体系获取2-6dB的增益，也或许比分组码获取3dB的增益。
也或许从两副基台天线发送两个各自编码的数据流。一个较高数据速率的信号能够是由低速率数据流多组成，每一低速数据流各自通过编码和调制，由不同的天线发送，但运用同一时刻和频率槽。在接纳端，三套接纳天线各自接纳两个数据流信号的线性组合，这两个数据流已分别由不同冲击呼应所滤波。接纳机将两个信号分隔，运用空间均衡器，并通过解调、解码宽和复接，获取本来信号。接纳天线的数目一般应该多于独立发送信号的数目，以期取得较好效果。基台和用户终端各有三副接纳天线，可取得接纳分集的效果。运用“最大比值兼并”MRC，将多个接纳机的信号兼并，得到最大信噪比SNR，或许有抑止天然搅扰的优点。可是，在空间多工的景象，如有两个数据流相互搅扰，或许从频率再运用的邻近地区传来搅扰，MRC就不能起抑止效果。这时，运用“最小的均方差错”MMSE，它使每一有用信号与其估量值的均方差错最小，然后使“信号与搅扰及噪声比”SINR最大。上述MRC和MMSE得出软信号估量，输入至软解码器。它们的恰当运用或许对频率挑选性通路供给3-4dB功能增益。
同步是重要的，上行和下行传输的最初都有同步槽，用于传送守时相位、守时频率和频率偏移估量，数据和练习序列都由偶数腔调传输，而奇数腔调为零。这是时域信号的重复方式，便于对上述各项参数作估量。取得了同步后，可从计练腔调做出守时估量。新一代无线体系选用自习惯调制和编码，以便供给用户的线路参数最佳化，然后取得最大的体系容量。依据用户的SINR计算和QoS要求，应能供给最佳的编码和调制。QAM分级可从4至64，编码可运用卷积码和R-S码。有些编码，可使2MHz通路传送数据速率1.1-6.8Mb/s。
三、MIMO-OFDM无线网的现场测验
上述无线通讯网曾经在试验室进行仿真试验测验，也曾在室外现场进行测验。基台是在一幢大楼的屋顶上架起天线，约49英尺高，掩盖区是在半径35英里和120度扇区规模内。基台发射功率为35.5dBm，用户终端发射功率30dBm。下行无线通路运用的中心频率为2.683GHz，上行则为2.545GHz，数据事务占用频带宽度2GHz，基台的发送和接纳天线各自相隔16个和8个波长。现场试验首要是为了估量modem的功能和无线通路特性。测验时，掩盖区内用户终端有固定的，也有移动的。测验体系的每一收发信机各有2×3个多径通路，因此它简称2×3体系。
式微边沿的巨细是决议于赖斯K因数、时延分布和天线相关性，如时延分布大，则运用OFDM供给的频率挑选功能够下降式微边沿要求。如没有时延分布，又没有天线相关性，则在通路牢靠性为99.9%的状况下，2×3体系的式微边沿是10dB，而1×2体系的是23dB，1×1体系的是35dB，显现2×3体系的优越性。现场测验曾在固定的和移动的用户终端装置各种天线的状况下，实践丈量信噪比SNR，制作它们随时刻改变的特性。能够明显地看到2×3体系接纳信噪比特性曲线最高，1×2体系次之，而1×1体系最差，和咱们意料的相同。
在相同发射功率和99.9%通路牢靠性的要求下，1×2和1×1体系已然要求较高的式微边沿，那么它们的掩盖面积也就相应地缩小，乃至使掩盖区半径减小一半，面积减小至1/4。这样，2×3、1×2、1×1体系的掩盖区半径实践上分别为4.0、2.7和1.6英里。至于通讯运用的数据速率，一般地说，越接近基台，因途径损耗小、SNR较大，故容许的数据速率能够较高。测验剖析成果以为：1×1和1×2体系的最高数据速率能够是6.8Mb/s，而2×3的能够加倍，将为13.6Mb/s。这标明，空间多工确实是有用果的。
总的来说，试验成果和现场测验都标明，MIMO-OFDM体系在通讯容量掩盖间隔和牢靠性方面都优于SISO、MISO和SIMO体系，值得新一代宽带无线移动通讯网考虑引证。
