基于MIMO-OFDM系统的收发信机设计与分析

摘要

在未来的宽带无线通信系统中，存在两个严峻的挑战：多径衰落信道和低频谱效率。正交频分复用(OFDM)通过在频域内将频率选择性多径衰落信道转换为平坦信道，减小了多径衰落的影响。多入多出(MIMO)技术通过在空间产生相互独立的并行无线信道，同时传输多路数据流，能有效地提高宽带无线通信系统的传输速率，即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率。因而，在宽带无线通信系统中将OFDM 和MIMO 两种技术相结合，将能够实现更高的频谱利用率和更高传输可靠性。 本文介绍了当今无线通信的发展情况和一些极具发展潜力的新技术。在对MIMO 技术的基本原理、几种简单实用的发射分集和接收分集技术作简要介绍的基础上，对接收分集技术中的最大比率接收合并方案进行了较详细地讨论，给出了此方案的计算机仿真结果，并对仿真结果作了简要的分析。 基于MIMO 系统的收发信机，从射频硬件结构上说是一个多通道的射频收发信机。在文中详细讨论了射频收发信机中的一些关键参数(如发射功率，噪声系数，接收灵敏度等)，给出了这些参数的相关计算方法，分析了这些参数对宽带无线通信系统的工作指标影响。另外，本文从射频电路设计的角度，着重介绍了某基于MIMO-OFDM 系统的射频接收机工作原理、组成结构、工作流程及实现方法。详细讨论了射频接收机中的功率放大器、上/下变频器、低噪声放大器和TDD 开关等关键器件的设计方案。对接收机调试过程出现的问题进行详细的理论分析，并给出了具体的解决方案。 最后，对收发信机的测试结果进行了简要理论分析，将测试结果与收发信机的ADS 仿真结果进行了比较，从理论上分析存在差异的原因，对将来射频收发信机的设计、改进提出了有益的建议。