MIMO-OFDM技术原理
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随着5G网络的全球部署,无线通信网络已成为数字经济发展的新基石,在现代社会中发挥重要作用。回顾无线通信技术的发展历史,信道容量与传输速率持续增长的需求给无线通信系统的设计带来了巨大的挑战,学术界针对这一挑战提出了大量令人耳目一新的技术方案。

我们知道,无线信号在无线信道环境中以多径的形式传播,无线信道环境的复杂多变使得无线信号在空域、时域、频域呈现动态衰落的特性。一方面,多径引起信号的随机衰落被视为有害因素,可能会让通信系统性能恶化;另一方面,对多径进行空间复用为提升通信系统容量提供了可能性。基于这两方面的考虑,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)和正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术成为近年来无线通信领域的研究热点。MIMO技术在收发端配置多天线,充分利用空间资源,可以在不增加频谱资源和天线发送功率的情况下成倍提高信道容量;OFDM技术将随机波动的宽带多径信道划分为若干个相互正交的平坦窄带子信道,充分利用频谱资源,具有较好的抗多径衰落能力。二者的有效结合可以克服多径效应和频率选择性衰落带来的不良影响,高效利用空间资源与频谱资源,实现信号传输的高度可靠性,提高系统容量与频谱效率。因此,MIMO-OFDM技术的提出是无线通信领域的重大突破,在先进的编码和自适应技术的支持下,它成为4G及5G系统的关键技术,广泛应用于蜂窝通信(LTE)、无线局域网(Wireless LAN)、5G NR等行业标准,搭起了通向6G系统的桥梁。

华为伴随着无线通信系统的发展而崛起,如今已是中国高科技企业的代表,引领着无线通信技术的发展与实践。本书作者华为WLAN LAB研究团队、Wi-Fi首席技术官多伦·埃兹里博士、下一代Wi-Fi研究团队负责人希米·希洛在无线通信领域深耕多年,在学术界和工业界均有较大的影响力,对MIMO-OFDM技术有着深刻的理解和感悟。基于作者多年的研发、教学和实践经验,本书高屋建瓴、逻辑清晰,以通俗易懂、深入浅出的方式介绍了MIMO、OFDM以及无线信道建模的概念与原理。本书中的推导过程步骤清晰,能够很好地引导读者理解这些技术背后的原理,也彰显了作者深厚的理论功底。本书的一大特色是附有丰富的习题和详细的解答,读者在阅读本书时,结合具体的习题可以更充分地理解MIMO-OFDM技术,同时这些习题和解答对工程实践中出现的问题也能有所启发,帮助读者找到解决的思路。

本书既是对MIMO-OFDM技术的总结,也为当前的超大规模MIMO、无蜂窝MIMO、智能反射面、非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)等5G/6G关键技术的研究提供了理论基础,相信会对无线通信领域的学术界、工业界研究人员有所裨益。

王承祥

欧洲科学院院士,东南大学教授

2021年1月