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随着人们对带宽需求的日益增长,移动通信技术已经进入4G时代,低时延、高速率、全IP化等成为了4G移动通信的技术特征。MIMO技术作为LTE标准中的关键技术,与OFDM技术相结合,可以有效地提高系统的可靠性和系统的传输速率。面对高速率传输业务,尤其是视频业务的增长,MIMO空间复用技术成为了解决宽带问题的关键技术之一。本文基于GNU Radio和USRP软硬件平台,结合3GPP R9标准,设计实现了LTE下行2×2 MIMO空间复用系统。首先介绍了MIMO技术的基本原理及分类,包括传输分集技术和空间复用技术,并从理论上给出了MIMO技术提高系统容量的证明。传输分集技术采用了空频分组码编码方式,空间复用技术则采用了大延时循环延迟分集(Cyclic Delay Diversity,CDD)的编码方式,本论文对这两种方案都做了介绍。论文随后详细阐述了LTE下行MIMO空间复用技术的具体设计和实现。在现有的LTE单发单收模式的基础上,重新设计了MAC层传输块调度方案,由原先的1个调度时间内发送1个传输块,改为一个调度时间内发送2个传输块。PDSCH信道采用了大延时CDD的方法实现了数据信道的空间复用,PBCH/PCFICH/PDCCH信道则采用了空频分组码的编码方式。通过采用传输分集和空间复用技术相结合的方法,既能保证系统的可靠性,又能提高系统的传输速率,充分发挥了多天线技术的优势。接收端通过提取其中一路天线上的信号进行信号同步,减少了计算复杂度,由于两路天线上参考信号映射位置不同,可解出收发天线间的四个信道传输系数,进行信道的均衡,系统从两天线接收的信号中提取PBCH/PCFICH/PDCCH上的数据,根据PBCH信道CRC掩码的不同获得天线端口数,对PCFICH/PDCCH进行SFBC解码获得下行控制信息,最后对PDSCH上的数据进行空间复用解预编码获得两路数据,合为一路后传到链路层。本论文最后在仿真环境和实际无线信道环境下对空间复用模式进行了测试,同时与单发单收模式、传输分集模式作对比分析。测试结果表明,LTE传输分集模式误包率最低,其次是LTE空间复用模式,两种模式较单发单收模式误包率均可降低1个数量级。LTE单发单收模式、LTE传输分集模式在播放高速率视频时均会出现画面模糊、视频卡顿等现象,LTE空分复用模式则可以将传输速率提高到单天线模式的2倍,清晰流畅地播放视频。