主天线和分集天线_多天线技术_多天线分集接收技术(2)

早期的分集模型采用延时发送分集，这种分集的框图如图2所示。编码后的数据首先被重复一次，然后通过一个串/并转换器，分成2个完全相同的数据流。其中一数据流经过调制后直接从一个天线发送出去；另一数据流经过一个符号的延时后，再经调制从另一个天线发送出去。由于数据在2个天线上同时发送，不同的只是一路数据被延时了一个符号，所以尽管采用了延时编码，却不会存在频带效率的损失。在接收端，通过Viterbi译码可以进行解调。这种延时的分集就是空时码的雏形。可以证明当前所讲的STTC可以由延时发送分集实现。

延时分集技术的产生使人们很自然地想到，能否存在一种更好的编码方式，不需要重复编码，就能在保持同样的数据速率、不牺牲带宽的情况下获得更好的性能，这样就产生了一种新的编码方式，这就是集空分、时分、调制于一体的空时编码。

在空时编码中，STTC能够在不增加传送宽带和不改变信息速率的情况下，获得最大的编码增益和分集增益。

1.2 空间复用

系统将数据分割成多份，分别在发射端的多个天线上发射出去，接收端接收到多个数据的混合信号后，利用不同空间信道间独立的衰落特性，区分出这些并行的数据流。从而达到在相同的频率资源内获取更高数据速率的目的。空间复用与发射分集技术不同，它在不同天线上发射不同信息。

空间复用技术是在发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的空口信道容量随着天线数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率（见图3）。

使用空间复用技术时，接收端必须进行复杂的解码处理。业界主要的解码算法有迫零算法（ZF）、MMSE算法、最大似然解码算法（MLD）和贝尔实验室分层空时处理算法（BLAST）。

迫零算法，MMSE算法是线性算法，比较容易实现，但对信道的信噪比要求较高，性能不佳；MLD算法具有很好的译码性能，但它的解码复杂度随着发射天线数量的增加呈指数增加，因此，当发射天线的数量很大时，这种算法是不实用的；综合前述算法优点的BLAST算法是性能和复杂度最优的。

BLAST算法是贝尔实验室提出的一种有效的空时处理算法，目前已广泛应用于MIMO系统中。BLAST算法分为D-BLAST算法和V-BLAST算法。

D-BLAST算法是由贝尔实验室的G.J.Foschini于1996年提出的。对于D-BLAST算法，原始数据被分为若干子数据流，每个子流独立进行编码，而且被循环分配到不同的发射天线。D-BLAST的好处是每个子流的数据都可以通过不同的空间路径到达接收端，从而提高了链路的可靠性，但其复杂度太大，难以实际使用。

1998年G.D.Golden和G.J.Foschini提出了改进的V-BLAST算法，该算法不再对所有接收到的信号同时解码，而是先对最强信号进行解码，然后在接收信号中减去最强信号，再对剩余信号中最强信号进行解码，再次减去，如此循环，直到所有信号都被解出。

2002年10月，世界上第一个BLAST芯片在贝尔实验室问世，这标志着MIMO技术走向商用的开始。

1.3 波束成型技术

波束成型技术又称为智能天线，通过对多个天线输出信号的相关性进行相位加权，使信号在某个方向形成同相叠加，在其他方向形成相位抵消，从而实现信号的增益。

当系统发射端能够获取信道状态信息时（如TDD系统），系统会根据信道状态调整每个天线发射信号的相位（数据相同），以保证在目标方向达到最大的增益；当系统发射端不知道信道状态时，可以采用随机波束成形方法实现多用户分集。

2 3种技术的优缺点及应用场景

空间复用能最大化MIMO系统的平均发射速率，但只能获得有限的分集增益，在信噪比较小时使用，可能无法使用高阶调制方式（如16QAM等）。

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