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1.無線通信中的多天線技術(shù)

       利用多天線進行無線通信的歷史可以回溯到無線通信的發(fā)展初期，馬可尼就曾經(jīng)利用多天線對抗無線通信中的衰落因素。多天線技術(shù)大體分為如下兩類：其一為利用接收多天線估計無線電信號的來波方位角，這種由于第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭需要而刺激發(fā)展的技術(shù)直接發(fā)展成為現(xiàn)代雷達技術(shù)；其二為利用多天線技術(shù)提高無線通信中的鏈路性能，如多天線接收具有空間分集效果，可以很好地對抗信道中的衰落因素。然而，利用發(fā)送多天線和接收多天線實現(xiàn)提高無線通信容量和鏈路性能卻是20世紀90年代由美國貝爾實驗室一群科學家提出的嶄新概念。

       根據(jù)發(fā)送天線和接收天線的數(shù)目，多天線系統(tǒng)分為如下幾類：多發(fā)單收(MISO),單發(fā)多收(SIMO)、多發(fā)多收(MIMO),如圖17、圖18、圖19所示。 

                                               圖17  多天線發(fā)單天線收系統(tǒng)                            圖18    單天線發(fā)多天線收系統(tǒng)

圖19多天線發(fā)多天線收系統(tǒng)

       MISO系統(tǒng)中，多個發(fā)送天線可以發(fā)送相同信號也可以發(fā)送不同信號。如果發(fā)送端發(fā)送同一信號，且已知各天線到達接收天線的信道信息，則發(fā)送端可以通過對發(fā)送信號進行相應的延時、衰落補償，使接收天線接收到的信號增強，從而提高無線傳輸鏈路的質(zhì)量。MISO系統(tǒng)可以通過調(diào)整發(fā)送端發(fā)射信號的相位和權(quán)重使接收端獲得接收增益，此時可以將發(fā)送端視為一個發(fā)送天線陣形成具有方向性的發(fā)射波束，從而獲得天線陣的增益(ArrayGain)„

       SIMO系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送的信號被多個接收天線所接收，當發(fā)送天線與各接收天線之間的無線傳輸信道獨立時，接收端各天線接收到的信號之間衰落是獨立的，通過本章前述的分集合并技術(shù)可以減小信道衰落對信號傳輸?shù)挠绊?，從而獲得接收分集增益(DiversityGain)。當接收端已知信道信息時，還可以通過補償相應的接收信號時延、權(quán)重使接收信號能量增強，即獲得天線陣增益。此外，通過多接收天線組成接收天線陣列可以對輸入電波的來波方向進行估計。

       MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射端有MT個發(fā)送天線，接收端有MR個接收天線。MIMO系統(tǒng)中，通過設計發(fā)射機和接收機技術(shù)，可以同時獲得天線陣的增益、分集增益和多路復用增益(MultiplexingGain)。多路復用增益是指MIMO系統(tǒng)中各天線的發(fā)送信號可以是多路不同信號，雖然各天線發(fā)送不同信號會使接收端的每個天線接收到的信號都是多路信號的混合，然而通過MIMO接收機可以分開多路信號，從而獲得多路復用的增益，即多路信號并行傳輸?shù)哪芰?。MIMO系統(tǒng)中的多路復用可以在不增加帶寬情形下成倍提高信號傳輸速率,獲得極高的頻譜利用率，這種特性對無線頻譜資源日益緊缺的無線通信系統(tǒng)獲得高速數(shù)據(jù)傳輸能力無疑具有重要意義。

       研究表明，MIMO系統(tǒng)中的多路復用增益與分集增益之間是一種折中關(guān)系，即如果將MIMO系統(tǒng)中的多天線完全用于獲得多路復用增益，則將降低其分集增益。以下將介紹適用于MIM。系統(tǒng)的空-時編碼，以同時獲得多路復用增益和分集增益。

2.空時編碼技術(shù)

        MIMO系統(tǒng)中，通過引入多天線，使信號傳輸從傳統(tǒng)的時-頻處理擴展到了時-空-頻處理，即多天線的引入使信號增加了空間維。空-時編碼正是聯(lián)合了信號的空間和時間設計,以獲得多天線系統(tǒng)中的分集增益和多路復用增益。空-時編碼根據(jù)編碼方式分成兩類，即空時分組碼(STBC)和空時格形碼(STTC)。

(1)空時分組碼

       下面以收發(fā)天線數(shù)都為2來說明空時分組碼的基本工作原理，設發(fā)送信號54,52,其共輒信號分別為5；,5；,通過兩根天線發(fā)送。若空時碼設計為