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1.無線通信中的多天線技術(shù)

       利用多天線進(jìn)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(duì)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(jì)無線電信號(hào)的來波方位角，這種由于第二次世界大戰(zhàn)期間戰(zhàn)爭(zhēng)需要而刺激發(fā)展的技術(shù)直接發(fā)展成為現(xiàn)代雷達(dá)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(duì)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(shí)現(xiàn)提高無線通信容量和鏈路性能卻是20世紀(jì)90年代由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室一群科學(xué)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(gè)發(fā)送天線可以發(fā)送相同信號(hào)也可以發(fā)送不同信號(hào)。如果發(fā)送端發(fā)送同一信號(hào)，且已知各天線到達(dá)接收天線的信道信息，則發(fā)送端可以通過對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的延時(shí)、衰落補(bǔ)償，使接收天線接收到的信號(hào)增強(qiáng)，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(hào)的相位和權(quán)重使接收端獲得接收增益，此時(shí)可以將發(fā)送端視為一個(gè)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(hào)被多個(gè)接收天線所接收，當(dāng)發(fā)送天線與各接收天線之間的無線傳輸信道獨(dú)立時(shí)，接收端各天線接收到的信號(hào)之間衰落是獨(dú)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(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，從而獲得接收分集增益(DiversityGain)。當(dāng)接收端已知信道信息時(shí)，還可以通過補(bǔ)償相應(yīng)的接收信號(hào)時(shí)延、權(quán)重使接收信號(hào)能量增強(qiáng)，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(duì)輸入電波的來波方向進(jìn)行估計(jì)。

       MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射端有MT個(gè)發(fā)送天線，接收端有MR個(gè)接收天線。MIMO系統(tǒng)中，通過設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)技術(shù)，可以同時(shí)獲得天線陣的增益、分集增益和多路復(fù)用增益(MultiplexingGain)。多路復(fù)用增益是指MIMO系統(tǒng)中各天線的發(fā)送信號(hào)可以是多路不同信號(hào)，雖然各天線發(fā)送不同信號(hào)會(huì)使接收端的每個(gè)天線接收到的信號(hào)都是多路信號(hào)的混合，然而通過MIMO接收機(jī)可以分開多路信號(hào)，從而獲得多路復(fù)用的增益，即多路信號(hào)并行傳輸?shù)哪芰?。MIMO系統(tǒng)中的多路復(fù)用可以在不增加帶寬情形下成倍提高信號(hào)傳輸速率,獲得極高的頻譜利用率，這種特性對(duì)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(fù)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(fù)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(shí)編碼，以同時(shí)獲得多路復(fù)用增益和分集增益。

2.空時(shí)編碼技術(shù)

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

(1)空時(shí)分組碼

       下面以收發(fā)天線數(shù)都為2來說明空時(shí)分組碼的基本工作原理，設(shè)發(fā)送信號(hào)54,52,其共輒信號(hào)分別為5；,5；,通過兩根天線發(fā)送。若空時(shí)碼設(shè)計(jì)為