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浅析发射分集与接收分集技术
1概述
1.1多天线信息论简介
近年来,多天线系统(也称为MIMO系统)引起了人们很大的研究兴趣,多天线系统原理如图1所示，它可以增加系统的容量,改进误比特率(BER).然而,获得这些增益的代价是硬件的复杂度提高,无线系统前端复杂度、体积和价格随着天线数目的增加而增加。使用天线选择技术，就可以在获得MIMO系统优势的同时降低成本。

图1MIMO系统原理

有两种改进无线通信的方法：分集方法、复用方法。分集方法可以提高通信系统的鲁棒性，利用发送和接收天线之间的多条路径，改善系统的BER。在接收端，这种分集与RAKE接收提供的类似。分集也可以通过使用多根发射天线来得到，但是必须面对发送时带来的相互干扰。这一类主要是空时编码技术。
另外一类MIMO技术是空间复用，来自于这样一个事实：在一个具有丰富散射的环境中，接收机可以解析同时从多根天线发送的信号，因此，可以发送并行独立的数据流，使得总的系统容量随着min(Mτ,Mt)线性增长，其中Mτ和Mt是接收和发送天线的数目。
1.2空时处理技术
空时处理始终是通信理论界的一个活跃领域。在早期研究中，学者们主要注重空间信号传播特性和信号处理，对空间处理的信息论本质探讨不多。上世纪九十年代中期，由于移动通信爆炸式发展，对于无线链路传输速率提出了越来越高的要求，传统的时频域信号设计很难满足这些需求。工业界的实际需求推动了理论界的深入探索。
在MIMO技术的发展，可以将空时编码的研究分为三大方向：空间复用、空间分集与空时预编码技术，如图2所示。

发射机
接收机
…
…
…
…
MIMO
多天线技术
空间复用技术
(
SM
)
空间分集技术
(
空时编码
/
分集接收
)
空时预编码技术
(
波束成形
)
复用增益
分集增益
/
编码增益
天线增益
/
干扰抑制
折中
折中
提高数据速率
/
频谱效率
减小差错率
/
提高可靠性
提高数据速率
/
减小差错率

图2MIMO技术的发展
1.3空间分集研究
多天线分集接收是抗衰落的传统技术手段，但对于多天线发送分集，长久以来学术界并没有统一认识。1995年Telatarp[3]首先得到了高斯信道下多天线发送系统的信道容量和差错指数函数。他假定各个通道之间的衰落是相互独立的。几乎同时，Foschini和Gans在[4]得到了在准静态衰落信道条件下的截止信道容量(OutageCapacity)。此处的准静态是指信道衰落在一个长周期内保持不变，而周期之间的衰落相互独立，也称这种信道为块衰落信道(BlockFading)。
Foschini和Gans的工作，以及Telatar的工作是多天线信息论研究的开创性文献。在这些著作中，他们指出，在一定条件下，采用多个天线发送、多个天线接收(MIMO)系统可以成倍提高系统容量，信道容量的增长与天线数目成线性关系
1.4空时块编码(STBC)
本文我们主要介绍一类高性能的空时编码方法——空时块编码(STBC:SpaceTimeBlockCode)。
STBC编码最先是由Alamouti[1]在1998年引入的，采用了简单的两天线发分集编码的方式。这种STBC编码最大的优势在于，采用简单的最大似然译码准则，可以获得完全的天线增益。Tarokh[5]进一步将2天线STBC编码推广到多天线形式，提出了通用的正交设计准则。

2MIMO原理及方案
2.1经典最大比接收合成(MRRC)方案

图3典型2分支MRRC基带工作原理图
如图3所示，在给定的时间，一个信号被从发射机发送出去。包括发射链、空中链路、和接收链影响的信道可被塑造为由幅度响应和相位响应构成的一个复数相乘失真(畸变)。发射天线和接收天线0间的信道由表示，发射天线和接收天线1间的信道由表示，即

(1)
在两个接收机中添加上噪声和干扰。最终接收到的基带信号为:

(2)
式中和表示复值噪声和干扰。
假定和为高斯分布，在接收机，对于这些接收信号的最大似然判决规则是选择，当且仅当
,(3)
式中是信号x和y间的欧式距离的平方值，表示为
(4)
2分支MRRC的接收机合成方案是

(5)
展开式(3)并使用式(4)和式(5)，我们得到
选择，当且仅当
,(6)
或者等效为选择，当且仅当
，(7)
对于PSK信号(同等能量星座)
，(8)
式中Es是信号能量。因此，对于PSK信号，在式(7)中的判决规则或许被简化为
选择，当且仅当
，(9)
接着，最大比合成器构建出信号s0，如图1所示，最大似然检测器产生s0,它是s0的一个最大似然估计值。
2.2空时块编码(STBC)
STBC编码最先是由Alamouti引入的，理论模型如下图2.2：

图2.2Alamouti空时块编码器结构
单接收机双分支发射分集方案