MIMO技術在3G演進中的應用進展

　　隨著無線通信技術的發展，人們對無線傳輸的有效性和可靠性提出了更高的要求。MIMO(多輸入多輸出)技術在無線通信鏈路兩端均使用多個天線，可以充分利用無線傳播中的多徑傳輸，使頻譜利用率和鏈路可靠性得到極大的提高。與MIMO技術緊密相關的是空時編碼。

　　一、空時編碼

　　1.分層空時編碼

　　分層空時編碼技術(LSTC)最初是由貝爾實驗室的Foschini提出來的，其基本思想是把高速數據流分為若干低速數據流，獨立地進行編碼、調制，并提供復用增益。圖1為分層空時編碼原理框圖。

分層空時編碼按發射端分路的不同方式主要有三種方案：對角分層空時編碼；垂直分層空時編碼和水平分層空時編碼。其主要差別是針對并行信道編碼器的輸出，三種方案分別按照對角線、垂直方向和水平方向進行編碼。

　　分層空時編碼的譯碼算法主要用于對抗多流干擾MSI(MultiStreamInterference)，具體實現分為最大似然譯碼算法、線性算法(如迫零算法、最小均方誤差算法)以及非線性算法(如串行干擾消除等)。最大似然譯碼算法具有最優的譯碼性能，但是算法的復雜度與發送天線數以及調制星座的點數成指數關系，不能滿足實時譯碼要求。研究表明，分層空時編碼的優勢是當接收天線數大于發送天線數時，系統容量與發射天線數成正比關系。

　　2.空時分組編碼

　　空時分組編碼(STBC)利用正交設計的原理分配各發射天線上的發射信號格式，實際上是一種空間域和時間域結合的正交分組編碼方式。通過正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著天線數目呈線性增長。

　　空時分組編碼是由Alamouti最早提出的，采用兩個發射天線和一個接收天線的系統可以得到采用一個發射天線兩個接收天線系統同樣的分集增益。圖2為Alamouti空時分組編碼原理框圖。

編碼器在每一次編碼操作中取兩個調制符號x1、x2的一個分組，并根據如下給出的編碼矩陣將它們映射到發射天線：

編碼器的輸出在兩個連續發射周期t、t+T里從兩根天線發射出去。在第一個發射周期中，信號x1和x2同時從天線1和天線2分別發射；在第二個發射周期中，信號從天線1發射，而從天線2發射。很顯然，這種方法既在 空間域又在時間域進行編碼。發射天線1和2上的發送序列分別為：

則兩個發送序列的內積為0：

　　圖3為空時分組編碼接收機原理框圖。

圖中h1、h2為信道系數，n1、n2為信道傳輸過程中引入的噪聲。假設接收機能夠完全估計信道的狀態，采用最大似然譯碼準則，可以對x1、x2獨立譯碼。因此，通過正交設計，STBC各信號在接收端可以獨立譯碼，接收機的復雜度隨著天線數目線性增長。