【摘 要】發(fā)射分集技術(shù)是無線通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在第三代移動通信系統(tǒng)中已經(jīng)開始普遍采用。文章討論了發(fā)射分集技術(shù)的研究背景與意義，闡述了各種發(fā)射分集技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，并且比較了各種不同發(fā)射分集技術(shù)的性能與應(yīng)用，最后對發(fā)射分集技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】發(fā)射分集 時空編碼 開環(huán)發(fā)射分集 閉環(huán)發(fā)射分集

一、發(fā)射分集技術(shù)的研究背景與意義

無線通信技術(shù)面臨的最主要問題是時變的信道衰落，這也是它和光纖、銅線通信等相比面臨的一個重要挑戰(zhàn)。在衰落環(huán)境下降低誤碼率是相當(dāng)困難的，需要發(fā)射端（基站）采用更高的功率進(jìn)行發(fā)射或者采用額外的帶寬，但這在下一代通信系統(tǒng)中都是不合適的。理論上，抵抗信道衰落的最好方法是進(jìn)行功控，也就是如果發(fā)射端預(yù)先知道信道條件，那么在發(fā)射的時候預(yù)先將信號變形來抵消衰落帶來的影響。但是這種方法需要發(fā)射端有較大的動態(tài)范圍，另外發(fā)射端也不知道信道的條件，因此在大多數(shù)散射環(huán)境中，是采用天線分集方法來抵抗信道衰落的。傳統(tǒng)的天線分集是在接收端（移動臺）采用多根天線進(jìn)行接收分集的，并采用合并技術(shù)來獲得好的信號質(zhì)量。但是由于移動臺尺寸受限，采用接收天線分集技術(shù)較困難，而且在移動臺端進(jìn)行接收分集代價高昂，增加了用戶的設(shè)備成本。從理論與實(shí)際應(yīng)用中都發(fā)現(xiàn)相同階數(shù)的發(fā)射分集與接收分集具有相同的分集增益。因此為了適應(yīng)下一代移動通信的要求，只有增加基站的復(fù)雜度，在基站端采用發(fā)射分集技術(shù)才是比較合適的方法。發(fā)射分集的概念實(shí)際上是由接收分集技術(shù)發(fā)展來的，是為減弱信號的衰落效應(yīng)，在一副以上的天線上發(fā)射信號，并將發(fā)射信號設(shè)計成在不同的信道中保持獨(dú)立的衰落，在接收端再對各路徑信號進(jìn)行合并，從而減少衰落的嚴(yán)重性。由于基站的復(fù)雜度較移動臺端限制少，且天線有足夠空間，因此通常在基站端采用多副天線進(jìn)行發(fā)射分集提高下行性能，在接收端采用一副天線進(jìn)行接收。發(fā)射分集的成本代價相對于接收分集來說，是移動通信業(yè)務(wù)運(yùn)營商和用戶所較能接受的；而且發(fā)射分集能夠?qū)崿F(xiàn)同一發(fā)射信號使多移動臺獲得發(fā)射增益（支持點(diǎn)對多點(diǎn)發(fā)射）。

二、發(fā)射分集技術(shù)分類

（一）開環(huán)發(fā)射分集

開環(huán)發(fā)射分集主要有時空發(fā)射分集、延遲分集、時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集、相移發(fā)射分集（相位結(jié)合發(fā)射分集、正交發(fā)射分集和極化分集等幾種典型技術(shù)。

（二）延遲分集

在這種發(fā)射分集技術(shù)中，發(fā)送信號依次延遲K個碼元，相當(dāng)于DS的延時，分別在（副發(fā)射天線上發(fā)射數(shù)字信號）?？偟陌l(fā)射功率均勻分配在所有天線上。對延遲的選擇應(yīng)當(dāng)使得每副天線間的信號傳輸都是不相關(guān)的，但是過長的延遲會增加接收端均衡的復(fù)雜度，并不能提高發(fā)射增益，因此通常選擇信息比特周期。

（三）時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集方法也稱為天線跳變分集

這種方式中，基站是以一個每幀固定的轉(zhuǎn)換速率將用戶的傳輸信號在兩副天線間切換發(fā)射的。

（四）相移發(fā)射分集

相移發(fā)射分集在射頻功放前將數(shù)據(jù)分成兩部分：一部分放大從天線發(fā)射，另一部分移動載波頻率接著放大從天線發(fā)射出去。這種方式中，兩副天線上使用相同的導(dǎo)頻信道和傳輸信道碼，兩副天線之間存在一個時變的相位差。

三、各類發(fā)射分集技術(shù)比較與應(yīng)用

總的來說，閉環(huán)發(fā)射分集的性能較開環(huán)發(fā)射分集的性能好。閉環(huán)發(fā)射分集中，移動臺將測量值反饋回基站，基站調(diào)整發(fā)射天線上的幅度、相位，從而最好地利用不同的發(fā)射路徑。閉環(huán)技術(shù)在付出吞吐量降低的代價后，獲得比開環(huán)分集高的增益。在第三代移動通信系統(tǒng)中，時空發(fā)射分集、時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集與發(fā)射自適應(yīng)陣列等已經(jīng)被納入標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)仿真驗(yàn)證有較高的增益。

開環(huán)發(fā)射分集技術(shù)比較，在開環(huán)發(fā)射分集技術(shù)中，時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集是最為簡單的發(fā)射分集技術(shù)，因此被用在第三代移動通信系統(tǒng)的同步信道中。時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集對于天線的選擇完全采用時間片輪詢的方式，因此非常簡單。但是它的缺點(diǎn)也在于簡單的天線選擇方法導(dǎo)致了其對功率控制會產(chǎn)生一定的影響。因功率控制需要對信噪比進(jìn)行測量，對信道進(jìn)行估計。一個好的測量需要對多個時隙的信號進(jìn)行綜合或者平均后才能得到，因此在接收端（移動臺端）進(jìn)行信道估計的時候，是對多個時隙中的導(dǎo)頻比特（導(dǎo)頻信號）進(jìn)行估計，而采用時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集后，由于不同時隙的信號是在不同天線上發(fā)射，經(jīng)歷了不同的傳輸路徑，因此在移動臺對信道進(jìn)行估計的時候，無法對一個單一的信道進(jìn)行準(zhǔn)確的估計，信道估計的性能會有所下降。因此時間轉(zhuǎn)換發(fā)射分集更適合于功率控制算法對于信噪比誤差不敏感的情況。延遲分集是時間分集與空間分集的結(jié)合，其優(yōu)點(diǎn)同樣在于實(shí)現(xiàn)比較簡單，但是它對于延遲估計誤差比較敏感，誤差帶來的性能降低有可能超過分集帶來的增益，而且這種方法在接收端由于信號延遲傳送的關(guān)系，無法實(shí)時的達(dá)到最大合并增益。因此延遲分集較適合于系統(tǒng)對于延時估計比較精確的情況。

四、結(jié)語

發(fā)射分集技術(shù)雖然已被納入國際標(biāo)準(zhǔn)中，但對它的研究尤其是時空發(fā)射分集的研究方興未艾。發(fā)射分集技術(shù)中依然有許多問題有待解決，例如功率分配問題，閉環(huán)發(fā)射分集技術(shù)中信道估計的誤差、反饋信息所帶來的延時等問題，使系統(tǒng)性能有不同程度的惡化；此外非常重要的一點(diǎn)是，在發(fā)射分集中，由于采用了多副天線進(jìn)行傳輸，因此發(fā)射信號在傳輸中會相互干擾，如何消除或者利用這些干擾是嶄新的課題。這些問題的解決將給發(fā)射分集技術(shù)的應(yīng)用帶來更光明的前景。

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