MIMO天线的分集技术和波束赋形技术

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、是5G移动通信的核心技术。

分集
发射端将同一消息的一个或多个信号传递出去，在接收端将该消息的两个或多个受扰不同的信号利用选择或合并电路恢复传递消息，以获得比任何单个信号所得到的消息质量更好的技术，称为分集。MIMO信道存在的多径效应，容易引起衰落信道损耗和空间选择衰落，若无分集技术，在信噪比较小时，发射机只有提高发送功率，才能在信道情况较差时保证链路的正常连接。
分集有两重含义：一是分散传输，使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；二是集中处理，即接收机把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并（包括选柽与组合）以隆低衰落的影响。

空间分集
要求发送端或接收端配置多根天线，也称天线分集。MIMO天线利用空间分集可以使无线传输提高接收性能，因为空间分集是一种涉及空间、时间、频率、相位和编码等多种发射资源相互组合的多天线技术，是利用电磁场强随空间随机变化实现的。要求天线间距足够大。

时间分集
同一信号在不同时间多次发送，但时间间隔足够大时，每次发送信号的衰落就是相互独立的。通常要求重传时间间隔>1/(2fm)，fm是最大多普勒频移。

空时编码
空时编码是一种多天线与空间分集和时间分集相结合、空间传输信号和时间传输信号相结合，同时利用空时两维信号构造码字、提高数据传输率、实现空间分集的编码技术。空时编码在不同天线所发送的信号中引入时间和空间的相关性, 从而不用牺牲带宽就可以为接收端提供不编码系统所没有的分集增益和编码增益。它可以有效抵消衰落, 提高频谱效率。

空间复用和空间分集在技术方面要求 MIMO天线振子的间距越大越好，即要求 MIMO天线的每个振子发射的信号具有独立性和无关性，

波束赋形
多天线以受控的延迟或相位偏移来发射信号，从而创造出定向的干涉波瓣，即产生一个具有指向性的波束，将能量集中在欲传输的方向，增加信号品质，并减少与其他用户间的干扰。智能天线技术也是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效的提高天线增益，降低用户间的干扰。

参考文献：
张长青. 面向5G的有源大规模MIMO天线研究[J]. 电信网技术, 2016(9).
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