无线通信智能天线技术的未来发展趋势

形相结合的混合机制。这些预编码在优化某个标准时都利用了有效的CSI。

在SIMO或者MIMO通信链路的接收端，接收机或者均衡器利用多径信号重构发射信号。在非频率选择SIM0信道下，最优接收机制是进行最大比合并(MRC，MaximumRatioCombining)；而对于频率选择SIMO信道，最优接收机制是ML检测，但它是非线性的，其复杂度与天线数目成指数关系(可以用线性译码器来代替，但是性能会有所下降)。ZF均衡器通过信道的逆可以消除符号间干扰(ISI，InterSymbolInterference)，但是其代价是对噪声产生了放大。MMSE接收机可以在噪声放大和ISI消除之间进行折衷。基于判决反馈的一种次优非线性机制判决反馈均衡(DFE，Decision Feedback Equalizer)可以用于改善线性均衡器的性能，它通过反馈滤波器将以前符号产生的部分ISI从目前的符号中消除。ML和线性均衡都可以扩展到MIMO信道中，与MIMO接收机相关的问题就是多流干扰(MSI，Multistream)的存在。MSI会导致多个数据流之间的相互干扰。非线性连续抵消均衡器或者V-BLAST均衡器可以将MIMO信道转换成一些并行信道，但是该机制可能存在差错传播现象。

在多用户情况下，由于基站与共享有效资源(频率、时间、码字等)的多个用户进行通信，因而此时设计智能天线是有一定难度的，因为它的目的是要优化干扰的影响，而这些干扰主要依赖采用特定的多址方式。

下面介绍在多用户MIMO系统中，CSI在基站已知时的几种线性和非线性处理技术。Tomlinson-Harashima预编码是一种非线性预编码机制，它最初应用于SIS0多径信道，用于克服DFE产生的差错传播问题。

块对角化(BD，BlockDiagonalization)是多用户MIMO系统中的一种线性预编码技术。它把多用户MIM0下行信道分解为多个并行独立的单用户MIMO下行信道。对于信道估计差错，BD比非线性技术具有更好的健壮性。在发射端发射的每个用户的信号都用一个调制矩阵表示，该矩阵是其他用户信道矩阵的零空间，这样该用户对其他用户的干扰就是零。在每个用户获得任意速率的约束下，为了得到所需发射功率最小解的封闭形式，零干扰条件可以放宽，这种算法称为连续优化(SO，SuccessiveOptimization)算法，它比在低SNR时任何其他BD解的性能都好。

描述智能天线收发机特征的性能度量为均方误差(MSE，MeanSquareError)、SNR、误比特率(BER，BitError Rate)、可达吞吐量、需要的发射功率和信道容量。发射和接收机制都是根据这些标准进行优化的。

总之，设计MIMO收发机要特别关注以下4个关键参数：

(1)在发射端和接收端CSI的可靠性。

(2)发射信号的特征(调制、复用和训练信息)。

(3)要优化的性能度量。

(4)计算复杂度的大小。

3、智能天线的优点

在移动通信系统中，由于障碍物的反射，信号会在发射机和接收机之间多次传播从而形成多径传播。这是移动通信中存在的主要问题，被称为时延扩展(delayspread)。由于多径信号到达接收机的时间不同，因此多径传播将导致符号间干扰，这将会严重地影响通信链路的质量。另一方面，共信道干扰是无线系统容量的主要限制因素，它将影响用户对有效网络资源(频率、时间)的重用。

智能天线通过利用多径可以改善链路的质量，通过减小相互干扰来增加系统的容量，并且允许不同的天线发射不同的数据。总之，智能天线的优点可以归纳如下：

(1)增加覆盖范围。在接收端由于天线阵列对信号进行相干接收，这样就会产生阵列或波束成形增益，该增益与接收天线的数目成正比。这样也会延长电池的使用时间。

(2)降低功率/减小成本。智能天线可以对特定用户的传输进行优化，这样就会使发射功率降低，从而降低放大器的成本。

(3)改善链路质量/增加可靠性。由于通过独立的衰落路径可以接收到独立的信号副本，而在这些信号副本中一般会有一个或者多个副本没有受到衰落，这样多个独立的维数就会减小信号波动的影响，产生分集。分集的形式包括时间分集、频率分集、码分集和空间分集等。当用智能天线对空间域进行抽样时就会产生空间分集。在非频率选择性衰落的MIMO信道中，最大的空间分集阶数等于发射天线数目和接收天线数目的乘积。多个发射天线通过采用特殊的调制和编码机制就可以产生发射分集，而多个接收天线的接收分集取决于对独立衰落信号的合并。

(4)增加频谱效率。通过不同方法精确地控制发射功率就会减小干扰，从而增加使用同样资源的用户数目。通过波束成形技术可以产生一种新的多址接入方式--空分多址(SDMA，Space-DivisionMultipleAccess)。SDMA可以实现资源的重用，增加数据速率，从而增加频