无线通信智能天线技术的未来发展趋势

谱效率。该增益也被称为空间复用增益。通过利用多个独立的空间维数来同时传送数据，在MIMO系统中这种独立的空间维数被称为MIMO信道特征模式。在不相关瑞利衰落MIMO信道中，其信道容量与收发天线数目的最小值成正比。

通常设计智能天线主要集中在上面提到的某一种增益，如波束成形、分集增益、复用增益。最近这些增益之间的相互折衷已经成为研究的焦点。

4、未来无线系统中的智能天线技术

未来无线系统需要可以适用于各种通信环境的信号处理技术，因此未来智能天线设计的初始阶段必须认真地考虑在性能和复杂度之间折衷地优化。下面，我们将介绍未来无线通信中智能天线的发展趋势和会遇到的问题。

4.1物理层的可重配置性

为了使无线通信收发机可以工作在多参数连续改变的环境中，需要在收发机中采用可重新配置的自适应技术来调节结构，从而获得最好的性能。

智能天线收发机中的可重配置性可以看作是在各种不同环境中收发机结构的智能切换。例如，已经有专家提出了在MIMO信道中用于空间分集和复用相互折衷的算法。

4.2不同层之间的优化

通过由OSI(OpenSystemInterconnection，开放系统互连)模型定义的高层之间的相互作用可以提高整个系统的性能。可以通过结合物理层、链路层、网络层的参数来设计智能天线，也就是说要考虑到各层之间相互关系来设计，而不是单独考虑某一层。实践表明，单独考虑一层的设计方法所得到性能评估是低效的。例如，当引入调度后，通过空时编码所得到的增益将会减小，甚至会消失。

在OSI不同层之间交换的信息可以归类如下：

(1)CSI：需要估计出信道脉冲响应、定位信息、车载速度、信号强度、干扰强度、干扰模型等。

(2)QoS相关的参数：包括时延、吞吐量、误比特率、分组差错率(PER，PacketErrorRate)等。

(3)物理层资源：包括空间处理机制、天线阵列的数目、电池电量的损耗等。

考虑层之间的优化准则是非常重要的。在实际系统中，使用智能天线的链路质量不仅取决于采用的数据检测方法，而且还取决于特定的编码机制以及在链路层采用的媒体接入控制(MAC，MediumAccessControl)功能，甚至取决于高层采用的协议栈性能。因此，在设计时应该综合考虑上述因素，而不是单独考虑某一个因素。对于时延不敏感业务，将智能天线技术如V-BLAST同混合自动请求重复(H-ARQ，HybridAutomatic Repeat Request)机制结合的前景是非常看好的。

4.3多用户分集

在多用户通信中，一种叫作机会机制的通信方式得到了人们的重视。其基本思想是通过把信道分配给那些最有可能完成连续传输的用户来复用。这样可以使系统的吞吐量最大化。对于反射空间信道，机会波束成形方法会指向具有最高SNR的用户；另一方面，在充分散射情况下，机会机制会把信道分配给那些具有最高瞬时容量的用户。

机会机制可以产生多用户分集，多用户分集可以是码分集、时间分集、频率分集或者空间分集的补充。但是这样也会带来新的问题，即影响MAC协议的设计，MAC将放弃冲突检测机制而转向多用户机制。

4.4实际的性能评估

在未来无线系统中，采用智能天线主要依赖下面两种研究的结果：

(1)在未来系统的设计阶段就要考虑到智能天线的特性，保证兼容性；

(2)根据与未来系统相关的关键参数来评估智能天线的实际性能。

最新发展趋势比较偏向前者，后者的研究结果要基于具有准确建模的仿真方法，因此若要实现还有一定的难度。

4.4.1仿真方法

链路级仿真可以提供智能天线收发机在各种传播、干扰、调制编码情况下单通信链路的误帧率(FER，FrameErrorRate)性能评估，但是无法考虑多用户多小区的影响，此时高层的参数将作为关键角色。另一方面，系统级仿真利用某种业务图样通过容量、吞吐量、SNR分布来提供整个系统的性能。为了对链路级和系统级的仿真进行折衷优化，需要在两者之间有个接口，选择的接口参数一定要惟一地描述链路级和系统级的性能。

4.4.2建模

智能天线的效率取决于通信环境的特征，比如传播特性、天线阵列配置、业务模式、干扰情况、信号带宽的有效性。因此，建立一个可行的MIMO信道模型来描述通信环境的特征是非常重要的。

干扰模型通常被用于分析智能天线收发机的性能。最近的研究表明，干扰模型应当基于系统级的仿真结果来建立，其中，必须考虑智能天线技术对小区内、小区间的影响，还必须考虑到业务的非一致性和混合的业务环境。

最后，实现损耗模型的建立，该模型包括信道估计差错、反馈量化误差、时延、互耦合等关键参数，该模型有利于系统的进一步改进。

5、小结