一、引言

　　智能天線通常也稱作自適應天線陣列，可以形成特定的天線波束，實現定向發送和接收，主要用于完成空間濾波和定位。從本質上看，它利用了天線陣列中各單元之間的位置關系，即利用了信號的相位關系克服多址干擾及多徑干擾，這是它與傳統分集技術的本質區別。 MIMO系統是指在發射端和接收端同時使用多個天線的通信系統，其有效地利用隨機衰落和可能存在的多徑傳播來成倍地提高業務傳輸速率。其核心技術是空時信號處理，即利用在空間中分布的多個時間域和空間域結合進行信號處理。因此，可以被看作是智能天線的擴展。智能天線系統在移動通信鏈路的發射端/或接收端帶有多根天線，根據信號處理位于通信鏈路的發射端還是接收端，智能天線技術被定義為多入單出（MISO，Multiple Input Single Output）、單入多出（SIMO，Single Input Multiple Output）和多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等幾種方式。

　　二、多入多出智能天線收發機結構及研究進展

　　從圖1可以看出，比特流在經過編碼、調制和空時處理（波束成行或空時編碼）后，映射成不同的信息符號，從多個天線同時發射出去；在接收端用多個天線接收，進行相應解調、解碼及空時處理。

　　MIMO系統中的空時處理技術主要包括波束成形（beamforming）、空時編碼（space-time coding）、空間復用（space multiplexing）等。波束成形是智能天線中的關鍵技術，通過將主要能量對準期望用戶以提高信噪比。波束成形能有效地抑制共道干擾，其關鍵是波束成行權值的確定。

　　1.MIMO系統的發射方案

　　MIMO系統的發射方案主要分為兩種類型：最大化數據率的發射方案（空間復用SDM）和最大化分集增益的發射方案（空時編碼STC）。最大化數據率發射方案主要通過在不同天線發射相互獨立的信號實現空間復用。空時編碼的方案是指在發射端對數據流進行聯合編碼以減小由于信道衰落和噪聲所導致的符號錯誤率，它通過在發射端的聯合編碼增加信號的冗余度，從而使信號在接收端獲得分集增益，但空時編碼方案不能提高數據率。

　　（1）空時編碼一些文獻中給出了大量的發射機制，這些機制分別可以使頻譜效率最大、速率最高、信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio）最大，它們都依賴信道狀態信息（CSI，Channel State Information）在發射端和接收端的已知程度。CSI在接收端通過信道估計可以獲得，然后，通過反饋可以通知發射端。對于發射端不需要CSI的發射機制，可以引入空時編碼或者采用空間復用增益來利用空間維數。空時編碼主要分為空時格碼和空時塊碼。接收到的信號通過最大似然（ML，Maximum Likelihood）譯碼器進行檢測。最早的空時編碼是空時格碼 STTC（Space-Time Trellis Code），在這種方式下，接收端需要多維維特比算法。STTC可以提供的分集等于發射天線的數目，提供的編碼增益取決于碼字的復雜度而無需犧牲帶寬效率。空時分組編碼（STBC，Space-Time Block Code）可以提供與STTC相同的分集增益，但是它沒有編碼增益。又由于STBC在譯碼時只需要線性處理，因此，通常都使用STBC。空時編碼技術一般假設CSI在接收端是完全已知的，當CSI在兩端都未知時，提出了酉空時編碼和差分空時編碼。

　　（2）空間復用空間復用是指在發射端發射相互獨立的信號，在接收端用ZF，MMSE，ML，V-BLAST等方法進行解碼。它能最大化MIMO系統的平均發射速率，可犧牲一些數據率獲得更高的分集增益。

　　（3）空間復用和空時編碼結合將空間復用和空時編碼相結合，在保證每個數據流獲得最小分集增益的條件下，最大化平均數據率。目前，將空間復用和空時編碼相結合的方案主要有兩種，鏈接編碼和使用塊碼映射的自適應MIMO系統。鏈接編碼方案是指在內部使用空時編碼，外部使用傳統的信道糾錯碼（TCM，卷積碼，RS碼）的編碼方案［4］，這種方案既能提供分集增益，又能提高系統容量。因為信道間的相關性將影響多天線系統的頻譜效率，當信道處于理想狀態或信道間相關性小時，發射端采用空間復用的發射方案，當信道間相關性大時，采用空時編碼的發射方案。