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【摘 要】发射分集技术是无线通信中的一项关键技术，在第三代移动通信系统中已经开始普遍采用。文章讨论了发射分集技术的研究背景与意义，阐述了各种发射分集技术的技术特点，并且比较了各种不同发射分集技术的性能与应用，最后对发射分集技术的应用前景进行了阐述。
【关键词】发射分集 时空编码 开环发射分集 闭环发射分集
一、发射分集技术的研究背景与意义
无线通信技术面临的最主要问题是时变的信道衰落，这也是它和光纤、铜线通信等相比面临的一个重要挑战。在衰落环境下降低误码率是相当困难的，需要发射端（基站）采用更高的功率进行发射或者采用额外的带宽，但这在下一代通信系统中都是不合适的。理论上，抵抗信道衰落的最好方法是进行功控，也就是如果发射端预先知道信道条件，那么在发射的时候预先将信号变形来抵消衰落带来的影响。但是这种方法需要发射端有较大的动态范围，另外发射端也不知道信道的条件，因此在大多数散射环境中，是采用天线分集方法来抵抗信道衰落的。传统的天线分集是在接收端（移动台）采用多根天线进行接收分集的，并采用合并技术来获得好的信号质量。但是由于移动台尺寸受限，采用接收天线分集技术较困难，而且在移动台端进行接收分集代价高昂，增加了用户的设备成本。从理论与实际应用中都发现相同阶数的发射分集与接收分集具有相同的分集增益。因此为了适应下一代移动通信的要求，只有增加基站的复杂度，在基站端采用发射分集技术才是比较合适的方法。发射分集的概念实际上是由接收分集技术发展来的，是为减弱信号的衰落效应，在一副以上的天线上发射信号，并将发射信号设计成在不同的信道中保持独立的衰落，在接收端再对各路径信号进行合并，从而减少衰落的严重性。由于基站的复杂度较移动台端限制少，且天线有足够空间，因此通常在基站端采用多副天线进行发射分集提高下行性能，在接收端采用一副天线进行接收。发射分集的成本代价相对于接收分集来说，是移动通信业务运营商和用户所较能接受的；而且发射分集能够实现同一发射信号使多移动台获得发射增益（支持点对多点发射）。
二、发射分集技术分类
（一）开环发射分集
开环发射分集主要有时空发射分集、延迟分集、时间转换发射分集、相移发射分集（相位结合发射分集、正交发射分集和极化分集等几种典型技术。
（二）延迟分集
在这种发射分集技术中，发送信号依次延迟K个码元，相当于DS的延时，分别在（副发射天线上发射数字信号）。总的发射功率均匀分配在所有天线上。对延迟的选择应当使得每副天线间的信号传输都是不相关的，但是过长的延迟会增加接收端均衡的复杂度，并不能提高发射增益，因此通常选择信息比特周期。
（三）时间转换发射分集时间转换发射分集方法也称为天线跳变分集
这种方式中，基站是以一个每帧固定的转换速率将用户的传输信号在两副天线间切换发射的。
（四）相移发射分集
相移发射分集在射频功放前将数据分成两部分：一部分放大从天线发射，另一部分移动载波频率接着放大从天线发射出去。这种方式中，两副天线上使用相同的导频信道和传输信道码，两副天线之间存在一个时变的相位差。
三、各类发射分集技术比较与应用
总的来说，闭环发射分集的性能较开环发射分集的性能好。闭环发射分集中，移动台将测量值反馈回基站，基站调整发射天线上的幅度、相位，从而最好地利用不同的发射路径。闭环技术在付出吞吐量降低的代价后，获得比开环分集高的增益。在第三代移动通信系统中，时空发射分集、时间转换发射分集与发射自适应阵列等已经被纳入标准，经仿真验证有较高的增益。
开环发射分集技术比较，在开环发射分集技术中，时间转换发射分集是最为简单的发射分集技术，因此被用在第三代移动通信系统的同步信道中。时间转换发射分集对于天线的选择完全采用时间片轮询的方式，因此非常简单。但是它的缺点也在于简单的天线选择方法导致了其对功率控制会产生一定的影响。因功率控制需要对信噪比进行测量，对信道进行估计。一个好的测量需要对多个时隙的信号进行综合或者平均后才能得到，因此在接收端（移动台端）进行信道估计的时候，是对多个时隙中的导频比特（导频信号）进行估计，而采用时间转换发射分集后，由于不同时隙的信号是在不同天线上发射，经历了不同的传输路径，因此在移动台对信道进行估计的时候，无法对一个单一的信道进行准确的估计，信道估计的性能会有所下降。因此时间转换发射分集更适合于功率控制算法对于信噪比误差不敏感的情况。延迟分集是时间分集与空间分集的结合，其优点同样在于实现比较简单，但是它对于延迟估计误差比较敏感，误差带来的性能降低有可能超过分集带来的增益，而且这种方法在接收端由于信号延迟传送的关系，无法实时的达到最大合并增益。因此延迟分集较适合于系统对于延时估计比较精确的情况。
四、结语
发射分集技术虽然已被纳入国际标准中，但对它的研究尤其是时空发射分集的研究方兴未艾。发射分集技术中依然有许多问题有待解决，例如功率分配问题，闭环发射分集技术中信道估计的误差、反馈信息所带来的延时等问题，使系统性能有不同程度的恶化；此外非常重要的一点是，在发射分集中，由于采用了多副天线进行传输，因此发射信号在传输中会相互干扰，如何消除或者利用这些干扰是崭新的课题。这些问题的解决将给发射分集技术的应用带来更光明的前景。
参考文献：
[1] YUEN CHAU， GUAN Yong Lang， TJHUNG Thing Thankful-l rate full-l diversity STBC with constellation rotation [J] .IEEE VTC， 2003， 1（4）： 296- 300.
[2] CHOI R LU， LETAIEF KB， MURCHRD. CDMA Pre-Rake Diversity System with Base Station Transmit Diversity [J] .IEEEVTC， 2002， 2（2）： 950- 955.
[3] 尹长川，罗涛，乐光新. 多载波宽带无线通信技术[M].北京： 北京邮电大学出版社， 2004.
【关键词】发射分集 时空编码 开环发射分集 闭环发射分集
一、发射分集技术的研究背景与意义
无线通信技术面临的最主要问题是时变的信道衰落，这也是它和光纤、铜线通信等相比面临的一个重要挑战。在衰落环境下降低误码率是相当困难的，需要发射端（基站）采用更高的功率进行发射或者采用额外的带宽，但这在下一代通信系统中都是不合适的。理论上，抵抗信道衰落的最好方法是进行功控，也就是如果发射端预先知道信道条件，那么在发射的时候预先将信号变形来抵消衰落带来的影响。但是这种方法需要发射端有较大的动态范围，另外发射端也不知道信道的条件，因此在大多数散射环境中，是采用天线分集方法来抵抗信道衰落的。传统的天线分集是在接收端（移动台）采用多根天线进行接收分集的，并采用合并技术来获得好的信号质量。但是由于移动台尺寸受限，采用接收天线分集技术较困难，而且在移动台端进行接收分集代价高昂，增加了用户的设备成本。从理论与实际应用中都发现相同阶数的发射分集与接收分集具有相同的分集增益。因此为了适应下一代移动通信的要求，只有增加基站的复杂度，在基站端采用发射分集技术才是比较合适的方法。发射分集的概念实际上是由接收分集技术发展来的，是为减弱信号的衰落效应，在一副以上的天线上发射信号，并将发射信号设计成在不同的信道中保持独立的衰落，在接收端再对各路径信号进行合并，从而减少衰落的严重性。由于基站的复杂度较移动台端限制少，且天线有足够空间，因此通常在基站端采用多副天线进行发射分集提高下行性能，在接收端采用一副天线进行接收。发射分集的成本代价相对于接收分集来说，是移动通信业务运营商和用户所较能接受的；而且发射分集能够实现同一发射信号使多移动台获得发射增益（支持点对多点发射）。
二、发射分集技术分类
（一）开环发射分集
开环发射分集主要有时空发射分集、延迟分集、时间转换发射分集、相移发射分集（相位结合发射分集、正交发射分集和极化分集等几种典型技术。
（二）延迟分集
在这种发射分集技术中，发送信号依次延迟K个码元，相当于DS的延时，分别在（副发射天线上发射数字信号）。总的发射功率均匀分配在所有天线上。对延迟的选择应当使得每副天线间的信号传输都是不相关的，但是过长的延迟会增加接收端均衡的复杂度，并不能提高发射增益，因此通常选择信息比特周期。
（三）时间转换发射分集时间转换发射分集方法也称为天线跳变分集
这种方式中，基站是以一个每帧固定的转换速率将用户的传输信号在两副天线间切换发射的。
（四）相移发射分集
相移发射分集在射频功放前将数据分成两部分：一部分放大从天线发射，另一部分移动载波频率接着放大从天线发射出去。这种方式中，两副天线上使用相同的导频信道和传输信道码，两副天线之间存在一个时变的相位差。
三、各类发射分集技术比较与应用
总的来说，闭环发射分集的性能较开环发射分集的性能好。闭环发射分集中，移动台将测量值反馈回基站，基站调整发射天线上的幅度、相位，从而最好地利用不同的发射路径。闭环技术在付出吞吐量降低的代价后，获得比开环分集高的增益。在第三代移动通信系统中，时空发射分集、时间转换发射分集与发射自适应阵列等已经被纳入标准，经仿真验证有较高的增益。
开环发射分集技术比较，在开环发射分集技术中，时间转换发射分集是最为简单的发射分集技术，因此被用在第三代移动通信系统的同步信道中。时间转换发射分集对于天线的选择完全采用时间片轮询的方式，因此非常简单。但是它的缺点也在于简单的天线选择方法导致了其对功率控制会产生一定的影响。因功率控制需要对信噪比进行测量，对信道进行估计。一个好的测量需要对多个时隙的信号进行综合或者平均后才能得到，因此在接收端（移动台端）进行信道估计的时候，是对多个时隙中的导频比特（导频信号）进行估计，而采用时间转换发射分集后，由于不同时隙的信号是在不同天线上发射，经历了不同的传输路径，因此在移动台对信道进行估计的时候，无法对一个单一的信道进行准确的估计，信道估计的性能会有所下降。因此时间转换发射分集更适合于功率控制算法对于信噪比误差不敏感的情况。延迟分集是时间分集与空间分集的结合，其优点同样在于实现比较简单，但是它对于延迟估计误差比较敏感，误差带来的性能降低有可能超过分集带来的增益，而且这种方法在接收端由于信号延迟传送的关系，无法实时的达到最大合并增益。因此延迟分集较适合于系统对于延时估计比较精确的情况。
四、结语
发射分集技术虽然已被纳入国际标准中，但对它的研究尤其是时空发射分集的研究方兴未艾。发射分集技术中依然有许多问题有待解决，例如功率分配问题，闭环发射分集技术中信道估计的误差、反馈信息所带来的延时等问题，使系统性能有不同程度的恶化；此外非常重要的一点是，在发射分集中，由于采用了多副天线进行传输，因此发射信号在传输中会相互干扰，如何消除或者利用这些干扰是崭新的课题。这些问题的解决将给发射分集技术的应用带来更光明的前景。
参考文献：
[1] YUEN CHAU， GUAN Yong Lang， TJHUNG Thing Thankful-l rate full-l diversity STBC with constellation rotation [J] .IEEE VTC， 2003， 1（4）： 296- 300.
[2] CHOI R LU， LETAIEF KB， MURCHRD. CDMA Pre-Rake Diversity System with Base Station Transmit Diversity [J] .IEEEVTC， 2002， 2（2）： 950- 955.
[3] 尹长川，罗涛，乐光新. 多载波宽带无线通信技术[M].北京： 北京邮电大学出版社， 2004.