MIMO技术-空间分集

上一篇文章讲了MIMO主要分为两种方式：空间分集和空间复用。

MIMO的本质就是一种复杂的分集技术，它通过空间复用和空间分集这两种方式来提高信息传输速率或改善系统性能。空间分集是为了提高系统的鲁棒性，而空间复用更多的是为了提高系统的吞吐量；这两种技术都可以有效的提高信号增益。

今天我们重点来了解一下分集技术。

空间分集（又叫做天线分集），指将同一信息进行编码后从多指将同一信息进行编码后从多根天线上发射出去的方式，接收端将信号区分出来并进行合并，从而获得分集增益。空间分集技术经常用于城市蜂窝系统中，它可以通过选择最好的接收信号或其合成信号以减少衰落的影响。

分集的基本思想是将接收到的多径信号分离成不相关的（独立的）多路信号，然后把这些多路信号分离信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比。因此，分集接收包括两个方面的内容：一是如何把接收的多径信号分离出来使其互不相关，二是将分离出来的多径信号恰当合并，以获得最大信噪比。

在空间分集系统模型中，当发射天线间距大于长度d时，我们可以认为不同子信道的信道增益相互独立，产生的信号路径也是不相关的，d是与天线所处的散射环境和载波频率有关的常数（通常我们认为d大于1/2的波长）。

那么MIMO天线分集是不是天线越多越好？

香农给出了单发射天线、单接收天线的SISO无线信道的极限容量公式：

B为信道带宽，S/N为接收端信噪比。由香农公式，提高SNR或带宽可以增加无线信道容量。但发射功率P和带宽都是有一定限度的。在一定带宽条件下，SISO无论采用什么样的编码和调制方式，系统容量都不可能超过香农公式极限。目前广泛使用的Turbo码、LDPC码，使信道容量逼近了信道容量极限。

但多天线的情况下，信道容量随着接收天线数量Mr的增加而增加，两者为对数关系；信道容量也随着发射天线数量Mt的增加而增加，两者也为对数关系；

也就是说发射分集和接受分集可以改善接收端的信噪比，从而提高信道容量和频谱效率，但对信道容量的提升也是有限的，仅为对数关系。

MIMO系统容量会随着发射端或接收端天线数中较小的一方min（Mr，Mt）的增加而线性增加（不是对数增加）。

对于天线分集技术，由于不同通道传输数据相同切互不相关所以，在射频方案的设计上与普通的方案设计没有什么区别。