2.2.1 空時(shí)發(fā)射分集

發(fā)射分集最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以在基站端使用多天線，可以避免在接收端使用多天線對(duì)終端設(shè)備造成的壓力，從而減少802.16市場(chǎng)化時(shí)帶來(lái)的阻礙。

在MIMO中，空時(shí)發(fā)射分集模式主要通過(guò)空時(shí)編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)?？諘r(shí)編碼的主要思想是利用空間和時(shí)間上的編碼實(shí)現(xiàn)一定的空間分集和時(shí)間分集，從而降低信道誤碼率。使用空時(shí)碼時(shí)，在發(fā)端不知道信道狀態(tài)信息的情況下，系統(tǒng)仍能實(shí)現(xiàn)最大分集增益。常見(jiàn)的空時(shí)碼有空時(shí)分組碼(STBC)和空時(shí)格碼 (STTC)，其中STBC因其相對(duì)簡(jiǎn)單的編譯碼過(guò)程而獲得了廣泛的應(yīng)用。

802.16d標(biāo)準(zhǔn)中采用兩根發(fā)射天線的發(fā)射分集，以對(duì)抗阻擋視距和非直視距造成的深衰落，主要依據(jù)的就是Alamouti方案的空時(shí)碼 (STC)編碼，該方案的關(guān)鍵特性是兩根發(fā)射天線的兩個(gè)序列之間的正交性。對(duì)兩發(fā)射天線系統(tǒng)，Alamouti編碼能獲得最大的分集增益，并且從編碼發(fā)展的歷史上說(shuō)，Alamouti方案是為發(fā)射天線數(shù)為2的系統(tǒng)提供完全發(fā)射分集增益的一種空時(shí)分組碼，且譯碼時(shí)只需要對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，大大減化了計(jì)算的復(fù)雜度。

2.2.2 空間復(fù)用

空間復(fù)用技術(shù)是指在發(fā)射端發(fā)射相互獨(dú)立的信號(hào)，接收端采用干擾抑制的方法進(jìn)行解碼，主要是為了提高系統(tǒng)的傳輸速率。目前利用空分復(fù)用的方法來(lái)提高信道容量的方法主要是各種分層空時(shí)碼(如BLAST)。貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)算法(BLAST)結(jié)構(gòu)不是通過(guò)信號(hào)變換(編碼、調(diào)制、映射等)引入符號(hào)間的正交性，而是充分利用了信道的多徑特點(diǎn)，解除了信號(hào)之間的相關(guān)性。

BLAST結(jié)構(gòu)主要分為垂直-貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)算法(V-BLAST)和對(duì)角線-貝爾實(shí)驗(yàn)室分層空時(shí)算法(D-BLAST)：V-BLAST 將M個(gè)比特流編碼、映射和交織后通過(guò)互相獨(dú)立的天線發(fā)射出去，充分發(fā)掘了分集增益，而且每一個(gè)信息流可以單獨(dú)檢測(cè)。D-BLAST也先經(jīng)過(guò)相同的處理，但是各編碼塊分配給不同的天線發(fā)送，從而減小了因某一個(gè)獨(dú)立信道傳輸效果較差而導(dǎo)致的系統(tǒng)整體性能的下降，但意味著更加復(fù)雜的收發(fā)設(shè)備。

BLAST結(jié)構(gòu)最大程度上發(fā)掘了頻譜效率，但是一般需要接收天線數(shù)目大于或等于傳輸天線數(shù)目，而這一點(diǎn)在下行鏈路難以實(shí)現(xiàn)；另外因?yàn)槭褂貌煌逆溌穫鬏敧?dú)立的信號(hào)，那么如果一條鏈路被損壞，那么將面對(duì)不可挽回的錯(cuò)誤。

2.2.3 分集與復(fù)用相結(jié)合

空時(shí)發(fā)射分集能獲得額外的分集增益和編碼增益，但不能提高數(shù)據(jù)速率；空間復(fù)用雖然能最大化MIMO系統(tǒng)的平均發(fā)射速率，但只能獲得有限的分集增益。將空時(shí)發(fā)射分集和空間復(fù)用相結(jié)合的方案既能提供分集增益又可以提高系統(tǒng)容量，從而得到高頻譜效率和傳輸質(zhì)量的良好折衷，但是處理起來(lái)比單獨(dú)使用分集或復(fù)用要復(fù)雜一些。

2.2.4 智能MIMO

移動(dòng)WiMAX還支持各種MIMO模式之間的自適應(yīng)MIMO轉(zhuǎn)換(AMS)，這也叫做智能MIMO。如圖1所示。智能MIMO根據(jù)信道條件，選擇合適的MIMO模式，在不降低覆蓋范圍的情況下提高頻譜利用率。采用智能MIMO方式，可以克服不同場(chǎng)景帶來(lái)的不確定性，使MIMO技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。如對(duì)于同網(wǎng)絡(luò)下的不同終端，其天線數(shù)目可能是不同的，因而若在同一小區(qū)采用相同的MIMO傳輸方法，難以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。此外，用戶經(jīng)歷的衰落也是不一樣的，自適應(yīng)選擇不同MIMO技術(shù)以適應(yīng)信道變化，可以優(yōu)化系統(tǒng)性能。為支持自適應(yīng)MIMO模式選擇，發(fā)射端需要得到更多的包括信道或權(quán)重的反饋信息。

對(duì)于未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，如何能夠在非視距和惡劣信道下保證高服務(wù)質(zhì)量(QoS)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也是移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。對(duì)于單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)，如果要滿足上述要求就需要較多的頻譜資源和復(fù)雜的編碼調(diào)制技術(shù)，而頻譜資源的有限和移動(dòng)終端的特性都制約著SISO系統(tǒng)的發(fā)展，所以MIMO是未來(lái)移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO技術(shù)主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復(fù)用和空時(shí)編碼。這兩種形式在WiMAX中都得到了應(yīng)用。WiMAX還給出了同時(shí)使用空間復(fù)用和空時(shí)編碼的形式，支持MIMO是協(xié)議中的一種可選方案。

2.3 AAS和MIMO的比較

AAS和MIMO都是802.16協(xié)議中提到的WiMAX的多天線技術(shù)，但其工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景卻不盡相同，下面對(duì)這兩種技術(shù)加以比較。

(1)系統(tǒng)容量

AAS和MIMO都是利用多天線來(lái)增強(qiáng)傳輸信號(hào)，獲得相比于單天線而言額外的系統(tǒng)容量。AAS產(chǎn)生單個(gè)的能量非常集中的波束，從理論上講，系統(tǒng)的容量隨波束強(qiáng)度呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。在WiMAX系統(tǒng)中，對(duì)基本的SISO配置，基站的吞吐量為25 Mb/s，4陣元AAS相比SISO能提高吞吐量50%而達(dá)到33 Mb/s，8陣元AAS吞吐量能達(dá)到38 Mb/s，而MIMO系統(tǒng)的容量隨天線數(shù)目線性增長(zhǎng)，2×2 MIMO系統(tǒng)的容量是SISO系統(tǒng)的2倍，4×4 MIMO系統(tǒng)的容量是2×2系統(tǒng)的2倍。因此MIMO比AAS能獲得更大的系統(tǒng)容量。

(2)移動(dòng)性

802.16e相比于802.16d最大的改進(jìn)之一便是支持移動(dòng)環(huán)境，AAS是靠對(duì)信道準(zhǔn)確可靠地估計(jì)來(lái)獲得波束形成的權(quán)值。在移動(dòng)環(huán)境下信道變化很快，信道估計(jì)將變得很復(fù)雜，如在帶寬3.5 GHz、終端移動(dòng)速率30 km/s的系統(tǒng)中，每毫秒需要做一次信道估計(jì)才能保證性能，系統(tǒng)開(kāi)銷很大。因此在高速移動(dòng)環(huán)境，AAS幾乎無(wú)法工作。而MIMO在發(fā)送端可以不需要信道信息，能夠適用于移動(dòng)的環(huán)境。

(3)其他

由于AAS需要信道信息，所以在一定程度上限定了其工作模式必須是TDD，而MIMO無(wú)論在TDD還是在FDD模式下都可以正常使用。MIMO可以和正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)相結(jié)合來(lái)達(dá)到更好的性能，這也是未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)的趨勢(shì)之一。

MIMO技術(shù)非常適合城市范圍內(nèi)多徑環(huán)境下的無(wú)線信號(hào)處理，包括提供空間分集以及多路信道并行傳輸，是提高WiMAX系統(tǒng)覆蓋范圍及吞吐量的合適技術(shù)。自適應(yīng)天線則有利于提高基站與運(yùn)動(dòng)物體的方向性空間增益以及對(duì)干擾信號(hào)的方向性抑制。不過(guò)，在城市多徑彌散的環(huán)境中，MIMO可能將會(huì)更受設(shè)備開(kāi)發(fā)商的歡迎。所以說(shuō)，MIMO技術(shù)更能適合WIMAX發(fā)展的需要，在WiMAX系統(tǒng)中必須要支持基本的MIMO工作機(jī)制才能和其他的技術(shù)兼容，才能使 WiMAX更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著多媒體業(yè)務(wù)不斷地推陳出新，無(wú)線接入技術(shù)正呈現(xiàn)高帶寬和IP化的趨勢(shì)，游牧和移動(dòng)寬帶接入將成為未來(lái)通信市場(chǎng)化的重要需求。WiMAX是為這一需求專門發(fā)展的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，性能優(yōu)，效率高，成本低，通過(guò)靈活的體制配置可以滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的要求。面對(duì)當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)激烈的無(wú)線通信市場(chǎng)，WiMAX要想站穩(wěn)腳步就必須采用先進(jìn)的技術(shù)，在保持自己大容量、廣覆蓋、非視距傳輸和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，快速地將現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)、擴(kuò)大商用規(guī)模。在WiMAX的關(guān)鍵技術(shù)中，AAS和MIMO等多天線技術(shù)因能大大提高無(wú)線通信系統(tǒng)的能力而成為眾多WiMAX廠商關(guān)注的熱點(diǎn)之一。需要根據(jù)不同的場(chǎng)景選擇合適的多天線技術(shù)，使系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)更要關(guān)注多天線技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的成本，以及和其他技術(shù)(如OFDM、OFDM等)的結(jié)合，使WiMAX面對(duì)長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)和無(wú)線接口演進(jìn)(AIE)的競(jìng)爭(zhēng)能夠異軍突起，成為真正解決最后一公里接入方式的最佳無(wú)線寬帶接入技術(shù)。