802.16e協議中支持MIMO（多入多出）和AAS（自適應天線系統）兩種不同的多天線實現方式。本文在介紹MIMO和AAS原理的基礎上。分析了各自的特點和性能,并且進行了比較。

1、引言

802.16e協議中支持MIMO（multiple input multiple output，多入多出）和自適應天線系統（adaptive antenna，system，AAS）兩種不同的多天線實現方式。MIMO是一種可選技術，在上下行鏈路都可以選擇支持，所支持的MIMO模式分為3種：空間分集（spatial diversity，SD）模式、空間復用（spatial multiplexing，SM）模式和分集與復用相結合的混合模式，即自適應MIMO（adaptive MIMO）。空間分集能獲得額外的分集增益和編碼增益，但不能提高數據速率；空間復用雖然能最大化MIMO系統的平均發射速率，但只能獲得有限的分集增益；自適應MIMO既能提供分集增益又可以提高系統容量，從而得到高頻譜效率和傳輸質量的良好折衷，但是處理起來比單獨使用分集或復用要復雜。

AAS是一種可選技術，在上下行鏈路中都可以選擇支持該技術。采用AAS技術可以提高系統容量，擴大覆蓋范圍，提高通信的可靠性等。AAS技術在實現時既可以采用多波束選擇的方式，也可以采用自適應的方式。

下面詳述兩種多天線技術的原理和特點，并在此基礎上對比兩者的異同。

2、MIMO的原理與性能

MIMO也稱為多發多收天線（multiple transmit multiple receive antenna，MTMRA）技術，是無線移動通信領域天線技術的重大突破，因為從理論上可以在不增加時間、頻率資源的基礎上成倍地提高系統容量和頻譜效率。MIMO技術的概念非常簡單，任何一個無線通信系統，只要其發射端和接收端均采用了多個天線，就構成了一個無線MIMO系統。根據收發兩端天線數量，相對于普通的單入單出（single input single output，SISO）系統來講，MIMO還可以包括單入多出（single input multiple output，SIMO）系統和多入單出（multiple input single output，MISO）系統。

MIMO有兩種功能形式，即空間分集和空間復用。空間復用技術利用MIMO信道提供的空間復用增益，可以大大提高信道容量；空間分集利用MIMO信道提供的空間分集增益，則可以提高信道的可靠性，降低信道誤碼率。

綜合天線架構（發射天線數×接收天線數）和功能形式，802.16e支持的MIMO技術如下。

●支持2天線、3天線、4天線的BS（基站）的下行發射分集。

●支持2天線的MS（移動臺）的上行發射分集。

●支持2天線、3天線、4天線的BS空間復用的下行發射。

●支持2天線的MS空間復用的上行發射。

2.1　空間分集

無線信號在復雜的無線信道中傳播會產生瑞利衰落，在不同空間位置上其衰落特性不同。如果兩個天線的位置間距大于相關距離（通常相隔10個信號波長以上），就認為兩處的信號完全不相關，那么，利用發射端或接收端多根天線所提供的多重傳輸途徑，就可從多個獨立的傳輸途徑中選擇或組合出衰落現象較輕微的接收信號，以維持穩定的鏈路質量，這樣就可以實現信號空間分集，對抗衰落的影響。空間分集分為接收分集和發射分集兩類。通常可以認為SIMO系統是接收分集，MISO系統是發射分集，需要說明的是，空間分集適于在多散射體的多徑情況下應用，天線間距應適當拉開以保證發射、接收信號的相互獨立性，形成獨立傳輸途徑，以充分利用多散射體造成的多徑（也稱之為充分多徑），天線的擺設與多路徑通道需滿足一定條件（在多徑傳播環境中，增大陣元間距與角度擴展以及結合空時處理都有利于捕獲、分離與合并多徑）。

通常采用空間—時間編碼實現空間分集。空間—時間編碼可以用兩種不同的方法設計。

（1）空間—時間格編碼

空間—時間格編碼（space time Trellis code，STTC）把編碼調制、分集整體考慮，首先將待發送的信息比特流送入前向糾錯的信道編碼器（如圖1所示），并將它映射在一定的信號星座圖中，如QPSK、MPSK、MQAM等星座圖。Trellis編碼器根據輸入的符號及編碼器所處的狀態，決定Trellis圖中的一個分支作為編碼器的輸出。一個分支上的n個符號，分別送至n個發送天線的支路。這n個符號分別經過脈沖成形與調制器，再直接送至n個天線。STTC能夠獲得滿分集增益和相當高的編碼增益，但無法達到全速率傳輸，并且搜索符合設計準則的Trellis碼非常復雜，譯碼的復雜度較高，在802.16e中尚未涉及。

（2）空間—時間塊/分組編碼