【摘要】论文简单介绍多天线技术，具体研究了多天线技术中的发射分集技术原理和技术分类，并结合TD-LTE系统，讲述了发射分集技术在实际TD-LTE系统中的原理和应用。 【关键词】发射分集；多天线技术；TD-LTE
1.多天线技术
发射分集技术是多天线技术中的一种，在TD-LTE系统中有着充分的应用。探究发射分集技术，应从多天线技术谈起。
多天线技术其实并不陌生，在TD-SCDMA应用的关键技术中，有一项智能天线技术，就是多天线技术的一种体现形式。智能天线技术采用自适应阵列天线，获取并利用接受信号的空间信息，通过阵列信号处理和赋形技术来改善链路质量，降低多用户间干扰，提高系统容量。
多天线技术是指在无线通信的发射端或接收端采用多副天线，同时结合先进的信号处理技术实现的一种综合技术。多天线技术在TD-LTE系统中得到了充分的应用，从而衍生出了多种传输模式，大大提升了系统的各项指标。具体来说，采用多天线技术后，可以获得以下增益：
功率增益：多天线系统采用n个通道发射，发射总功率相当于单通道的n倍，因此获得10lg(n)dB的功率增益；
阵列增益：对比单天线系统，在相同的的发射总功率下，多天线系统通过对信号的相干合并，提高了接收端的平均信噪比，从而获得了阵列增益；
空间分集增益：由于无线信道的衰落性，在单天线系统中，可能存在着深衰落，多天线系统使各天线上的信号衰落相互独立，合并后的接收信号信噪比也变得平稳，从而改善了接受信号的质量，获得了空间分集增益。
干扰抑制增益：多天线系统中，接收端通过适当的多天线空域加权，合并期望信号的同时，抑制干扰信号，从而获得接收端平均信噪比的改善，获得了干扰抑制增益。
空间复用增益：在多天线系统中，可在相同的时频资源上传输多个并行数据流，从而改善了数据吞吐量或者传输速率，获得了空间复用增益。
2.发射分集
发射分集是一种多天线技术，其设计思想是将同样的信息通过多个独立衰落的信道发送出去，并在接收端利用分集合并技术将多个信道的信号进行合并。在信道质量不好的覆盖区域，合并的信号衰落比单路信号衰落降低很多，从而获取了较大的分集增益。发射分集在对抗衰落、提高链路可靠性方面有着显著的成效。
发射分集可分为延迟发射分集、循环延迟发射分集、切换发射分集（TSTD和FSTD）、空时（频）编码四类。
2.1 延迟发射分集
延迟发射分集是最早提出的发射分集技术，其基本原理是在发送端使用多个天线，并为每个天线上的发送信号人为添加不同的延迟，使各个信号相互独立。为了抑制延迟发射分集造成的码间干扰，接受端必须采用能抑制码间干扰的均衡算法，增加了接收端的复杂度。
2.2 循环延迟发射分集
为了简化接收端难度，有人提出了循环延迟发射分集技术。在循环延迟发射分集系统中，每路信号经过循环移位后并行发送。该技术适用于OFDM等分块传输的系统。
循环延迟发射分集不同于延迟发射分集，各天线信号之间不存在真正的延迟，因此不会产生码间干扰。循环延迟发射分集将空间分集转化为频率分集，这点与延迟发射分集是一致的。
2.3 切换发射分集
当发射端存在多个天线时，我们可以按照预定的模式进行发射天线的切换，这种切换可以是时间切换（TSTD）分集，也可以是频率切换（FSTD）分集。
在TSTD中，不同的天线在不同的时间段内发送信号，TSTD消弱了同一码块内符号之间的相关性，使等效信道产生了时间选择性，接收端通过纠错编码获得分集增益。
在FSTD中，不同的天线使用不同的子载波合集发送信号，从而减小了子载波之间的相关性，使等效信道产生了频率选择性，接收端同样可以通过纠错编码获得分集增益。
2.4 空时（频）编码
空时（频）编码是较新的发射分集技术，在第三代移动通信系统中有着充足的研究和广泛的应用。其实是两种技术，一种是空时编码（STBC）技术，一种是空频编码（SFBC）技术。
在STBC中，以2根发射天线为例，发送信号首先通过星座映射，以两个符号为单位（S1和S2）进入空时编码器。在第一时刻天线1上发送的信号为S1,天线2上发送的信号为S2，下一时刻天线1发送-S2*，天线2发送S1*。（“*”表示复数的共轭）。其原理如下图所示：
图2.4-1 空时编码原理图
在SFBC中，其码组结构与STBC完全相同，唯一不同的是SFBC是以空间和频率作为二维参数进行编码的，而不是STBC中的空间和时间。同样以2根发射天线为例，在子载波1上天线1发送符号S1,天线2上发送的信号为S2，在子载波2上天线1发送-S2*，天线2发送S1*。
3.TD-LTE中的发射分集
TD-LTE系统采用OFDM多址技术方案。OFDM在频域把信道分成若干正交子信道，可以有效地抵抗符号间干扰ISI。STBC和SFBC能够充分利用空间、时间和频率上的分集，因此将空时或空频编码与OFDM相结合构成空时（频）编码OFDM系统，能够大幅度地提高系统的信道容量和传输速率，并能有效地抵抗衰落、抑制噪声和干扰。
TD-LTE系统的传输模式2采用的方式为：在两天线端口时采用SFBC，在四天线端口时采用SFBC+FSTD。
天线端口是数据传输的逻辑端口。传输数据的码字经过层映射和预编码后对应到天线端口上。天线端口与物理天线不存在一一对应关系。
两天线端口时的SFBC原理如图3-1：
在图3-1中，天线端口0中以Si和Si+1两个符号为一个单位，全都是原始调制符号。天线端口1以与之同频的两个符号进行对应，具体见2.4内容。
四天线端口时的SFBC+FSTD原理如图3-2：
图3-2 四天线端口时的SFBC+FSTD原理图
在图3-2中，天线端口0和天线端口2成对构成SFBC。天线端口1和天线端口3也是SFBC的关系；天线端口0和天线端口1成对构成FSTD，天线端口2和天线端口3也是FSTD的关系。
SFBC应用于TD-LTE系统后，在降低解码复杂度的同时，使系统性能获得很大的提高，能有效改善移动通信系统的性能，克服频率选择性哀落，降低误码率，提高分集增益。FSTD的应用进一步提升了系统的频率选择性，加强了分集增益，使得TD-LTE系统高质量和易实现。
参考文献
[1]王映民,孙韶辉.TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2010.
[2]沈嘉,索士强.全海洋等.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.