[科普中国]-多用户分集

在传统的蜂窝系统中，多天线一般集中放置在基站组成天线阵。这种系统一般称为集中天线系统(CAS)。天线集中放置实际上限制了天线的数量，不利于空间资源的充分利用，小区边界的用户往往性能很差。小区分裂和扇区化可以在一定程度上提高系统容量，但由于切换频繁、干扰和成本等因素的影响，也不能无限制地进行下去。

多用户分集是利用不同用户的衰落信道的随机波动，总是选择信道条件最好的用户一起工作而得到多用户分集增益1。

简介分布式天线系统(DAS)将蜂窝系统中的基站简化为收发天线和信号转换装置，各天线用光纤连接到一个中央处理单元进行统一的收发信号处理。天线的数目由所需传输的业务量等因素决定，天线可以尽可能靠近无线用户终端，以便于减小无线信号发送功率，提高整个系统的功率效率。与蜂窝系统相比，分布式无线通信网络可以提供高得多的传输速率和系统容量1。

分集技术分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输的可靠性，它也是一项研究利用信号的基本参量在时域、频域与空域中，如何分散开又如何收集起来的技术。

“分”与“集”是一对矛盾，在接收端取得若干条相互独立的支路信号以后，可以通过合并技术来得到分集增益。从合并所处的位置来看，合并可以在检测器以前，即在中频和射频上进行合并，且多半是在中频上合并；合并也可以在检测器以后，即在基带上进行合并。合并时采用的准则与方式主要分为四种：最大比值合并（MRC:Maximal Ratio Combining）、等增益合并(EGC:Equal Gain Combining)、选择式合并(SC:Selection Combining)和切换合并（Switching Combining）2。

原理分析无线信号在复杂的无线信道中传播产生Rayleigh衰落，在不同空间位置上其衰落特性不同。如果两个位置间距大于天线之间的相关距(通常相隔十个信号波长以上)，就认为两处的信号完全不相关。这样就可以实现信号空间分集接收。

传统上通过分集提供独立的衰落信道在接收机接收多个发射信号的副本。从中提取发射信号。当不同的信息比特经过独立的衰落，所有的副本同时深衰落的概率非常的小，这样，接收机可以从衰落较轻的接收信号提取发送的比特。

在MIMO通信中，空时编码(STC)将数据分成多个数据子流在多个天线上同时发射，建立了空间分离和时间分离之间的关系，通过在发射天线间的时域引入编码冗余得到分集增益。其本质在于建立了空间分离和时间分离之间的关系，达到各个天线之间的相互保护的目的（也就是说各个天线发送的信号独立或者相关性很小），降低了同一个符号在所有天线上发生深度衰落的机会，降低平均误码率2。

调度算法采用普通的轮询调度算法得不到多用户分集的好处。一种实际的方法是将轮询调度算法和用户选择结合起来，每次轮询的时候都选择空间正交性最好的用户同时工作。因为如果同时工作的用户理想正交，那么发端的迫零运算实际上就相当于一个矩阵旋转运算，从而没有因抵制其他用户的干扰而造成的容量损失。当然，这种理想情况只有在用户数趋近无穷的时候才能实现，这其实也就是迫零波束成形算法能逼近广播信道和容量的原因。实际情况中只要选择用户间信道正交性最好的用户一起工作，就可以在满足迫零波束成形算法用户数目限制的同时可以得到多用户分集增益1。

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学