延時分集技術的產生使人們很自然地想到，能否存在一種更好的編碼方式，不需要重復編碼，就能在保持同樣的數據速率、不犧牲帶寬的情況下獲得更好的性能，這樣就產生了一種新的編碼方式，這就是集空分、時分、調制于一體的空時編碼。

在空時編碼中，STTC能夠在不增加傳送寬帶和不改變信息速率的情況下，獲得最大的編碼增益和分集增益。

1.2 空間復用

系統將數據分割成多份，分別在發射端的多個天線上發射出去，接收端接收到多個數據的混合信號后，利用不同空間信道間獨立的衰落特性，區分出這些并行的數據流。從而達到在相同的頻率資源內獲取更高數據速率的目的。空間復用與發射分集技術不同，它在不同天線上發射不同信息。

空間復用技術是在發射端發射相互獨立的信號，接收端采用干擾抑制的方法進行解碼，此時的空口信道容量隨著天線數量的增加而線性增大，從而能夠顯著提高系統的傳輸速率（見圖3）。

使用空間復用技術時，接收端必須進行復雜的解碼處理。業界主要的解碼算法有迫零算法（ZF）、MMSE算法、最大似然解碼算法（MLD）和貝爾實驗室分層空時處理算法（BLAST）。

迫零算法，MMSE算法是線性算法，比較容易實現，但對信道的信噪比要求較高，性能不佳；MLD算法具有很好的譯碼性能，但它的解碼復雜度隨著發射天線數量的增加呈指數增加，因此，當發射天線的數量很大時，這種算法是不實用的；綜合前述算法優點的BLAST算法是性能和復雜度最優的。

BLAST算法是貝爾實驗室提出的一種有效的空時處理算法，目前已廣泛應用于MIMO系統中。BLAST算法分為D-BLAST算法和V-BLAST算法。

D-BLAST算法是由貝爾實驗室的G.J.Foschini于1996年提出的。對于D-BLAST算法，原始數據被分為若干子數據流，每個子流獨立進行編碼，而且被循環分配到不同的發射天線。D-BLAST的好處是每個子流的數據都可以通過不同的空間路徑到達接收端，從而提高了鏈路的可靠性，但其復雜度太大，難以實際使用。

1998年G.D.Golden和G.J.Foschini提出了改進的V-BLAST算法，該算法不再對所有接收到的信號同時解碼，而是先對最強信號進行解碼，然后在接收信號中減去最強信號，再對剩余信號中最強信號進行解碼，再次減去，如此循環，直到所有信號都被解出。

2002年10月，世界上第一個BLAST芯片在貝爾實驗室問世，這標志著MIMO技術走向商用的開始。

1.3 波束成型技術

波束成型技術又稱為智能天線，通過對多個天線輸出信號的相關性進行相位加權，使信號在某個方向形成同相疊加，在其他方向形成相位抵消，從而實現信號的增益。

當系統發射端能夠獲取信道狀態信息時（如TDD系統），系統會根據信道狀態調整每個天線發射信號的相位（數據相同），以保證在目標方向達到最大的增益；當系統發射端不知道信道狀態時，可以采用隨機波束成形方法實現多用戶分集。

2 3種技術的優缺點及應用場景

空間復用能最大化MIMO系統的平均發射速率，但只能獲得有限的分集增益，在信噪比較小時使用，可能無法使用高階調制方式（如16QAM等）。

無線信號在密集城區、室內覆蓋等環境中會頻繁反射，使得多個空間信道之間的衰落特性更加獨立，從而使得空間復用的效果更加明顯。

無線信號在市郊、農村地區，多徑分量少，各空間信道之間的相關性較大，因此空間復用的效果要差許多。

對發射信號進行空時編碼可以獲得額外的分集增益和編碼增益，從而可以在信噪比相對較小的無線環境下使用高階調制方式，但無法獲取空間并行信道帶來的速率紅利。空時編碼技術在無線相關性較大的場合也能很好地發揮效能。

因此，在MIMO的實際使用中，空間復用技術往往和空時編碼結合使用。當信道處于理想狀態或信道間相關性小時，發射端采用空間復用的發射方案，例如密集城區、室內覆蓋等場景；當信道間相關性大時，采用空時編碼的發射方案，例如市郊、農村地區。這也是3GPP在FDD系統中推薦的方式。

波束成型技術在能夠獲取信道狀態信息時，可以實現較好的信號增益及干擾抑制，因此比較適合TDD系統。

依據文獻［4］，波束成型技術不適合密集城區、室內覆蓋等環境，由于反射的原因，一方面接收端會收到太多路徑的信號，導致相位疊加的效果不佳；另一方面，大量的多徑信號會導致DOA信息估算困難。

3 二重接收分集技術的數據速率提升作用

3G（WCDMA）室內空間二重分集接收的實測數據速率，也可說明多天線作用。室內分布空間二重分集接收如圖4所示。

從表1可看出室內覆蓋，二重分集接收速率提升2倍以上。