4G中的MIMO智能天线技术
浅析第四代移动通信关键技术
浅析第四代移动通信关键技术在当今科技飞速发展的时代，移动通信技术的不断革新为人们的生活带来了极大的便利。
从最初的简单语音通话到如今的多媒体信息传输，移动通信技术的每一次进步都深刻地改变着我们的沟通方式和生活习惯。
其中，第四代移动通信技术（4G）的出现更是具有里程碑式的意义。
4G 移动通信技术并非一蹴而就，它是在之前几代通信技术的基础上逐步发展而来。
与以往的通信技术相比，4G 具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更好的频谱利用率以及更强大的多媒体支持能力。
首先，正交频分复用（OFDM）技术是 4G 移动通信中的关键技术之一。
OFDM 技术将高速的数据流分解为多个低速的子数据流，并通过多个相互正交的子载波进行并行传输。
这种方式有效地对抗了多径衰落，提高了频谱利用率。
简单来说，就好比把一条宽阔的高速公路分成了许多条并行的小道，车辆（数据）可以在这些小道上同时行驶，从而提高了通行效率。
多输入多输出（MIMO）技术也是 4G 中的核心技术。
MIMO 技术通过在发射端和接收端使用多个天线，实现了空间分集和空间复用。
空间分集可以增加信号的可靠性，降低误码率；空间复用则能够大大提高数据传输速率。
想象一下，多条信息通道同时传输数据，就像多条管道同时输水，自然能提高整体的传输量。
智能天线技术在 4G 中也发挥着重要作用。
智能天线能够根据信号的到达方向自适应地调整天线波束，从而增强有用信号，抑制干扰信号。
这就好像一个智能的信号接收和发送“指挥官”，能够准确地指挥信号的流向，提高通信质量。
软件无线电技术的应用为4G 通信带来了更大的灵活性和可扩展性。
软件无线电通过软件来定义和控制无线通信系统的功能，使得不同的通信标准和协议可以在同一硬件平台上实现。
这意味着运营商可以更轻松地升级和维护网络，用户也能够在不同的网络环境中实现无缝切换。
此外，链路自适应技术也是 4G 通信的重要组成部分。
链路自适应技术能够根据信道条件实时调整传输参数，如调制方式、编码速率等，以实现最佳的传输性能。
4G移动通信系统的关键技术
4G移动通信系统的关键技术4G移动通信系统的关键技术一：引言4G移动通信系统是第四代移动通信技术的代表，它具有更高的速率、更低的时延和更大的容量。
本文将对4G移动通信系统的关键技术进行详细介绍。
二：物理层技术1. OFDM技术OFDM（正交频分复用）技术是4G移动通信系统的关键基础技术，它能够有效地抵抗多径衰落以及频率选择性衰落，提高系统的频谱效率和抗干扰性能。
2. MIMO技术MIMO（多输入多输出）技术可以利用多个天线进行信号的传输和接收，通过空域上的多径传播提高系统的速率和容量，并提高信号的可靠性。
三：网络层技术1. IP分包技术IP分包技术可以将数据分成多个小包进行传输，提高网络的灵活性和传输效率，适应多种不同的应用场景。
2. 全IP网络技术全IP网络技术是4G移动通信系统中的核心技术，它通过统一的IP协议对语音、数据和视频进行传输，提供统一的服务和优化的网络接入。
四：数据链路层技术1. 自适应调制与编码技术自适应调制与编码技术可以根据信道条件来动态调整调制方式和编码率，提高信号的传输质量和系统的容量。
2. 空间复用技术空间复用技术可以将频率和空间进行灵活的分配，提高系统的频谱效率和容量。
五：移动接入层技术1. LTE技术LTE（Long Term Evolution）技术是4G移动通信系统中最主流的技术，它具有更高的速率和容量，支持多种应用场景和业务需求。
2. WiMAX技术WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）技术是另一种重要的4G移动通信技术，具有较大的覆盖范围和灵活的接入方式。
六：安全与管理技术1. 身份鉴别与认证技术身份鉴别与认证技术可以保护用户和网络的安全，防止未经授权的访问和攻击。
2. 密钥管理技术密钥管理技术可以确保通信过程中的数据安全性，通过合理的密钥、分发和更新策略，保护用户隐私和通信内容的保密性。
现代通信系统中的多天线技术
现代通信系统中的多天线技术随着移动通信技术的发展，多天线技术成为了一个被广泛应用的领域。
今天我们所用的4G、5G移动通信技术都离不开多天线技术的支持。
本文就将围绕着多天线技术展开，深入探讨它的相关内容。
一、多天线技术的概述多天线技术，也称作MIMO技术，是指利用多个天线来增强信号传输和接收的技术。
它的基本原理是通过将信号同时发送到多个天线上，然后将经过不同路径传回来的信号重新组合起来，从而提高了信号的质量和可靠性。
多天线技术广泛应用于移动通信、WLAN、WiFi等领域。
二、多天线技术的优点1. 提高了网络容量和质量多天线技术通过增加天线数量，可以提高网络的容量和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
2. 增强了抗干扰性能由于多天线技术可以通过重新组合信号来增强信号的质量和可靠性，因此，它可以有效地降低干扰的影响，提高网络的抗干扰性能。
3. 改善了用户体验多天线技术可以提高用户的数据传输速度和响应速度，从而改善了用户的体验，用户可以更快地下载、浏览和播放视频、音乐等。
三、多天线技术的实现方法多天线技术有多种实现方法，根据不同的场景和需求，实现方法也会有所不同，下面列举其中两种最常见的实现方法：1. SIMO（单天线-多接收机）SIMO是多天线技术中最简单的一种，它只有一个发送天线，但可以有多个接收天线。
具体而言，当发出的信号经过了多条路径之后，将会有多个接收天线接收到这个信号，然后将多个接收信号进行处理，以提高接收信号的质量和可靠性。
SIMO最常用于室内环境中，例如大楼内部、机场等区域。
2. MIMO（多天线-多接收机）相比于SIMO，MIMO拥有多个天线，既可以发射信号，也可以接收信号。
具体来说，当一个信号经过多条路径传播时，会到达多个天线，这时多个天线会分别接收到这个信号，并将接收到的信号进行处理和运算，从而提高了信号的质量和可靠性。
MIMO最常用于室外环境中，比如在车载设备、移动通信中。
四、多天线技术的应用领域多天线技术广泛应用于不同的领域，下面列举其主要应用领域：1. 移动通信多天线技术是移动通信中最重要的技术之一，它可以提高通信速率和覆盖范围，从而提高了网络的质量和性能。
4G通信中的MIMO智能天线技术
4G通信中的MIMO智能天线技术智能天线通常也称作自适应天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收，主要用于完成空间滤波和定位。
从本质上看，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系克服多址干扰及多径干扰，这是它与传统分集技术的本质区别。
MIMO系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，其有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。
其核心技术是空时信号处理，即利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合进行信号处理。
因此，可以被看作是智能天线的扩展。
智能天线系统在移动通信链路的发射端/或接收端带有多根天线，根据信号处理位于通信链路的发射端还是接收端，智能天线技术被定义为多入单出（MISO，MultipleInputSingleOutput）、单入多出（SIMO，Single Input Multiple Output）和多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等几种方式。
二、多入多出智能天线收发机结构及研究进展从图1可以看出，比特流在经过编码、调制和空时处理（波束成行或空时编码）后，映射成不同的信息符号，从多个天线同时发射出去；在接收端用多个天线接收，进行相应解调、解码及空时处理。
图1 多输入多输出智能天线收发机结构MIMO系统中的空时处理技术主要包括波束成形（beamforming）、空时编码（space-timecoding）、空间复用（spacemultiplexing）等。
波束成形是智能天线中的关键技术，通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。
波束成形能有效地抑制共道干扰，其关键是波束成行权值的确定。
1.MIMO系统的发射方案MIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化数据率的发射方案（空间复用SDM）和最大化分集增益的发射方案（空时编码STC）。
最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。
多入多出(MIMO)技术
MIMO系统在发射端和接收端均采用多个天线和多个 通道，如图3-37所示。
发射天线
R1(K) C1(K)
接收天线
信
SI(K)
源
空 时 编 码
CM(K)
天 线 阵
RM(K)
空 时 编 码
信 宿
图3-37
MIMO系统原理
传输信息流S（k）经过空时编码形成M个信息子流 ，这M个子流由M个天线发送出去，经空间 信道后由N个接收天线接收，多天线接收机能够利用先进 的空时编码处理技术分开并解码这些数据子流，从而实现 最佳处理。MIMO是在收发两端使用多个天线，每个收发天 线之间对应一个MIMO子信道，在收发天线之间形成 信道矩阵H，在某一时刻t，信道矩阵如（式3-34）所示。
3.9.2 MIMO技术的应用方案
前面分析指出MIMO技术优势明显，但对频率选择性衰 落无能为力，而OFDM技术却有很强的抗频率选择性衰落的 能力。因此将两种技术有效整合，便成为最佳的实用方案 ，如图3-38所示。图中，数据进行两次串并转换。首先将 数据分成N个并行数据流，将这N个数据流中的第n（n [1 ，N]）个数据流进行第二次串并转换成 L个并行数据流， 分别对应L个子载波，接着对这L个并行数据流进行IFFT变 换，再将信号从频域转换到时域，然后从第 n（n [1， N]）个天线上发送出去。这样共有NL个M-QAM（正交振幅 调制）符号被发送。整个MIMO系统假定具有N个发送天线 ，M个接收天线。在接收端第m（m [1，M]）个天线接收
（式3-34） 其中H的元素是任意一对收发天线之间的增益。
M个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一个频 带，因而并未增加带宽。若各发射天线间的通道响应独立 ，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行 的信道独立传输信息，必然可以提高数据传输速率。对于 信道矩阵参数确定的MIMO信道，假定发射端总的发射功率 为P，与发送天线的数量M无关；接收端的噪声用 矩阵 n表示，其元素是独立的零均值高斯复数变量，各个接收 天线的噪声功率均为 ；ρ为接地端平均信噪比。此时 ，发射信号是M维统计独立，能量相同，高斯分布的复向 量。发射功率平均分配到每一个天线上，则容量公式为： （式3-35）
4g技术原理
4g技术原理4G技术原理。
4G技术，即第四代移动通信技术，是指在3G技术基础上进一步发展的移动通信技术。
它具有更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的网络容量和更好的覆盖范围等特点，为用户提供更快速、更稳定的移动通信体验。
那么，4G技术的原理是什么呢？接下来，我们将从技术原理的角度来解析这个问题。
首先，4G技术的核心原理之一是正交频分复用技术（OFDM）。
OFDM技术通过将信号分成多个窄带子载波进行传输，有效提高了信号的传输效率和抗干扰能力。
在4G网络中，通过使用多载波调制技术，可以实现更高的数据传输速率，从而满足用户对高速数据传输的需求。
其次，多输入多输出技术（MIMO）也是4G技术的重要原理之一。
MIMO技术利用多个天线进行信号传输和接收，通过空间复用技术提高了信号的传输速率和系统的容量。
在4G网络中，MIMO技术可以实现更高的频谱效率和更好的覆盖范围，提升了网络的整体性能。
此外，4G技术还采用了分时复用技术（TDD）和频分复用技术（FDD）。
TDD技术和FDD技术分别在不同的频段和时间段进行信号的传输，有效提高了信号的传输效率和网络的容量。
通过这些复用技术的应用，4G网络可以实现更高的频谱利用率和更稳定的信号传输质量。
除此之外，4G技术还应用了智能天线技术和高效的调度算法。
智能天线技术可以根据用户的位置和信道条件进行自适应调整，提高了信号的覆盖范围和传输速率。
而高效的调度算法可以根据网络的负载情况和用户的需求进行动态调度，实现了资源的最优分配和利用。
综上所述，4G技术的原理主要包括OFDM技术、MIMO技术、TDD和FDD 技术、智能天线技术以及高效的调度算法等。
这些原理的应用使得4G网络具有了更高的数据传输速率、更低的延迟、更高的网络容量和更好的覆盖范围，为用户提供了更快速、更稳定的移动通信体验。
希望通过本文的介绍，读者对4G技术的原理有了更清晰的了解，也能够对未来移动通信技术的发展有更深入的思考。
4G移动通信中的OFDM-MIMO技术研究
卫星通 信等 的无缝 连接 ， 兼容 。数据传 相互 输速率还 可 以根 据 所 要 的 速率 不 同进 行 动 态 调整 。在 有 限 的频 谱 资源 上 实 现 如此 高 速率 和大 容量 ， 需要 提 高 频谱 效 率 。Ｏ Ｄ ＦＭ 技 术是可 以高效 地 利 用频 谱 资 源并 有 效 地 对抗频 率 选择 性 衰 落 。ＭＩ Ｏ利 用 多 个 天 Ｍ 线 实现多发多 收 ， 不增加 带宽 和发送功率 在 的情况 下 ， 以成 倍 地提 高信 道 容 量 。Ｍ ． 可 Ｉ Ｍ Ｏ和 Ｏ Ｄ 结 合 可 以克 服 无 线信 道 频 率 ＦＭ 选择性 衰落 、 增加 系统 容 量 、 高频 谱利 用 提 率， 成为 ４ 中关 键 技 术 之一 ， 当今 移 动 Ｇ 是
・
３ ・ ９
维普资讯
信道。通过这些并行空间信道独立地传输
文献 ［ ］ （ ］ Ｉ 、２ 中已经证 明 ， 信道 容量 将会 随 天线数 目的增 加 而线 性 增加 ， 图 ２所 示 如
。
信息 ， 传输速率必然可以增加。
由于各发 送 天线 同时发 送 的 信号 占用 由图２可知， 系统容量 ＾ 誊 ｖ 喾 餐抟疑繁 当天线数 目增多时， 同一频段 ， 以在 没有 增 加 带宽 的情 况下 所 和信噪 比几 乎成线性 关系 ， 同时也证 明了 成倍地提 高 了系统 的容 量 和频 谱 利用 率 在 Ｍ ＭＯ能改 善系统 性能 。 Ｉ
图 １ ＭＩ ＭＯ系统框 图
ＭＭ Ｉ Ｏ是 无 线 通 信领 域 智 能 天线 的重
大 突破 ， 它在 发 送 端 和 接 收 端 使 用 多 天 线
（ 或天 线阵 ） 同时发 送 、 接收 信号 ， 图 １ 如 所 示 ， 发送 、 收 天线 之 间 的信道 冲激 响 若各 接 应独立 ， Ｉ Ｍ ＭＯ就可 以创造 多个并 行 的空间
MIMO天线3种技术及应用场景分析
MIMO天线3种技术及应用场景分析0 前言多入多出（MIMO）系统指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统。
研究证明，MIMO 技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽带宽带通信系统，在室内传播环境下的频谱效率可以达到20～40 bit/s/Hz；而使用传统无线通信无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1～5 bit/s/Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10～12 bit/s/Hz。
通常，射频信号多径会引起衰落，因而被视为有害因素。
然而研究结果表明，对于MIMO系统来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。
MIMO技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命。
1 MIMO系统的3种主要技术当前，MIMO技术主要利用发射分集的空时编码、空间复用和波束成型等3种多天线技术来提升无线传输速率及品质。
1.1 发射分集的空时编码基于发射分集技术的空时编码主要有2种，即空时分组码（STBC）和空时格码（STTC）。
虽然空时编码方案不能直接提高数据率，但是通过这些并行空间信道独立、不相关地传输信息，从而使信号在接收端获得分集增益，为数据实现高阶调制创造条件。
1.1.1 空时分组码（STBC）STBC在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，它通过在发射端增加信号的冗余度，使信号在接收端获得分集增益，空时分组码是将同一信息经过正交编码后从多根天线发射出去。
MIMO系统的原理，传输信息流s（k）经过空时编码形成N个信息子流 ci（k），i=1，．．．，N。
这N个信息子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。
多天线接收机利用先进的空时编码处理能够分开并解码这些数据子流，从而实现最佳的处理。
特别是这N个子流同时发射信号，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。
若各发射接收天线间的通道响应独立不相关，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。
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4G中的MIMO智能天线技术一、引言智能天线通常也称作自适应天线阵列，可以形成特定的天线波束，实现定向发送和接收，主要用于完成空间滤波和定位。
从本质上看，它利用了天线阵列中各单元之间的位置关系，即利用了信号的相位关系克服多址干扰及多径干扰，这是它与传统分集技术的本质区别。
MIMO系统是指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统，其有效地利用随机衰落和可能存在的多径传播来成倍地提高业务传输速率。
其核心技术是空时信号处理，即利用在空间中分布的多个时间域和空间域结合进行信号处理。
因此，可以被看作是智能天线的扩展。
智能天线系统在移动通信链路的发射端/或接收端带有多根天线，根据信号处理位于通信链路的发射端还是接收端，智能天线技术被定义为多入单出（MISO，Multiple Input Si ngle Output）、单入多出（SIMO，Single Input Multiple Output）和多入多出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）等几种方式。
For personal use only in study and research; not for commercial use二、多入多出智能天线收发机结构及研究进展从图1可以看出，比特流在经过编码、调制和空时处理（波束成行或空时编码）后，映射成不同的信息符号，从多个天线同时发射出去；在接收端用多个天线接收，进行相应解调、解码及空时处理。
For personal use only in study and research; not for commercial use图1多输入多输出智能天线收发机结构MIMO系统中的空时处理技术主要包括波束成形（beamforming）、空时编码（space-time coding）、空间复用（space multiplexing）等。
波束成形是智能天线中的关键技术，通过将主要能量对准期望用户以提高信噪比。
波束成形能有效地抑制共道干扰，其关键是波束成行权值的确定。
1.MIMO系统的发射方案For personal use only in study and research; not for commercial useMIMO系统的发射方案主要分为两种类型：最大化数据率的发射方案（空间复用SDM）和最大化分集增益的发射方案（空时编码STC）。
最大化数据率发射方案主要通过在不同天线发射相互独立的信号实现空间复用。
空时编码的方案是指在发射端对数据流进行联合编码以减小由于信道衰落和噪声所导致的符号错误率，它通过在发射端的联合编码增加信号的冗余度，从而使信号在接收端获得分集增益，但空时编码方案不能提高数据率。
（1）空时编码一些文献中给出了大量的发射机制，这些机制分别可以使频谱效率最大、速率最高、信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio）最大，它们都依赖信道状态信息（CSI，Channel State Information）在发射端和接收端的已知程度。
CSI在接收端通过信道估计可以获得，然后，通过反馈可以通知发射端。
对于发射端不需要CSI的发射机制，可以引入空时编码或者采用空间复用增益来利用空间维数。
空时编码主要分为空时格码和空时块码。
接收到的信号通过最大似然（ML，Ma ximum Likelihood）译码器进行检测。
最早的空时编码是空时格码STTC（Space-Time Tr ellis Code），在这种方式下，接收端需要多维维特比算法。
STTC可以提供的分集等于发射天线的数目，提供的编码增益取决于码字的复杂度而无需牺牲带宽效率。
空时分组编码（STBC，Space-Time Block Code）可以提供与STTC相同的分集增益，但是它没有编码增益。
又由于STBC在译码时只需要线性处理，因此，通常都使用STBC。
空时编码技术一般假设CSI在接收端是完全已知的，当CSI在两端都未知时，提出了酉空时编码和差分空时编码。
（2）空间复用空间复用是指在发射端发射相互独立的信号，在接收端用ZF，MMSE，ML，V-BLAST[3]等方法进行解码。
它能最大化MIMO系统的平均发射速率，可牺牲一些数据率获得更高的分集增益。
3）空间复用和空时编码结合将空间复用和空时编码相结合，在保证每个数据流获得最小分集增益的条件下，最大化平均数据率。
目前，将空间复用和空时编码相结合的方案主要有两种，链接编码和使用块码映射的自适应MIMO系统。
链接编码方案是指在内部使用空时编码，外部使用传统的信道纠错码（TCM，卷积码，RS码）的编码方案[4]，这种方案既能提供分集增益，又能提高系统容量。
因为信道间的相关性将影响多天线系统的频谱效率，当信道处于理想状态或信道间相关性小时，发射端采用空间复用的发射方案，当信道间相关性大时，采用空时编码的发射方案。
2.MIMO的接收分集技术MIMO系统在接收端的解码算法主要有ZF算法、MMSE算法、判决反馈解码算法、最大似然解码算法和分层空时处理算法（bell labs layered space-time，BLAST）。
其中，迫零算法和MMSE算法是线性算法，而判决解码算法，最大似然解码算法和分层空时处理算法是非线性算法。
在SIMO或者MIMO通信链路的接收端，接收机或者均衡器利用多径信号重构发射信号。
在非频率选择SIMO信道下，最优接收机制是最大比合并（MRC，Ma ximum Ratio Combining）；而对于频率选择SIMO信道，最优接收机制是ML检测，但它是非线性的，其复杂度与天线数目成指数关系（可以用线性译码器来代替，但是性能会有所下降）。
ZF均衡器通过信道的逆可以消除符号间干扰ISI（InterSymbol Interference），但是其代价是对噪声产生了放大。
MMSE接收机可以在噪声放大和ISI消除之间进行折衷。
基于判决反馈的一种次优非线性机制判决反馈均衡（DFE，Decision Feedback Equalizer）可以用于改善线性均衡器的性能，它通过反馈滤波器将以前符号产生的部分ISI从目前的符号中消除。
ML和线性均衡可以扩展到MIMO信道中，与MIMO接收机相关的问题就是多流干扰（MSI，Multistream）的存在。
MSI会导致多个数据流之间的相互干扰。
非线性连续抵消均衡器或者V-BLAST均衡器可以将MIMO信道转换成一些并行信道，但是该机制可能存在差错传播现象。
3.MIMO系统中的波束成形技术（1）特征波束成形MIMO系统的系统模型为r=Hs+n，将信道矩阵H进行奇异值分解，如果发射端已知信道信息，通过发射端的特征波束成形和接收端的线性处理，可将MIMO 信道分成平行的子信道。
如果发射端不知道信道状态信息，在多用户的环境下，可以采用随机波束成形方法实现多用户分集。
（2）波束成形与空时编码结合大多数情况下，假设CSI的部分信息在发射端已知是合理的，因而提出了空时编码和波束成形相结合的混合机制。
空时编码和波束成形是两种不同的发送分集技术。
空时编码属于开环分集技术，在发送端不需信道信息；阵列波束成形属于闭环分集技术，利用信道反馈信息进行空间滤波或干扰抑制，信道反馈的准确性会严重影响波束成形的效果。
当发送端获得部分信道状态信息时（如信道均值或信道协方差矩阵），可以根据信道信息选择发射策略（波束成形或空时编码[5]）。
波束成形的权值在保证接收端达到信噪比和误码率要求的条件下，由反馈信道信息决定，文献[6][7]中指出结合功率分配，波束成形和空时编码对发射机进行联合优化，在不增加设备复杂度和损失发射速率的条件下，提供了比传统空时编码更好的性能。
总之，描述多入多出智能天线收发机特征的性能度量为均方误差（MSE，Mean Squa re Error）、SNR、误比特率（BER，Bit Error Rate）、可达吞吐量、需要的发射功率和信道容量。
发射和接收机制都是根据这些准则进行优化的。
设计它的收发机要特别关注以下4个关键参数：（1）在发射端和接收端CSI的可靠性；（2）发射信号的特征（调制、复用和训练信息）；（3）要优化的性能度量；（4）计算复杂度的大小。
三、智能天线的优点在移动通信系统中，多径及多径时延扩展是移动通信中存在的主要问题。
多径传播将导致信号严重衰落，时延扩展导致符号间干扰，这将会严重地影响通信链路的质量。
同时，共信道干扰是移动通信系统容量的主要限制因素，它将影响用户对有效网络资源（频率、时间）的复用。
智能天线通过利用多径可改善链路的质量，通过减小相互干扰来增加系统容量，并且允许不同的天线发射不同的数据。
总之，智能天线的优点可以归纳如下：1）增加覆盖范围在接收端天线阵列对信号进行相干接收，可产生阵列或波束成形增益，该增益与接收天线的数目成正比。
（2）降低功率/减小成本智能天线对特定用户的传输进行优化，可以降低发射功率，从而降低放大器的成本。
（3）改善链路质量/增加可靠性分集的形式包括时间分集、频率分集、码分集和空间分集等。
当用智能天线对空间域进行抽样时就会产生空间分集。
在非频率选择性衰落的MIM O信道中，最大的空间分集阶数等于发射天线数目和接收天线数目的乘积。
多个发射天线通过采用特殊的调制和编码机制就可以产生发射分集，而多个接收天线的接收分集取决于对独立衰落信号的合并。
（4）增加频谱效率通过不同方法精确地控制发射功率会减小同道干扰，从而增加使用同样资源的用户数目。
通过波束成形实现空分多址（SDMA）可以实现资源的复用，从而增加数据速率和频谱效率。
该增益也被称为空间复用增益。
MIMO系统中利用多个独立的空间维数来同时传送数据，在不相关瑞利衰落MIMO信道中，其信道容量与收发天线数目的最小值成正比。
通常设计智能天线主要集中在上面提到的某一种增益，如波束成形、分集增益、复用增益。
最近这些增益之间的相互折衷已经成为研究的焦点。
四、未来移动通信系统中的智能天线技术未来移动通信系统需要可以适用于各种通信环境的信号处理技术，因此，未来智能天线设计的初始阶段必须认真地考虑在性能和复杂度之间折衷地优化。
1.物理层的可重配置性为了使移动通信通信收发机可以工作在多参数连续改变的环境中，需要在收发机中采用可重新配置的自适应技术来调节结构，从而获得最好的性能。
智能天线收发机中的可重配置性可以看作是在各种不同环境中收发机结构的智能切换。
例如，文献[8][9]提出了在MIMO 信道中用于空间分集和复用相互折衷的算法。
2.不同层之间的优化OSI（Open System Interconnection，开放系统互连）模型定义的高层之间的相互作用可以提高整个系统的性能。
通过结合物理层、链路层、网络层的参数设计智能天线，即考虑到各层之间相互关系来设计，而不是单独考虑某一层。