無線信道中信號功率的波動非常快速。信號功率顯著下降時，信道處于衰落狀態。分集用于在無線信道中抵抗衰落。接收天線分集可在 SIMO 通道中使用。接收天線接收同一信號獨立的衰落狀態，并與這些信號相結合，使得合成信號的幅度變化小于任一天線的信號。通常使用獨立衰落信道數來描述分集的特征，這一數目也稱為“分集階數”，并且如果同一發射天線針對所有接收天線的信道具有獨立的衰落特性，則分集與 SIMO 信道中接收天線的數量相等。發射分集適用于 MISO 信道并且已經成為備受關注的研究領域。提取分集需要適當的設計發射信號。在接收機上使用合適的組合方案，以獲得分集增益。如果所有發射天線到同一接收天線的信道具有獨立的衰落特性，則該信道的分集與發射天線的數量相等。

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　　圖 2 給出了一個簡單的發射機分集方案實例，也稱為 Alamouti 空時編碼。在指定的符碼周期，兩個天線同時發出兩個信號。在符碼周期 t1，分別從天線 0 和天線 1發送信號s0和s1，在下一個符碼周期 t2 內， 天線 0發送信號 -s1*，天線 1發送信號 s0*，其中 ( )* 是復共軛運算。這一序列如圖 2 所示。編碼是在空時編碼中完成的，也可在空頻編碼中完成。可使用兩個相鄰的載波(空頻編碼)來替代兩個相鄰的符碼周期。使用 MIMO 信道的分集需要將上述發射和接收分集相結合。如果每個發射接收天線對之間的信道獨立衰落，則分集順序與發射和接收天線的數量相等。

　　空間復用

　　空間復用可以為相同帶寬的信號提供線性增長的傳輸速率，而且不會造成額外的功率損耗。

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　　圖 3 給出了含有兩個發射天線的簡單的空間復用系統，這一概念可擴展到更普遍的 MIMO 系統中。發射的比特流被去復用到兩個具有一半速率的子比特流中，由每個發射天線同時進行調制和發射。例如在圖 3 中，在符碼周期 t1 內，天線 0發射 符號s0，從天線 1 發射符號s1。在符碼周期 t2 內， 天線 0 發射符號s2，天線 1 發射符號s3。因此，發射速率是 SISO 系統的兩倍。在最佳的信道條件下，接收機端接收到的信號的空間特性,可以被很好的分離。接收機根據信道信息可以對兩個同信道信號進行區別和提取。進行解調之后，子比特流能夠相互結合產生原始比特流。所以，空間復用所能提高的傳輸速率與發射接收天線對的數量成正比。空間復用還可用于多用戶格式，也就是空分多址或 SDMA。假設兩個用戶發射獨立的信號，這兩個信號均到達一個配有兩個天線的基站。該基站可以分離這兩個信號，以支持兩個用戶同時使用信道。這使容量能夠根據基站的天線數量和用戶數量成比例的增加。

　　波束賦形

　　在空間分集和空間復用中，通常認為發射機不了解信道信息。當發射機具備信道信息時，可改善系統性能。信道信息可以是完整的也可以是部分的。完整的信道信息意味著發射機已知信道矩陣。部分信息可能指的是瞬時信道的某些參數(例如矩陣信道的條件數)或統計特性(例如發射或接收的相關特性)。圖 4 顯示了使用信道信息的預編碼框架。發射信號(S0，S1)與預編碼相乘，這可以解釋為波束賦形。經過預編碼之后，兩個分離的數據流可從兩個發射天線同時發送，作為空間復用，但是矩陣編碼器將根據信道信息發生變化。假設發射機已經知道發射相關矩陣，則可以使用相關矩陣的特征矩陣建立預編碼矩陣，以優化遍歷容量。將 2 X 2 預編碼矩陣表示為 W，則符碼周期 t1 內的發射符碼為：

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　　同樣，可以使用預編碼矩陣表示發射符碼 x2 和 x3。在這個預編碼方案中，傳輸速率與發射接收天線對的數量成正比。

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