MIMO威廉希尔官方网站 在3G演进系统中的应用方案

目前，我国的TD-SCDMA网络已经具备了相当的规模，并且全面升级到HSDPA阶段，能实际提供用户下行最高2.8Mbit/s的数据速率。然而随着宽带无线接入的出现，接入移动化、宽带化的业务需求越来越旺盛，用户对移动通信网络的速率要求也越来越高，例如多方视频会议、视频点播等业务需要的数据速率经常高达100Mbit/s。MIMO威廉希尔官方网站 的出现，使得大幅度提高系统数据速率成为可能，在3GPP的标准化进程中，对MIMO威廉希尔官方网站 的应用进行了长期的研究，MIMO威廉希尔官方网站 已经成为3G演进系统的必选威廉希尔官方网站 。

TD-SCDMA的演进

TD-SCDMA作为3G标准之一，经过近10年的发展，已经走过了第一阶段即单载波和多载波TD-SCDMA。目前TD-SCDMA正处于短期演进阶段，主要包括引入高速下行分组接入（HSDPA）和高速上行分组接入（HSUPA），通过采用高阶调制方式、快速调度和快速重传机制增加系统吞吐量，减少传输时延，提高峰值速率。TD-SCDMA的中长期演进，即HSPA+威廉希尔官方网站 和LTE，HSPA+ 阶段的数据速率将超过10Mbit/s，LTE阶段的峰值数据速率能到达100Mbit/s。TD-LTE系统是TD-SCDMA在向IMT- Advanced系统演进过程中的过渡阶段，目标是提供高数据速率、低时延和优化分组数据应用，为3G系统向IMT-Advanced的平滑演进起到良好的铺垫作用。

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MIMO系统在发射端和接收端均采用多天线（或阵列天线）和多通道，多天线接收机利用空时编码处理能够分开并解码数据子流，从而实现最佳处理。若各发射接收天线间的通道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间子信道，通过这些并行空间子信道独立地传输信息，数据速率必然可以提高。研究表明，在散射丰富的无线环境中，MIMO威廉希尔官方网站 将极大的提高信道容量，并且信道容量随收发端最小天线个数的增加而近似线性增加。在通信系统中，通过采用MIMO威廉希尔官方网站 ，在空域上实现空间分集、空间复用和波束成形，系统性能和传输能力能够得到很大提高。由于MIMO可以提高系统容量和频谱效率，因此将它作为TD-SCDMA演进系统的关键威廉希尔官方网站 也是必然趋势。

图1 3GPP中的MIMO接收机框图

智能天线和 MIMO威廉希尔官方网站 是多天线系统的两个不同分支。智能天线利用信道的相关性以达到波束赋形的目的，能提高系统覆盖，降低干扰；MIMO威廉希尔官方网站 则利用信道的独立性以达到多数据流并行传输的目的，能提高系统的容量。如果将智能天线与MIMO威廉希尔官方网站 相结合，系统能同时获得空间分集和空间复用增益。这种新的天馈系统不但能提供智能天线所带来的覆盖增益，还能通过MIMO威廉希尔官方网站 获得的容量增益。

MIMO与CDMA结合的码复用威廉希尔官方网站

随着3G威廉希尔官方网站 的飞速发展，以及3G演进过程中对高速数据传输的需求，MIMO威廉希尔官方网站 与CDMA系统结合的码复用方式被提出。3GPP给出了空间复用MIMO处理威廉希尔官方网站 中码复用的实现过程。

每一个信道化码/扰码对可以调制到M（M为发送天线个数）个不同的数据流上。共享同一个信道化码/扰码对的数据流，可以通过它们的空间特征被区分出来。理论上讲，MIMO系统码复用的峰值吞吐量是SISO系统的M倍。如果SISO系统使用高阶调制使得两者获得相同的数据速率，那么码复用只需要更小的 SNR。传统的单天线发射机把一个高速率数据流分解为N个低速率的子数据流。第n个子数据流使用第n个扩频码（n=1，2，L，M）进行扩频，这N个子数据流被合并、加扰并发送出去。而在MIMO系统的发送端，高速率数据流被分解为MN个子数据流，M组子数据流中的第n个子流使用第n个扩频码 （n=1，2，L，M）；第m个子数据流（m=1，2，L，M）通过第m根天线发送出去，这样共享同一个扩频码的子数据流通过不同的天线被发送出去。

在接收端，终端采用多天线和空间信号处理威廉希尔官方网站 以区分使用同一个扩频码的M个子数据流。配备了P个天线的典型MIMO接收机如图1所示。为实现连续检测，终端必须获知每一组收发天线对之间的复信道衰落值。对于平坦衰落信道而言，信道是由MP个复信道系数表征的；而对于频率选择性衰落信道而言，信道由 LMP个系数表征（L为RAKE接收机的指峰数）。对于这两种信道，都可以通过计算接收到的信号与M个正交的导频序列获得信道估计值。在3G的MIMO系统接收端，一般用多用户检测器来解决MAI的问题，如ML多用户检测器以及V-BLAST多用户检测器。ML性能最优，但是它具有高复杂度的缺点，其复杂度与M成指数增长。与ML多用户检测相比，V-BLAST是次优的，但是其复杂度较低。因此，实际中接收端常采用V-BLAST检测。

V-BLAST检测器主要包括两部分：线性变换和排序连续干扰相消。线性变换可以使用迫零（ZF）准则或者MMSE准则来消除MAI。线性变换之后，具有最大信号干扰噪声比（SINR）的编码符号被检测出来，并且把它从所有接收信号中去除。对于修正后的接收信号向量，继续使用线性变换和OSIC方法，进行信号提取，直到所有的子数据流被检测出来。被检测出来的共计MN个子数据流通过多路复用器，最终形成一个高速率的数据流，然后再进行后续的信号处理，例如，反映射、解交织和译码等。

MIMO在TD-SCDMA演进系统中的解决方案

当发送端能准确及时地获知信道状态信息（CSI）时，发送端可以通过信道矩阵的奇异值分解（SVD）对每根天线上的发射功率进行最优分配，使得系统总体性能最优。在实际通信系统中，无线信道随着环境和噪声的改变发生快速的变化，发送端很难及时获得完全准确的CSI，因此研究在获知有限CSI下如何提高系统性能的MIMO解决方案变得极具意义。目前被广泛认可的方案有：每天线速率控制（PARC）和每流速率控制（PSRC），都具有较高的系统性能和终端接收处理的可实现性。

PARC

基于TD-SCDMA的MIMO威廉希尔官方网站 采用码复用方案的同时还可以对每根天线发送的数据速率进行控制，即为PARC方案。PARC方案的原理是每根发送天线上发送的数据流的调制编码都是独立的，网侧根据终端上报的反馈信息或者是上行链路的测量信息（TDD系统上下行链路的对称性）来决定每根发送天线上数据流的调制编码方式。如果某根天线对应的信道质量太差，甚至于不能支持最低的数据速率，则这根天线将不发送数据，因此，选择发送是PARC的一种特殊情况。

PARC中的HS-DSCH基本物理层结构

图2 PARC方案中的HS-DSCH的基本物理层结构PARC的实现机制

图2给出了PARC方案中的HS-DSCH的基本物理层结构。一个高速率数据流被解复用为最多为NT（NT为发送端天线数）个低速的数据流。每个低速的数据流单独进行编码、交织和调制。由于每个低速的数据流采用的编码调制方式不一定相同，因此所承载的信息比特数也不一定相同。对于某个低速的数据流包含的符号由相应的发送天线发送至空口。其中每个低速的数据流再次被分解至C个子流，其中C代表终端实际接入能力定义的最大HS-PDSCH数目。这些子流分别使用不同的OVSF信道化码扩频后叠加，再使用扰码进行调制，最终得到CDMA调制后的低速数据流由相应的天线发送。

PARC的实现机制

网侧为每根发送天线选择合适的调制和编码方式（MCS），表1为网侧可以选用的MCS集合的一个示例。网侧选择MCS的依据主要由终端反馈的发送天线的SINR决定，该SINR是通过终端上所有接收天线，并且对应于某个特定发送天线的测量和，它包括同一根天线上的码间干扰和来自其它天线上的空间干扰，或者是网侧自己根据上行链路估计得到的下行发送天线的SINR。

分配给某个终端的物理资源包括发送天线、信道化码和时隙，由于网侧在任一时刻都要同时服务多个终端，而不支持MIMO威廉希尔官方网站 的终端不能消除发端采用MIMO威廉希尔官方网站 发送的符号间的干扰，因此不支持MIMO威廉希尔官方网站 的终端不能和支持MIMO威廉希尔官方网站 的终端在同一时隙接收数据。

PSRC

基于TD-SCDMA的MIMO威廉希尔官方网站 采用码复用方案还有另外一种控制速率的方法，称为每流速率控制（PSRC）方案。

与PARC不同的是，PSRC方案把几根天线组成一组，通过分集和赋形形成一个流，在接收端，把从每个发射数据流得到的对应的SINR分别计算，然后得到的每个数据流要反馈的信道状态指示（CQI）值，然后把CQI值反馈给发送端和这个数据流相对应的那组天线；在发射端，不同天线组分别利用这个对应的CQI信息来控制自己对应的那组天线的发射功率，不同的组天线对应的CQI信息不一定相同，因此下一帧发射的速率也不一定相同。

利用SA形成的MIMO阵列，把八根天线分成N组进行速率控制就是PSRC，它还会根据上行链路的反馈信息把一组内的天线进行BF，这样还可以提供赋形增益。特别当每组天线数都为一时，PSRC即为PARC。

图3是3GPP协议里给出的基于PSRC方案的8‘2双波束赋形数据流传输场景。网侧使用天线1到天线4组成第一组，通过分集和赋形形成一个数据流，天线5到天线8组成第二组，通过分集和赋形形成另一个数据流，分别从空口发出。

图3 PSRC方案中双波束赋形数据流传输

通过简要介绍MIMO威廉希尔官方网站 以及与TD-SCDMA系统的结合应用，研究TD-SCDMA演进系统中的两种MIMO威廉希尔官方网站 的速率控制实现方案，我们了解到TD-SCDMA的演进系统（如TDHSPA+和TD-LTE）采用MIMO威廉希尔官方网站 ，可以支持更高的数据传输速率，为用户的服务质量提供保证，而且与智能天线威廉希尔官方网站 形成了有效的补充，具有非常重要的意义。

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