MIMO技术在TD演进系统中的应用研究.doc

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1、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技术的出现，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技术的应用进行了长期的研究，MIMO技术已经成为3G演进系统的必选技术。　　TD-SCDMA的演进　　TD-SCDMA作为3G标准之

2、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+技术和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

3、、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。　　MIMO技术　　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技术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技术，

4、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演进系统的关键技术也是必然趋势。图13GPP中的MIMO接收机框图　　智能天线和MIMO技术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技术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技术相结合,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,

5、还能通过MIMO技术获得的容量增益。　　MIMO与CDMA结合的码复用技术　　随着3G技术的飞速发展，以及3G演进过程中对高速数据传输的需求，MIMO技术与CDMA系统结合的码复用方式被提出。3GPP给出了空间复用MIMO处理技术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

6、。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技术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

7、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

8、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