1．介绍
跟着无线通信体系的充沛开展，语音事务现已不能够满意人们对高速数据事务的要求。供给网页阅读、多媒体数据传输以及其他类型的数据事务是开展无线通信体系和服务的一个重要意图。特别是，依据码分多址的第三代移动通信体系。尽管现已提出多种运用现有无线资源（比方码道、时隙、频率等）进步数据传输速率的主张，可是其只不过是以语音容量交换数据容量的办法。跟着MIMO的技能的呈现，一种运用多个发射天线、多个接纳天线进行高速数据传输的办法现已被提出，并成为未来无线通信技能开展的一种趋势。最早提出MIMO概念的是Telatar和Foschini，其间Foschini等人提出的BLAST结构是典型的运用MIMO技能进行空间多路复用的技能。现已证明，具有M个发射天线以及P个接纳天线的MIMO体系，在P≥M的状况下简直能够使得信道容量进步到本来的M倍。
传统的MIMO体系均对错扩频的体系，而第三代移动通信体系是依据CDMA技能的扩频体系。能够选用码复用（Code-Reuse）办法把MIMO技能与CDMA体系结合起来，然后有用地进步其高速下行分组接入（HSDPA）的全体数据速率。相同，TD-SCDMA体系也能够选用码复用的办法来运用MIMO技能，本文给出了一种TD-SCDMA体系的MIMO技能解决方案。这样，TD-SCDMA体系将既能够运用智能天线技能，也能够运用MIMO天线技能，本文将开始剖析运用MIMO技能之后对智能天线技能的影响。
2．MIMO技能概述
MIMO技能大致能够分为两类：发射/接纳分集和空间复用。传统的多天线被用来添加分集度然后战胜信道式微。具有相同信息的信号经过不同的途径被发送出去，在接纳机端能够取得数据符号多个独立式微的复制品，然后取得更高的接纳可靠性。举例来说，在慢瑞利式微信道中，运用1根发射天线n根接纳天线，发送信号经过n个不同的途径。假如各个天线之间的式微是独立的，能够取得最大的分集增益为n，平均差错概率能够减小到 ，单天线式微信道的平均差错概率为 。关于发射分集技能来说，相同是运用多条途径的增益来进步体系的可靠性。在一个具有m根发射天线n根接纳天线的体系中，假如天线对之间的途径增益是独立均匀散布的瑞利式微，能够取得的最大分集增益为mn。
智能天线技能也是经过不同的发射天线来发送相同的数据，构成指向某些用户的赋形波束，然后有用的进步天线增益，下降用户间的搅扰。广义上来说，智能天线技能也能够算一种天线分集技能。
分集技能首要用来对立信道式微。相反，MIMO信道中的式微特功能够供给额定的信息来添加通信中的自由度（degrees of freedom）。从本质上来讲，假如每对发送接纳天线之间的式微是独立的，那么能够发生多个并行的子信道。假如在这些并行的子信道上传输不同的信息流，能够供给传输数据速率，这被成为空间复用。需求特别指出的是在高SNR的状况下，传输速率是自由度受限的，此刻关于m根发射天线n根接纳天线，并且天线对之间是独立均匀散布的瑞利式微的，信道容量为：
其间 即为自由度。
依据子数据流与天线之间的对应联系，空间多路复用体系大致分为三种形式：D-BLAST、V-BLAST以及T-BLAST。
D-BLAST最先由贝尔实验室的Gerard J. Foschini提出。原始数据被分为若干子流，每个子流之间别离进行编码，但子流之间不同享信息比特，每一个子流与一根天线相对应，可是这种对应联系周期性改动，如图1.b所示，它的每一层在时刻与空间上均呈对角线形状，称为D-BLAST（Diagonally- BLAST）。D-BLAST的优点是，使得一切层的数据能够经过不同的途径发送到接纳机端，进步了链路的可靠性。其首要缺陷是，由于符号在空间与时刻上呈对角线形状，使得一部分空时单元被糟蹋，或许添加了传输数据的冗余。如图1.b所示，在数据发送开始时，有一部分空时单元未被填入符号（对应图中右下角空白部分），为了确保D-BLAST的空时结构，在发送完毕必定也有一部分空时单元被糟蹋。假如选用burst形式的数字通信，并且一个burst的长度大于M（发送天线数目）个发送时刻距离 ，那么burst的长度越小，这种糟蹋越严峻。它的数据检测需求一层一层的进行，如图1.b所示：先检测c0、c1和c2，然后a0、a1和a2，接着b0、b1和b2……
别的一种简化了的BLAST结构相同最先由贝尔实验室提出。它选用一种直接的天线与层的对应联系，即编码后的第k个子流直接送到第k根天线，不进行数据流与天线之间对应联系的周期改动。如图1.c所示，它的数据流在时刻与空间上为接连的笔直列向量，称为V-BLAST（Vertical-BLAST）。由于V-BLAST中数据子流与天线之间仅仅简略的对应联系，因而在检测进程中，只需知道数据来自哪根天线即能够判别其是哪一层的数据，检测进程简略。
 |
考虑到D-BLAST以及V-BALST形式的优缺陷，一种不同于D-DBLAST与V-BLAST的空时编码结构被提出：T-BLAST。等文献别离提及这种结构。它的层在空间与时刻上呈螺纹（Threaded）状散布，如图2所示。原始数据流被多路分解为若干子流之后，每个子流被对应的天线发送出去，并且这种对应联系周期性改动，与D-BLAST体系不同的是，在发送的初始阶段并不是只要一根天线进行发送，而是一切天线均进行发送，使得单从一个发送时刻距离 来看，它的空时散布很像V-BALST，只不过在不同的时刻距离中，子数据流与天线的对应联系周期性改动。更一般的T-BLAST结构是这种对应联系不是周期性改动，而是随机改动。这样T-BLAST不只能够使得一切子流同享空间信道，并且没有空时单元的糟蹋，并且能够运用V-BLAST检测算法进行检测。
 |
3．码复用办法
跟着第三代移动通信技能的开展，以及HSDPA对高速数据传输的需求。MIMO技能与CDMA体系结合的码复用（Code-reuse）办法被提出。所谓码复用办法是指经过多根天线上发送出去的不同数据层，选用的扩频码相同。这样每一层中多个CDMA码道上的数据能够依托它们选用的不同的扩频码进行差异，同享同一个扩频码的不同层中的数据能够依托它们阅历的不同的空间信道的特性进行差异。码复用办法又能够进一步扩展为同码传输办法和异码传输办法。其间扩频码是信道化码和扰码的乘积，假如不同层上的数据选用的信道化码和扰码均相同，称为同码传输办法；假如不同层上的数据选用的信道化码不同或许扰码不同，称为异码传输办法。在码字资源较为丰厚时，能够选用异码传输办法进步体系的全体功能。
一个典型的运用于WCDMA体系的码复用办法发射机结构图如下所示。
 |
高速率数据流被多路分解为MN个子数据流，M组子数据流中的第n个子流运用第n个扩谱码
（ ）。第m个子数据流（ ）经过第m根天线发送出去，这样同享同一个扩谱码的子数据流经过不同的天线被发送出去。
一切M个同享同一个码的子数据流，能够在接纳端经过它的空间特性以及多天线接纳和空间信号处理技能被差异出来。信道估量能够经过M个正交的下行导频序列得到。同享同一个码的M个子数据流之间会发生空间多址搅扰（MAI）。在平整式微信道中，运用不同的码的子数据流之间不会互相影响，由于码与码之间是正交的，关于每一组运用相同的码的子数据流，能够运用多用户检测消除MAI的影响。比方最大似然（ML）检测器和V-BLAST检测器。由于最大似然检测器的复杂度与M呈指数联系，V-BLAST检测器是一个次优和低复杂度的挑选。V-BLAST检测器包括两部分：线性变换和有序的接连搅扰消除。线性变换能够运用迫零（ZF）原则或许最小均方差错（MMSE）原则消除MAI。线性变换之后具有最大SINR的编码符号被检测出来，并且把它从一切接纳信号中减去。关于修订后的接纳信号向量，持续运用线性变换和有序的接连搅扰消除办法，进行信号提取，直到一切的子数据流被检测出来。最终MN个子数据流被多路合成为一个高速率的数据流，然后进行逆映射，解交错和解码。
4．MIMO技能与TD-SCDMA体系的结合
运用码道、时隙等无线资源的分配尽管能够到达进步传输速率的意图，可是它仅仅对现有资源的再分配，并没有添加额定的资源可供运用，所以其传输速率的进步是有限的。尤其是关于以高的频率功率著称的TD-SCDMA体系来说，由于其选用智能天线技能，根本上关于现有无线资源的运用现已很充沛。因而为了大幅度的进步体系的传输速率，选用MIMO技能成为一种较好的挑选。
TD-SCDMA体系相同选用码复用办法与MIMO技能进行结合。假定发射天线数目为M，接纳天线数目为P。一个时隙中的用户数据 首要依照天线个数被分解为L个子数据流，每一个子流被称为一层数据。这一层的悉数数据均经过一根相应的发射天线发送出去，在发送之前，每一层数据再次被分为C组，并被分配到C个CDMA码道上。然后，每个码道上的数据别离进行编码、扩频、调制和加扰，并参加练习序列构成突发结构。最终，每一层数据中的C个码道进行兼并得到一层的发送数据，并经过相对应的天线发送出去。当发送天线数目大于发送层的数目时，能够激活天线加权单元，然后经过加权处理使得层数据经过相应的天线发送出去。如下图所示。
 |
不同层上的数据能够运用相同扩频码传输或许不同扩频码传输。扩频码由信道化码和扰码一起构成，其间同码传输指不同的层上运用相同的信道化码和相同的扰码，异码传输包括多种状况，能够是信道化码不同但扰码相同，也能够是信道化码相同但扰码不同，或许它们的组合。其间约好，不同层上的数据选用相同的扩频系数Q，扩频系数能够从1、2、4、8、16中挑选，并且不同层上分配的码道数目相同。为了在接纳机端取得来自不同发射天线的信道冲激响应，每层需求分配不同的练习序列，即同一层的一切数据不管其来自哪一个用户、占用哪一个码道均运用同一个练习序列进行发送。不同层运用的练习序列由同一个根本练习序列经过偏移发生。
TD-SCDMA体系中练习序列的首要效果是进行信道估量，在非MIMO的TD-SCDMA体系中，还能够经过练习序列顺便额定的信息，使得在终端进行接纳时，经过练习序列偏移值相关信息，取得其他用户的信道化码信息，然后进行多用户检测。它有通用（common）和缺省（default）两种办法，其间通用办法是指在基站下行发送时，一切码道运用相同的练习序列，并用该练习序列与根本练习序列之间的偏移值奉告终端有多少信道化码在运用中；缺省办法是树立一种练习序列偏移值与信道化码之间的一一对应联系，每个码道运用不同偏移值的练习序列，终端在进行信道估量之后，经过这种对应联系取得一切用户的信道化码。
那么在支撑MIMO之后，本来两种分配办法势必要改动，这是由于练习序列有必要与发射天线（层）相对应，并且练习序列还需顺便层的序号信息，即奉告接纳机当时被检测层在发射机端处于一切层中的方位，以便多路兼并时能够正确恢复出原始数据。除此之外，接纳机还需求知道扰码信息和信道化码信息，以便进行多用户的检测。因而，关于运用MIMO技能的TD-SCDMA体系来说，其练习序列除了信道估量的效果之外，应该还具有如下三方面的效果：带着层序号信息；带着扰码分配信息；带着信道化码信息。
5．MIMO技能与智能天线技能
智能天线技能和MIMO技能在本质上是有差异的。智能天线技能是运用多根发送天线上发送相同的数据流，并且依据用户的详细来波方向进行加权，运用波束赋形为特定用户供给定向的波束，下降多址搅扰。其首要意图是进步链路的可靠性，并且充沛的运用现有CDMA信道。再运用智能天线技能之后，TD-SCDMA体系根本上能够上全码道作业。
而MIMO技能则是在不同的天线上发送不同的数据流，供给空间多路复用增益，进步全体的信道容量。在加上码复用办法的运用，运用MIMO技能的TD-SCDMA体系能够在本来16个码道的基础上额定添加码道数目，然后进步其全体的数据传输速率。
智能天线技能和MIMO技能又是能够彼此弥补的。智能天线技能供给高的链路可靠性，MIMO技能供给高的信道容量，其意图和运用规模不同。智能天线技能要求空间信道具有较高的相关性，而MIMO技能则要求空间信道的相关性较小。这就决议了两者适用于不同的信道环境。一般来说，智能天线技能在室外等散射体较少的无线环境能够取得较好的功能，在室内等多散射体的无线环境则功能较差，MIMO技能恰恰比较适合于这种环境，它能够成为智能天线技能的有用弥补，并使得TD-SCDMA支撑更丰厚的服务。
6．展望
跟着MIMO技能的开展，以及第三代移动通信体系对高数据传输速率日益增长的需求，把MIMO技能运用TD-SCDMA体系中成为一种较好的挑选。这不只使得TD-SCDMA体系能够支撑更高的数据传输速率，为其供给更丰厚的服务供给了支撑，并且与智能天线技能构成了有用的弥补。
