目前，我國的TD-SCDMA網絡已經具備了相當的規模，并且全面升級到HSDPA階段，能實際提供用戶下行最高2.8Mbit/s的數據速率。然而隨著寬帶無線接入的出現，接入移動化、寬帶化的業務需求越來越旺盛，用戶對移動通信網絡的速率要求也越來越高，例如多方視頻會議、視頻點播等業務需要的數據速率經常高達100Mbit/s。MIMO技術的出現，使得大幅度提高系統數據速率成為可能，在3GPP的標準化進程中，對MIMO技術的應用進行了長期的研究，MIMO技術已經成為3G演進系統的必選技術。

TD-SCDMA的演進

TD-SCDMA作為3G標準之一，經過近10年的發展，已經走過了第一階段即單載波和多載波TD-SCDMA。目前TD-SCDMA正處于短期演進階段，主要包括引入高速下行分組接入（HSDPA）和高速上行分組接入（HSUPA），通過采用高階調制方式、快速調度和快速重傳機制增加系統吞吐量，減少傳輸時延，提高峰值速率。TD-SCDMA的中長期演進，即HSPA+技術和LTE，HSPA+ 階段的數據速率將超過10Mbit/s，LTE階段的峰值數據速率能到達100Mbit/s。TD-LTE系統是TD-SCDMA在向IMT- Advanced系統演進過程中的過渡階段，目標是提供高數據速率、低時延和優化分組數據應用，為3G系統向IMT-Advanced的平滑演進起到良好的鋪墊作用。

MIMO技術

MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線（或陣列天線）和多通道，多天線接收機利用空時編碼處理能夠分開并解碼數據子流，從而實現最佳處理。若各發射接收天線間的通道響應獨立，則MIMO系統可以創造多個并行空間子信道，通過這些并行空間子信道獨立地傳輸信息，數據速率必然可以提高。研究表明，在散射豐富的無線環境中，MIMO技術將極大的提高信道容量，并且信道容量隨收發端最小天線個數的增加而近似線性增加。在通信系統中，通過采用MIMO技術，在空域上實現空間分集、空間復用和波束成形，系統性能和傳輸能力能夠得到很大提高。由于MIMO可以提高系統容量和頻譜效率，因此將它作為TD-SCDMA演進系統的關鍵技術也是必然趨勢。

圖1 3GPP中的MIMO接收機框圖

智能天線和 MIMO技術是多天線系統的兩個不同分支。智能天線利用信道的相關性以達到波束賦形的目的，能提高系統覆蓋，降低干擾；MIMO技術則利用信道的獨立性以達到多數據流并行傳輸的目的，能提高系統的容量。如果將智能天線與MIMO技術相結合，系統能同時獲得空間分集和空間復用增益。這種新的天饋系統不但能提供智能天線所帶來的覆蓋增益，還能通過MIMO技術獲得的容量增益。

MIMO與CDMA結合的碼復用技術

隨著3G技術的飛速發展，以及3G演進過程中對高速數據傳輸的需求，MIMO技術與CDMA系統結合的碼復用方式被提出。3GPP給出了空間復用MIMO處理技術中碼復用的實現過程。

每一個信道化碼/擾碼對可以調制到M（M為發送天線個數）個不同的數據流上。共享同一個信道化碼/擾碼對的數據流，可以通過它們的空間特征被區分出來。理論上講，MIMO系統碼復用的峰值吞吐量是SISO系統的M倍。如果SISO系統使用高階調制使得兩者獲得相同的數據速率，那么碼復用只需要更小的 SNR。傳統的單天線發射機把一個高速率數據流分解為N個低速率的子數據流。第n個子數據流使用第n個擴頻碼（n=1，2，L，M）進行擴頻，這N個子數據流被合并、加擾并發送出去。而在MIMO系統的發送端，高速率數據流被分解為MN個子數據流，M組子數據流中的第n個子流使用第n個擴頻碼 （n=1，2，L，M）；第m個子數據流（m=1，2，L，M）通過第m根天線發送出去，這樣共享同一個擴頻碼的子數據流通過不同的天線被發送出去。

在接收端，終端采用多天線和空間信號處理技術以區分使用同一個擴頻碼的M個子數據流。配備了P個天線的典型MIMO接收機如圖1所示。為實現連續檢測，終端必須獲知每一組收發天線對之間的復信道衰落值。對于平坦衰落信道而言，信道是由MP個復信道系數表征的；而對于頻率選擇性衰落信道而言，信道由 LMP個系數表征（L為RAKE接收機的指峰數）。對于這兩種信道，都可以通過計算接收到的信號與M個正交的導頻序列獲得信道估計值。在3G的MIMO系統接收端，一般用多用戶檢測器來解決MAI的問題，如ML多用戶檢測器以及V-BLAST多用戶檢測器。ML性能最優，但是它具有高復雜度的缺點，其復雜度與M成指數增長。與ML多用戶檢測相比，V-BLAST是次優的，但是其復雜度較低。因此，實際中接收端常采用V-BLAST檢測。

V-BLAST檢測器主要包括兩部分：線性變換和排序連續干擾相消。線性變換可以使用迫零（ZF）準則或者MMSE準則來消除MAI。線性變換之后，具有最大信號干擾噪聲比（SINR）的編碼符號被檢測出來，并且把它從所有接收信號中去除。對于修正后的接收信號向量，繼續使用線性變換和OSIC方法，進行信號提取，直到所有的子數據流被檢測出來。被檢測出來的共計MN個子數據流通過多路復用器，最終形成一個高速率的數據流，然后再進行后續的信號處理，例如，反映射、解交織和譯碼等。

MIMO在TD-SCDMA演進系統中的解決方案

當發送端能準確及時地獲知信道狀態信息（CSI）時，發送端可以通過信道矩陣的奇異值分解（SVD）對每根天線上的發射功率進行最優分配，使得系統總體性能最優。在實際通信系統中，無線信道隨著環境和噪聲的改變發生快速的變化，發送端很難及時獲得完全準確的CSI，因此研究在獲知有限CSI下如何提高系統性能的MIMO解決方案變得極具意義。目前被廣泛認可的方案有：每天線速率控制（PARC）和每流速率控制（PSRC），都具有較高的系統性能和終端接收處理的可實現性。

PARC

基于TD-SCDMA的MIMO技術采用碼復用方案的同時還可以對每根天線發送的數據速率進行控制，即為PARC方案。PARC方案的原理是每根發送天線上發送的數據流的調制編碼都是獨立的，網側根據終端上報的反饋信息或者是上行鏈路的測量信息（TDD系統上下行鏈路的對稱性）來決定每根發送天線上數據流的調制編碼方式。如果某根天線對應的信道質量太差，甚至于不能支持最低的數據速率，則這根天線將不發送數據，因此，選擇發送是PARC的一種特殊情況。

PARC中的HS-DSCH基本物理層結構

圖2 PARC方案中的HS-DSCH的基本物理層結構PARC的實現機制

圖2給出了PARC方案中的HS-DSCH的基本物理層結構。一個高速率數據流被解復用為最多為NT（NT為發送端天線數）個低速的數據流。每個低速的數據流單獨進行編碼、交織和調制。由于每個低速的數據流采用的編碼調制方式不一定相同，因此所承載的信息比特數也不一定相同。對于某個低速的數據流包含的符號由相應的發送天線發送至空口。其中每個低速的數據流再次被分解至C個子流，其中C代表終端實際接入能力定義的最大HS-PDSCH數目。這些子流分別使用不同的OVSF信道化碼擴頻后疊加，再使用擾碼進行調制，最終得到CDMA調制后的低速數據流由相應的天線發送。

PARC的實現機制

網側為每根發送天線選擇合適的調制和編碼方式（MCS），表1為網側可以選用的MCS集合的一個示例。網側選擇MCS的依據主要由終端反饋的發送天線的SINR決定，該SINR是通過終端上所有接收天線，并且對應于某個特定發送天線的測量和，它包括同一根天線上的碼間干擾和來自其它天線上的空間干擾，或者是網側自己根據上行鏈路估計得到的下行發送天線的SINR。

分配給某個終端的物理資源包括發送天線、信道化碼和時隙，由于網側在任一時刻都要同時服務多個終端，而不支持MIMO技術的終端不能消除發端采用MIMO技術發送的符號間的干擾，因此不支持MIMO技術的終端不能和支持MIMO技術的終端在同一時隙接收數據。

PSRC

基于TD-SCDMA的MIMO技術采用碼復用方案還有另外一種控制速率的方法，稱為每流速率控制（PSRC）方案。

與PARC不同的是，PSRC方案把幾根天線組成一組，通過分集和賦形形成一個流，在接收端，把從每個發射數據流得到的對應的SINR分別計算，然后得到的每個數據流要反饋的信道狀態指示（CQI）值，然后把CQI值反饋給發送端和這個數據流相對應的那組天線；在發射端，不同天線組分別利用這個對應的CQI信息來控制自己對應的那組天線的發射功率，不同的組天線對應的CQI信息不一定相同，因此下一幀發射的速率也不一定相同。

利用SA形成的MIMO陣列，把八根天線分成N組進行速率控制就是PSRC，它還會根據上行鏈路的反饋信息把一組內的天線進行BF，這樣還可以提供賦形增益。特別當每組天線數都為一時，PSRC即為PARC。

圖3是3GPP協議里給出的基于PSRC方案的8‘2雙波束賦形數據流傳輸場景。網側使用天線1到天線4組成第一組，通過分集和賦形形成一個數據流，天線5到天線8組成第二組，通過分集和賦形形成另一個數據流，分別從空口發出。

圖3 PSRC方案中雙波束賦形數據流傳輸

通過簡要介紹MIMO技術以及與TD-SCDMA系統的結合應用，研究TD-SCDMA演進系統中的兩種MIMO技術的速率控制實現方案，我們了解到TD-SCDMA的演進系統（如TDHSPA+和TD-LTE）采用MIMO技術，可以支持更高的數據傳輸速率，為用戶的服務質量提供保證，而且與智能天線技術形成了有效的補充，具有非常重要的意義。

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