TDHSPA系統(tǒng)中的MIMO技術(shù)

1、1 TD-SCDMA基本技術(shù)及其演進移動通信的歷史可以追溯到十九世紀八十年代，在第二次世界大戰(zhàn)期間種種軍事上的需求導(dǎo)致了移動通信技術(shù)的巨大變化，二次大戰(zhàn)后，移動通信技術(shù)開始轉(zhuǎn)向民用。從八十年代初的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)出現(xiàn)以來，移動通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，特別是九十年代后，無論是發(fā)展中國家還是發(fā)達國家，移動通信技術(shù)都走進了千家萬戶。1.1 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展1.1.1 第一代移動通信系統(tǒng)移動通信的高速發(fā)展是建立在技術(shù)發(fā)展和市場需求的基礎(chǔ)上，第一代模擬移動通信技術(shù)誕生在二十世紀四十年代，美國底特律警察使用車載無線電系統(tǒng)進行聯(lián)絡(luò)，主要采用大區(qū)制模擬技術(shù)。到了二十世紀七十年代中期，貝爾實驗室提出了蜂窩

2、通信的概念，移動通信開始廣泛應(yīng)用。第一代移動通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)制技術(shù)，主要提供語音業(yè)務(wù)。在標準上主要有：1、AMPS - Advance mobile Phone system（先進的移動電話系統(tǒng)）使用800MHz頻帶，在北美、南美和部分環(huán)太平洋國家廣泛使用。2、NMT- Nordic mobile telephone System（北歐移動電話系統(tǒng)）使用450MHz、900MHz，在歐洲廣泛使用。3、TACS - Total Access Communication System（全接入通信系統(tǒng)）使用900MHz，分ETACS（歐洲）和NTACS（日本）兩種版本，英國、日本和部分亞洲國家廣泛

3、使用此標準。盡管模擬蜂窩系統(tǒng)取得了巨大的成功，但在實際的使用過程中也暴露出了一些問題，比如：1、頻譜效率低，有限的頻譜資源和不斷增加的用戶容量的矛盾十分突出；2、業(yè)務(wù)種類單一，主要是語音業(yè)務(wù)；3、模擬系統(tǒng)存在同頻干擾和互調(diào)干擾；4、模擬系統(tǒng)保密性差。但最主要的因素還是容量與日益增長的市場之間的矛盾。因此模擬系統(tǒng)在經(jīng)歷了二十世紀八十年代的輝煌后，很快被九十年代推出的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)所取代了。1.1.2 第二代移動通信系統(tǒng)隨著超大規(guī)模集成電路，低速話音編碼以及近二十年來計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化處理技術(shù)比模擬技術(shù)具有更大的優(yōu)勢，現(xiàn)代通信已經(jīng)由模擬方式轉(zhuǎn)化向數(shù)字化處理方式。1992年第一個數(shù)字蜂窩移動通信

4、系統(tǒng)GSM（Global System for Mobile Communications）全球移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在歐洲鋪設(shè)，由于其性能優(yōu)越，所以在全球范圍內(nèi)得到迅猛發(fā)展。美國在數(shù)字蜂窩移動通信的起步較歐洲要晚，但是在美國發(fā)展數(shù)字蜂窩移動通信時，卻呈現(xiàn)出了多元化的趨勢，除了制定了與歐洲類似的基于TDMA的IS-54,IS-136標準的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，1992年，高通公司向CTIA（Cellular Telecommunications & Internet Association）移動通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出了CDMA碼分多址的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的建議和標準，該建議于1993年被CTIA和TIA（美國通

5、信工業(yè)協(xié)會）批準為中期標準IS-95。CDMA技術(shù)因其固有的抗多經(jīng)衰落的性能，并且具有軟容量，軟切換，系統(tǒng)容量大而在移動通信系統(tǒng)中備受青睞。1.1.3 第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信技術(shù)的理論研究、技術(shù)開發(fā)和標準制定工作起始于80年代中期，國際電信聯(lián)盟（ITU）從1985年開始研究未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS），后更名為國際移動通信2000（IMT2000）。歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）從1987年開始對此進行研究，并將該系統(tǒng)稱為通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）。目前，第三代移動通信系統(tǒng)的框架已確定，將以衛(wèi)星移動通信網(wǎng)與地面移動通信網(wǎng)相結(jié)合，形成一個對全球無縫覆蓋的立體通信網(wǎng)絡(luò)，滿足城

6、市和偏遠地區(qū)不同密度用戶的通信需求，支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人類個人通信的理想。ITU對第三代陸地移動通信系統(tǒng)的基本要求是：1、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率：室內(nèi)：2Mbps；手持機：384kbps；高速移動：FDD方式 ¾ 144kbps，移動速度達到500km/h；TDD方式 ¾ 144kbps，移動速度達到120km/h；2、業(yè)務(wù)質(zhì)量：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的誤碼率不超過10-3或10-6（根據(jù)具體業(yè)務(wù)要求），并可提供高速數(shù)據(jù)、低速圖象、電視圖象等數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；3、兼容性：具有全球范圍設(shè)計的高度兼容性，IMT2000業(yè)務(wù)應(yīng)與固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，無線接口具有高度的兼容性；4、全球無縫覆蓋：移動終端

7、可以連接地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)，使用方便；5、移動終端：體積小、重量輕、具有全球漫游功能；6、頻率范圍：1992年WRC-92確定了IMT2000的核心頻段：上行頻段18852025MHz；下行頻段21102200MHz（共230MHz），其中19802010MHz和21702200MHz用于衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)。2000年5月WRC通過了IMT2000的擴展頻譜規(guī)劃（806969MHz，17101885MHz，25002690MHz）。1999年11月召開的國際電聯(lián)芬蘭會議確定了第三代移動通信無線接口技術(shù)標準，并于2000年5月舉行的ITU-R 2000年全會上最終批準通過，此標準包括碼分多址（CDMA

8、）和時分多址（TDMA）兩大類五種技術(shù)。它們分別是：WCDMA、CDMA2000、CDMA TDD、UWC-136和EP-DECT。其中，前三種基于CDMA技術(shù)的為目前所公認的主流技術(shù)，它又分成頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）兩種方式。TD-SCDMA屬CDMA TDD技術(shù)。WCDMA最早由歐洲和日本提出，其核心網(wǎng)基于演進的GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，空中接口采用DS-CDMA多址方式，碼片速率為3.84Mchip/s，載波帶寬為5MHz。WCDMA還可以采用一些先進的技術(shù)，如自適應(yīng)天線（Adaptive Antennas）、多用戶檢測（Multi-User Detection）、分集接收

9、（正交分集、時間分集）、分層式小區(qū)結(jié)構(gòu)等，來提高整個系統(tǒng)的性能。目前，這種方式得到歐洲、北美、亞太地區(qū)各GSM運營商和日本、韓國多數(shù)運營商的廣泛支持，是第三代移動通信中最具競爭力的技術(shù)之一。CDMA2000由北美最早提出，其核心網(wǎng)采用演進的IS-95 CDMA核心網(wǎng)（ANSI-41），能與現(xiàn)有的IS-95 CDMA向后兼容。CDMA2000計劃采用MC-CDMA（多載波CDMA）方式，可支持語音、分組、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，并且可實現(xiàn)QoS的協(xié)商。由于載波間可以重疊，故頻譜利用率較高。CDMA技術(shù)得到IS-95 CDMA運營商的支持，主要分布在北美和亞太地區(qū)。TDD-CDMA包括歐洲的UTRA TDD和

10、我國提出的TD-SCDMA技術(shù)。TDD-CDMA系統(tǒng)的多址方式很靈活，可以看做是FDMA/TDMA/CDMA的有機結(jié)合，并且采用了智能天線技術(shù)、上行同步技術(shù)、多用戶聯(lián)合檢測技術(shù)、動態(tài)信道分配技術(shù)、軟件無線電技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了較高的頻譜利用率，但也存在一些不足，比如終端的移動速度和覆蓋距離。1.2 TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)TD-SCDMA是由我國提出的一種TDD-CDMA標準，它具備TDD-CDMA的一切特征，能夠滿足3G系統(tǒng)的要求，可在室內(nèi)、室外環(huán)境下進行語音、傳真及各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TD-SCDMA接入方案是直接序列擴頻碼分多址（DS-CDMA），擴頻帶寬為1.6MHz，采用不需配對頻率

11、的TDD（時分雙工）工作模式。因為在TD-SCDMA中，除了采用DS-CDMA外，它還具有TDMA的特點，因此經(jīng)常將TD-SCDMA的接入模式表示為TDMA/CDMA。TD-SCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要有：1、智能天線技術(shù)與現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)相比，智能天線（Smart Antenna，SA）技術(shù)將在未來的無線通信中發(fā)揮重要作用。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，在不顯著增加系統(tǒng)復(fù)雜度，采用數(shù)字方法實現(xiàn)波束賦形的智能天線將得到充分的應(yīng)用。智能天線能夠把主波束對準入射信號并自適應(yīng)實時的跟蹤信號，同時將零點對準干擾信號，從而抑制干擾信號，提高信號的信噪比，改善整個通信系統(tǒng)的性能。另外，智能天線引入了第4維多

12、址方式：空分多址（SDMA）方式，在多個指向不同用戶的并行天線波束控制下，可以顯著降低用戶信號彼此間的干擾，大大提高系統(tǒng)頻譜利用效率。TD-SCDMA系統(tǒng)智能天線的原理是使一組天線和對應(yīng)的收發(fā)信機按照一定的方式排列和激勵，利用波的干涉原理可以產(chǎn)生強方向性的輻射方向圖，使用數(shù)字信號處理方法使主瓣自適應(yīng)的指向移動臺方向，就可以達到提高信噪比，降低發(fā)射功率等目的。2、聯(lián)合檢測技術(shù)聯(lián)合檢測（Joint Detection，JD）技術(shù)是在多用戶檢測（Multi-User Detection，MUD）技術(shù)基礎(chǔ)上提出的。該技術(shù)是減弱或消除多址干擾、多徑干擾和遠近效應(yīng)的有效手段，能夠簡化功率控制，降低功率控制

13、精度，彌補正交擴頻碼互相關(guān)不理想所帶來的消極影響，從而改善系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)容量、增大小區(qū)覆蓋范圍。聯(lián)合檢測技術(shù)已被納入3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)體系中，但只有TD-SCDMA第一次在CDMA通信系統(tǒng)中采用聯(lián)合檢測技術(shù)，實現(xiàn)了智能天線和聯(lián)合檢測技術(shù)的有機結(jié)合。由于各種技術(shù)因素和成本的制約，聯(lián)合檢測技術(shù)只能在基站中實現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，基站和終端都將可能采用聯(lián)合檢測算法以消除多址干擾（MAI）和符號間干擾（ISI）。3、同步CDMA技術(shù)同步CDMA指上行鏈路各終端信號與基站解調(diào)器完全同步，它通過軟件及物理層設(shè)計實現(xiàn)，這樣可使正交擴頻碼的各碼道在解擴時完全正交，相互間不會產(chǎn)生多址干擾，克服了

14、異步CDMA多址技術(shù)由于移動終端發(fā)射的碼道信號到達基站時間不同，造成碼道非正交所帶來的干擾，從而提高CDMA系統(tǒng)容量、簡化硬件、降低成本。精確的上行同步使TD-SCDMA顯示了諸多優(yōu)勢：1）移動終端的數(shù)據(jù)到達基站保持同步是使用聯(lián)合信道沖擊響應(yīng)的基礎(chǔ)，所以上行同步的實現(xiàn)可以有效的定位信道沖擊響應(yīng)；2）在TD-SCDMA系統(tǒng)中上行鏈路和下行鏈路都采用正交碼擴頻，只有精確的上行同步才能保證接收到的擴頻碼保持正交，從而可以有效的減少干擾，大大提高系統(tǒng)容量，并降低基站接收機的復(fù)雜度；3）為保持上行信號到達基站時能夠同步，移動臺動態(tài)調(diào)整發(fā)往基站的發(fā)射時間，從而可以進行距離估算，更有效的進行波束賦形和切換判

15、斷。同步CDMA的缺點是系統(tǒng)對同步的要求非常嚴格，需要精確的定時信號，并克服信道干擾。一旦同步破壞，將導(dǎo)致通信阻塞和嚴重干擾。系統(tǒng)的同步要求在基站有GPS接收機或公共的分布式時鐘，這會增加系統(tǒng)成本。4、軟件無線電技術(shù)軟件無線電是利用數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)無線通信功能的一種技術(shù)，它能在同一硬件平臺上利用軟件處理基帶信號，通過加載不同的軟件，可實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)性能。其主要的優(yōu)點有：1）通過軟件方式，靈活完成硬件功能；2）良好的靈活性及可編程性；3）可代替昂貴的硬件電路，實現(xiàn)復(fù)雜的功能；4）對環(huán)境的適應(yīng)好，不會老化；5）便于系統(tǒng)升級，降低用戶設(shè)備費用。對TD-SCDMA系統(tǒng)來說，軟件無線電可用來實現(xiàn)智能

16、天線、同步檢測和載波恢復(fù)等。在TD-SCDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)中，基站和移動終端采用軟件無線電結(jié)構(gòu)，硬件簡單，功能由軟件定義。另外，軟件無線電技術(shù)將在TD-SCDMA聯(lián)合組網(wǎng)時發(fā)揮重要作用，軟件無線電技術(shù)可用不同的軟件實現(xiàn)不同無線電設(shè)備的各種功能，具有高度的靈活性。5、動態(tài)信道分配技術(shù)由于TD-SCDMA系統(tǒng)帶寬為1.6MHz，與其他3G系統(tǒng)帶寬為5MHz相比，可支持3個載波頻率，所以可實現(xiàn)頻率復(fù)用。同時智能天線技術(shù)使TD-SCDMA系統(tǒng)可實現(xiàn)空間復(fù)用（SDMA），所以在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用了CDMA/TDMA/FDMA/SDMA的混合多址方式，動態(tài)信道分配的無線資源管理方式成為TD-S

17、CDMA系統(tǒng)的重要特點，將實現(xiàn)對多維無線信道資源的動態(tài)管理和控制。TD-SCDMA系統(tǒng)中的無線資源管理將通過頻/時/碼/空4維資源空間的適配算法和策略，實現(xiàn)無線信道資源的動態(tài)分配和控制。動態(tài)信道分配形式主要集中在以下幾種形式：1）時域動態(tài)信道分配 如果在目前使用的無線載波原有時隙中發(fā)生干擾，通過改變時隙可進行時域的動態(tài)信道分配。2）頻域動態(tài)信道分配 如果在目前使用的無線載波所有時隙中發(fā)生干擾，通過改變無線載波可進行頻域動態(tài)信道分配。3）空域動態(tài)信道分配 通過選擇用戶間最有利的方向進行耦合，執(zhí)行空域動態(tài)信道分配。通過聯(lián)合進行時域、頻域和空域的動態(tài)信道分配技術(shù)，TD-SCDMA能將系統(tǒng)自身的干擾最

18、小化，從而獲得最佳的頻譜效率、業(yè)務(wù)質(zhì)量，體現(xiàn)出了TDMA/TDD方案的優(yōu)勢。1.3 TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的演進與TD-HSPA+系統(tǒng)1.3.1 TD-SCDMA系統(tǒng)短期演進在TD-SCDMA系統(tǒng)中，為了更好的支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，和WCDMA類似，采用高速下行分組接入（HSDPA）技術(shù)和高速上行分組接入（HSUPA）技術(shù)，統(tǒng)稱這兩種為HSPA技術(shù)。HSPA技術(shù)的提出是為了適應(yīng)未來移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。通過引入高速共享信道增強空中接口，并在UTRAN中增強相應(yīng)的功能實體來實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。從技術(shù)角度來看，HSPA技術(shù)主要是通過引入高速共享信道增強空中接口，并在UTRAN中增加相應(yīng)的功能

19、實體來完成的；從底層來看，主要是引入自適應(yīng)調(diào)制編碼（AMC）和H-ARQ（混合ARQ）技術(shù)來提高數(shù)據(jù)吞吐量；從整體架構(gòu)上來看，主要是增強Node B的處理功能，在Node B的MAC子層中引入一個新的MAC子實體，專門完成新增高速共享信道的相關(guān)參數(shù)配置和H-ARQ協(xié)議等相關(guān)處理，在高層和接口加入相關(guān)操作信令。1、AMC技術(shù)無線信道的一個很重要的特點就是具有很強的時變性，對這種時變特性進行自適應(yīng)跟蹤會給系統(tǒng)性能的改善帶來很大的好處。在TD-SCDMA的HSPA系統(tǒng)中常采用AMC技術(shù)。AMC屬于鏈路自適應(yīng)范疇，AMC的基本原理就是改變調(diào)制和編碼的格式使它在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)和信道條件相適應(yīng)，而信道條件

20、則可以通過發(fā)送反饋來估計。在AMC系統(tǒng)中，用戶一般在理想信道條件下用較高階的調(diào)制方式和較高的編碼速率，而在不太理想的信道條件下用較低階的調(diào)制編碼方式。采用AMC的好處主要有：1）處于有利位置的用戶可以具有更高的數(shù)據(jù)速率，因此蜂窩平均吞吐量得到提高；2）在鏈路自適應(yīng)過程中，通過調(diào)整調(diào)制編碼方案而不是調(diào)整發(fā)射功率的方法來降低干擾水平。2、H-ARQ技術(shù)AMC能夠提供粗略的數(shù)據(jù)速率的選擇，而H-ARQ基于信道條件可以提供精確的速率調(diào)節(jié)。有很多種方式可以實現(xiàn)H-ARQ：Chase合并和增加冗余量等。H-ARQ有兩種主要模式，即選擇性中繼（SR）和停止與等待（SAW）模式。在HSDPA中采用SAW。對于

21、SAW模式，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)后等待，編碼正確的確認信息長為1bit，同時序列號長為1bit也足夠了。AMC可以根據(jù)UE的測量或者網(wǎng)絡(luò)提供的信息條件來靈活的選擇合適的MCS，但需要UE進行準確信道測量并且受到相應(yīng)延遲的影響。H-ARQ能夠自動的適應(yīng)信道條件的變化并且對測量誤差和時延不敏感。AMC和H-ARQ兩者結(jié)合起來可以得到很好的效果AMC提供粗略的數(shù)據(jù)速率選擇，而H-ARQ可以根據(jù)數(shù)據(jù)信道條件對數(shù)據(jù)速率進行較精確的調(diào)整。3、分組調(diào)度算法分組調(diào)度算法的功能是在分組用戶之間分配分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，提高用戶利用空中接口資源的能力。在傳統(tǒng)的CDMA系統(tǒng)中，分組調(diào)度方式主要有碼分和時分兩種：1）碼分方式，即

22、大量用戶同時占用有限的信道資源，因此對無線信道的傳輸質(zhì)量要求高，傳輸速率低，傳輸時延大，但是空中接口的干擾水平比較穩(wěn)定，對移動臺的要求也比較低。2）時分方式，即在每個調(diào)度周期將空中接口的可利用資源只分給一個或少數(shù)幾個用戶，對Eb/I0要求較低。用戶在很短的時間內(nèi)以很高的速率進行傳輸，因此平均時延比碼分方式小，但是隨著用戶數(shù)增加，每個用戶需要等待更長的時間才能傳輸。TD-SCDMA中的分組調(diào)度是時分和碼分方式的結(jié)合。采用智能天線之后，引入了波束資源，空中接口可利用資源的模型發(fā)生了變化，在分組調(diào)度的方式中增加了1維空分，新的調(diào)度方式將包括時分與空分相結(jié)合方式、碼分與空分相結(jié)合方式、時分/碼分/空分

23、3者相結(jié)合的混合方式。因此，必須通過定量分析和研究各種影響的大小，綜合考慮給出一個較好的解決方案，提出一個合適的資源調(diào)度算法。1.3.2 TD-HSPA+系統(tǒng)TD-SCDMA HSPA+的根本目的是在HSPA的基礎(chǔ)上進一步提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能。技術(shù)改進可以分成兩類，一是在物理層提高傳輸能力，包括采用更高階調(diào)制技術(shù)64QAM和采用多天線技術(shù)；二是在高層提高控制能力，包括采用分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶的持續(xù)連接（CPC）技術(shù)、層2增強技術(shù)和增強Cell_FACH技術(shù)等。CPC技術(shù)無需伴隨DPCH的HSPA業(yè)務(wù)，這樣降低了對碼道資源的需求，采用不連續(xù)發(fā)送（DTX）/不連續(xù)接收（DRX）狀態(tài)降低終端功耗，同時下行

24、共享信道會降低對控制信道的需求。HSPA+的目的是要通過一些新技術(shù)的引入，優(yōu)化現(xiàn)有HSPA系統(tǒng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力，進一步提升頻譜利用效率，并促進RAN和CN的演進。1、多天線技術(shù)多天線技術(shù)包括智能天線技術(shù)，多輸入多輸出（MIMO）天線技術(shù)和分布式天線技術(shù)。利用智能天線陣列實現(xiàn)MIMO技術(shù)，大幅提高頻譜利用效率。智能天線的原理是利用天線陣列的波束成形特性，通過識別用戶信號到達的方向，將天線的主方向指向用戶，同時使旁瓣或零陷指向干擾信號到達方向，從而給有用信號最大增益，并對干擾信號進行抑制。MIMO技術(shù)是發(fā)送端和接收端同時使用多個天線，利用多個收發(fā)天線形成的多條無線路徑之間的不相關(guān)性來成倍的提高

25、傳輸速率。MIMO技術(shù)的核心是空時信號處理，也就是利用在空間中分布的多個時間域和空間域結(jié)合起來進行信號處理。MIMO技術(shù)和傳統(tǒng)的智能天線技術(shù)有較大的差別，智能天線是利用信號的空間特征分開用戶信號，克服多址干擾及多徑干擾。而MIMO技術(shù)可以利用智能天線的波束賦形特性保證無線信號是有方向性的發(fā)送給終端，同時由于終端附近存在足夠多的散射體，可以形成足夠的多徑來滿足MIMO系統(tǒng)的要求。因此，MIMO技術(shù)可以與智能天線技術(shù)相結(jié)合來得到更大的接收增益。2、下行64QAM調(diào)制技術(shù)64QAM調(diào)制能大幅提高頻譜利用效率，特別是在室內(nèi)場景，會得到比較充分的運用。采用64QAM可以讓單載波HSDPA的理論峰值速率達

26、到4.2Mbit/s。根據(jù)仿真分析，當(dāng)信噪比提升到15dB以上時，支持64QAM調(diào)制方式開始體現(xiàn)出吞吐量的增益。因此，在無線信道質(zhì)量較好的場景中，特別是室內(nèi)場景，64QAM更能體現(xiàn)出吞吐量的增益。3、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶的持續(xù)連接（CPC）技術(shù)CPC技術(shù)是指一類提高分組數(shù)據(jù)連續(xù)連接能力的技術(shù)統(tǒng)稱。CPC技術(shù)允許當(dāng)用戶有不定期數(shù)據(jù)傳輸時，以最小的資源開銷（碼和功率），長時間保持在CELL_DCH RRC連接狀態(tài)，從而避免用戶頻繁呼叫或鏈路重建造成的接入沖突和時延。CPC技術(shù)在三個方面對現(xiàn)有 HSPA系統(tǒng)進行優(yōu)化：1）無需伴隨DPCH的HSPA業(yè)務(wù)降低了HSPA業(yè)務(wù)對碼道資源的需求。在HSPA業(yè)務(wù)的建

27、立不需要伴隨DPCH之后，系統(tǒng)所能支持的用戶數(shù)不再受限于伴隨DPCH所占用的碼道數(shù)，系統(tǒng)的用戶容量得到大幅提升。2）DTX/DRX狀態(tài)降低終端功耗。在引入DTX/DRX狀態(tài)后，在沒有數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)可通知終端進入DTX/DRX狀態(tài)。在有數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)可再將終端從DTX/DRX狀態(tài)中喚醒。如此終端無需連續(xù)監(jiān)聽HS-SCCH信道，降低了終端功耗。3）下行共享信道增強，降低HSPA用戶對控制信道的需求。對于周期性的數(shù)據(jù)發(fā)送，HSPA系統(tǒng)必須每次在控制信道上先發(fā)送控制信息來通知終端接收，系統(tǒng)所能接入的用戶數(shù)就受限于系統(tǒng)所配備的控制信道個數(shù)，而不是受限于HSPA業(yè)務(wù)信道的容量。下行共享信道增強技術(shù)就是

28、讓周期性的HSPA數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖状伟l(fā)送不需要控制信道的信息發(fā)送，只有當(dāng)終端對周期性數(shù)據(jù)的解碼發(fā)生錯誤時，系統(tǒng)在通過控制信道通知終端進行重傳數(shù)據(jù)包的接收。這種方式降低了對控制信道的需求，提升了系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)。4、層2增強技術(shù)在TD-SCDMA系統(tǒng)中引入64QAM和MIMO技術(shù)后，系統(tǒng)的吞吐量得到了極大的提高。這時，現(xiàn)有的無線鏈路控制（RLC）層和媒體接入控制（MAC）層中的傳輸機制將對系統(tǒng)中的峰值速率造成限制，層2增強技術(shù)主要引入了下面三項改進，降低了傳輸開銷，提高了空中接口資源的利用效率：1）通過引入可變的RLC PDU大小，降低了對RLC PDU的無效填充。采用可變的RLC PDU大小，

29、可以靈活的適配大的數(shù)據(jù)包和小的數(shù)據(jù)包，減少了無效填充，提高了空中接口資源的利用效率。2）通過引入MAC層對RLC PDU進行分段，降低了MAC-hs PDU的無效填充。在現(xiàn)有系統(tǒng)中RLC PDU的大小是由RNC決定的，而MAC-hs的包大小是由空中接口質(zhì)量決定的，兩者之間往往不能很好的匹配，在支持MAC層對RLC PDU分段后，可以消除無效填充，提高了空中接口資源的利用效率。3）通過增強MAC層協(xié)議，可以在一個TTI內(nèi)調(diào)度多個優(yōu)先級隊列的數(shù)據(jù)，從而降低了MAC-hs PDU的無效填充。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，MAC-hs規(guī)定一個TTI只能調(diào)度一個優(yōu)先級隊列的數(shù)據(jù)，有些優(yōu)先級隊列內(nèi)的數(shù)據(jù)往往無法填滿一個M

30、AC-hs傳輸塊，而空余的部分只能進行無效填充，如此造成空中接口資源的浪費。在支持一個TTI同時調(diào)度多個優(yōu)先級隊列的數(shù)據(jù)后，可以將此類優(yōu)先級隊列和該終端的隊列復(fù)用到一個MAC-hs包中，提高了空中接口資源的利用效率。5、增強的Cell_FACH技術(shù)增強的Cell_FACH提高了Cell_FACH狀態(tài)下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率，降低了傳輸時延。由于CPC技術(shù)增加了Cell_DCH的用戶容量，Cell_FACH狀態(tài)下的用戶容量有可能成為系統(tǒng)的容量瓶頸。因此，增強Cell_FACH技術(shù)通過一些改進，提高了Cell_FACH狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸速率，降低了數(shù)據(jù)傳輸時延。增強Cell_FACH技術(shù)提出如下的技術(shù)改進：

31、1）通過在Cell_FACH狀態(tài)下采用HSPA技術(shù)，提高UE在Cell_FACH狀態(tài)下的峰值速率；2）通過提高峰值速率，有效降低Cell_FACH/Cell_PCH/URA_PCH狀態(tài)下的用戶面和控制面的傳輸時延；3）降低從Cell_FACH/Cell_PCH/URA_PCH狀態(tài)到Cell_DCH狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時延；4）在Cell_FACH/Cell_PCH/URA_PCH狀態(tài)下引入了UE側(cè)的DRX，從而降低了UE的功率消耗。1.3.3 TD-LTE系統(tǒng)隨著移動通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無線通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出移動化、寬帶化和IP化的趨勢，移動通信市場的競爭也日趨激烈。為此，3GPP開展了UTRA長期演進（L

32、TE）技術(shù)的研究，以實現(xiàn)3G技術(shù)向B3G和4G平滑過渡。LTE的改進目標是實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率、更短的時延、更低的成本、更高的系統(tǒng)容量以及改進的覆蓋范圍。LTE系統(tǒng)同時定義了頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）兩種方式。LTE TDD幀結(jié)構(gòu)是以TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，這就為TD-SCDMA成功漸進到LTE乃至4G標準奠定了基礎(chǔ)，我們習(xí)慣把適合TD-SCDMA平滑演進的LTE TDD系統(tǒng)成為TD-LTE系統(tǒng)。TD-LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)采用了先進的OFDM和MIMO技術(shù)，成為TD-SCDMA向OFDM+MIMO寬帶系統(tǒng)演進的一條重要分支。TD-LTE系統(tǒng)在幀結(jié)構(gòu)、物理層技術(shù)、無線資源配置等

33、方面具有自己獨特的技術(shù)特點，與FDD-TLE相比，具有特殊的性質(zhì)：1、頻譜配置頻譜資源是無線通信中最寶貴的資源，隨著移動通信的發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)對于頻譜的需求日益增加。FDD雙工方式占用了大量的頻段資源，同時，一些零散頻譜資源由于FDD不能使用而閑置，造成了頻譜浪費。由于TD-LTE系統(tǒng)無需成對的頻率，并且具有一定的頻譜靈活性，能有效提高頻譜利用率。在頻段資源方面，TD-LTE系統(tǒng)比FDD-LTE系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢。2、支持非對稱業(yè)務(wù)第三代移動通信系統(tǒng)以及未來的移動通信系統(tǒng)中，出了提供語音業(yè)務(wù)之外，數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)將成為主要內(nèi)容，且上網(wǎng)、文件傳輸和多媒體業(yè)務(wù)通常具有上、下行不對稱特性。TD-LT

34、E系統(tǒng)在支持不對稱業(yè)務(wù)方面具有一定的靈活性。根據(jù)TD-LTE幀結(jié)構(gòu)的特點，TD-LTE系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型靈活配置TD-LTE幀的上、下行配比。相對于FDD-LTE系統(tǒng)，TD-LTE系統(tǒng)能夠更好的支持不同類型的業(yè)務(wù)，不會造成資源的浪費。3、先進的多天線技術(shù)使用多天線技術(shù)是未來無線通信技術(shù)的發(fā)展方向，它能降低多址干擾，增加系統(tǒng)的吞吐量。在TD-LTE系統(tǒng)中，上、下行鏈路使用相同的頻率且間隔時間較短，小于信道相干時間，無線傳播環(huán)境差異不大，在使用賦形算法或者基于信道反饋的多天線技術(shù)時，上、下行鏈路的互易性使得可以采用開環(huán)技術(shù)，從而易于獲得先進的多天線分集和復(fù)用增益，并且能有效降低移動終端的處理復(fù)雜

35、性。另外，在TD-LTE系統(tǒng)中，由于上、下行信道的一致，基站的接收和發(fā)送可以共用部分射頻單元，從而在一定程度上降低了基站的制造成本。4、與TD-SCDMA系統(tǒng)共存TD-LTE系統(tǒng)能夠與TD-SCDMA系統(tǒng)共存。對現(xiàn)有通信系統(tǒng)來說，目前的數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)無法滿足用戶日益增長的需求，運營商必須提前規(guī)劃現(xiàn)有通信系統(tǒng)向B3G/4G系統(tǒng)的平滑演進。由于TD-LTE幀結(jié)構(gòu)是基于TD-SCDMA的幀結(jié)構(gòu)，能夠方便的實現(xiàn)TD-LTE系統(tǒng)與TD-SCDMA系統(tǒng)的共存和融合。2 MIMO空時處理技術(shù)空時處理始終是通信理論界的一個活躍領(lǐng)域。由于移動通信的快速發(fā)展，對無線鏈路傳輸速率提出了越來越高的要求，無線系統(tǒng)設(shè)計

36、者面臨著許多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括無線頻率頻譜的有限可用性和復(fù)雜的時變無線環(huán)境（衰落和多徑）。還有，要滿足對更高數(shù)據(jù)率，更好服務(wù)質(zhì)量（QoS），更少的呼叫丟失，更高的網(wǎng)絡(luò)容量和用戶覆蓋的要求，就要有改進頻譜效率和連接可靠性的革新技術(shù)。傳統(tǒng)的時頻域信號設(shè)計很難滿足現(xiàn)實需求，在無線系統(tǒng)接收端和/或發(fā)送端多天線使用，即通常所說的空時無線或多天線通信，是這些革新技術(shù)的措施中出現(xiàn)的巨大進步。多天線分集接收是抗衰落的傳統(tǒng)技術(shù)手段，在無線通信鏈接中的接收端和/或發(fā)送端使用了多天線開啟了一個新維度空間，如果正確的運用就能極大的改進性能。根據(jù)香農(nóng)信息論，空間維數(shù)的引入為信號設(shè)計增加了額外的自由度，原本在低維空間中難

37、以實現(xiàn)的優(yōu)化問題，在高維空間中有可能迎刃而解，從而獲得更好的系統(tǒng)性能。在一定條件下，采用多個天線發(fā)送。多個天線接收（MIMO）系統(tǒng)可以成倍的提高系統(tǒng)容量，信道容量的增長與天線數(shù)目成線性關(guān)系?？v觀MIMO技術(shù)的發(fā)展，可以將空是編碼的研究分為三大方向：空間復(fù)用、空間分集與空時預(yù)編碼技術(shù)?？臻g復(fù)用技術(shù)，主要獲得復(fù)用增益，提高數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。以Bell實驗室的V-BLAST系統(tǒng)為典型代表，證明了MIMO系統(tǒng)的卓越性能?？臻g分集技術(shù)以空時分組碼（STBC）和空時格碼（STTC）為代表，主要獲得分集增益和編碼增益，降低誤碼率，提高傳輸可靠性。由于正交發(fā)分集技術(shù)編譯碼算法簡單，且能獲得分集增益，已經(jīng)在3

38、G移動通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。另一個重要的研究分支是空時格碼，目的是將信道編碼和多天線系統(tǒng)做聯(lián)合優(yōu)化，在天線數(shù)目較小的條件下就可以獲得相當(dāng)大的編碼增益。空時預(yù)編碼技術(shù)以波束成形和有限反饋技術(shù)為代表，主要獲得天線增益，抑制公道干擾（CCI），從而提高數(shù)據(jù)速率，降低差錯率。智能天線是波束成形技術(shù)的典型代表，已經(jīng)在TD-SCDMA系統(tǒng)中得到應(yīng)用，抑制小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)容量。有限反饋技術(shù)能夠靈活的與前兩種技術(shù)結(jié)合，基于接收端反饋的量化信道響應(yīng)信息，通過編碼碼本選擇，提高系統(tǒng)容量，簡化接收機結(jié)構(gòu)，抑制小區(qū)間干擾，有限反饋技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于LTE、WiMax、等B3G移動通信系統(tǒng)中。無線天線和它們的應(yīng)用

39、領(lǐng)域分三個主要研究方面。第一部分涵蓋了天線和天線陣列的電磁設(shè)計。這里的目標是滿足對增益、極化、波束寬度、旁瓣強度、效率和輻射模式的設(shè)計要求。第二部分，是到達角度（AOA）估算，致力于以最小錯誤和高的分辨率估計波陣面到達天線陣列的到達角度。第三部分技術(shù)是對改進頻譜效率，覆蓋度和無線鏈路質(zhì)量的無線陣列的使用。天線增益到達角度（AOA）估算鏈接性能增益帶寬輻射模式尺寸錯誤方差偏差分辨率覆蓋度質(zhì)量干擾減少頻譜效率2.1 MIMO系統(tǒng)的信道模型2.1.1 SISO信道以h(,t)作為時變信道脈沖響應(yīng)，如果發(fā)送信號為s(t)，則接收到的信號y(t)由下式給出y(t)=h(,t)*s(t)2.1.2 SIM

40、O信道考慮一個帶有MR接收天線的SIMO信道。SIMO信道可以被分解為MR個SISO信道。用hi(,t)表示發(fā)送天線和第i個（i=1,2,MR）接收天線之間的脈沖響應(yīng)，則信道可用MR×1向量h(,t)表示，則接收信號可表示為y(t)=h(,t)*s(t)其中yi(t)為第i個接收天線接收到的信號。2.1.3 MISO信道考慮一個帶有MT發(fā)送天線的MISO信道，與SIMO信道類似，MISO信道由MT個SISO信道組成。用hj(,t)表示第j個(j=1,2,MT)發(fā)送天線和接收天線之間的脈沖響應(yīng)，MISO信道可以用1×MT向量h(,t)表示，同樣的，接收信號可表示為y(t)=h

41、(,t)*s(t) 其中sj(t)為第j個發(fā)送天線發(fā)送的信號。2.1.4 MIMO信道考慮一個帶有MT個發(fā)送天線和MR個接收天線的MIMO信道，用hi,j(,t)表示第j個(j=1,2,MT)發(fā)送天線和第i個（i=1,2,MR）接收天線之間的脈沖響應(yīng)，MIMO信道可用MR×MT矩陣H(,t)表示，則MIMO信道的輸入-輸出關(guān)系可表示為y(t)=H(,t)*s(t)其中yi(t)為第i個接收天線接收到的信號，sj(t)為第j個發(fā)送天線發(fā)送的信號。2.1.5 經(jīng)典獨立同分布（IID）信道模型若以散射體相同作為前提，那么MR×MTMIMO信道H()就能被建模為H=(-0maxS,

42、'ab()Td'd)g=Hg()H的元素可以建模為單位方差獨立零均值循環(huán)對稱復(fù)平穩(wěn)高斯隨機變量。那么有H=HW，即獨立同分布（白色空間，Spatially White）信道。以下為HW的一些特性：HWI,j=0|HWI,j|2=1HWI,jHW*m,n=0如果im或jn分別去掉行和列就可以把MIMO信道HW限定為SIMO信道和MISO信道。2.1.6 H的奇異值秩為r的MR×MT信道矩陣H，有奇異值分解法（SVD）H=UDVH這里U和V分別為MR×r和MT×r的酉矩陣，D為r階對角矩陣。2.1.7 空時信道估計1、接收端空時信道估計在SISO系統(tǒng)中

43、，信道是由接收端使用發(fā)送端發(fā)出的訓(xùn)連信號來估計的。通常選用的訓(xùn)練序列具有很好的自相關(guān)特性。需要信道估計精度取決于使用的調(diào)制階數(shù)，通常信道估計錯誤應(yīng)該在加性噪聲功率的10dB一下。信道估計的頻率由多普勒擴展決定。在SIMO系統(tǒng)中訓(xùn)練序列處理也是一樣的，每個接收天線用自己的信號來信道估計，而不需要額外的訓(xùn)練能量。在多天線發(fā)送系統(tǒng)中，需要盡量保證來自多天線的訓(xùn)練信號在在某些維度是相互正交的，如時間（不同的時隙）、頻率（OFDM中的不同基頻）或編碼（不同的正交碼）。正交信號在大多數(shù)環(huán)境下能夠?qū)o定發(fā)送功率提供最佳估計準確度。好的尋來年序列應(yīng)該有好的自相關(guān)和互相關(guān)特性。在頻率和時間選擇性空時信道的信道估

44、計中，通常接收端在足夠的Nyquist頻率和時間間隔估計信道，完整信道通過插值來決定。2、發(fā)送端空時信道估計發(fā)送端的信道估計使用兩種常用技術(shù)，第一種是當(dāng)信號傳送通過信道時，在終端接收機估計出前向信道后，接著在反向鏈路上發(fā)送回基站，即反饋。第二種是利用雙工傳輸?shù)幕ヒ仔栽恚臼紫裙烙嫹聪蜴溌沸诺?，然后對前向鏈路信道使用這個估計，但利用互易性原理進行信道估計必須特別注意適用條件，要達到可靠發(fā)送信道估計必須非常小心。2.2 MIMO系統(tǒng)的信號模型假定一個MIMO系統(tǒng)具有MT個發(fā)送天線，MR個接收天線，假設(shè)每個符號周期系統(tǒng)發(fā)送的信號為MT×1維列矢量x，其中第i個分量xi表示從第i個天線發(fā)

45、送的信號。發(fā)送信號的協(xié)方差矩陣可以表示為Rxx=E(xxH)則系統(tǒng)發(fā)射總功率P可表示為P=Tr(Rxx)即發(fā)射總功率為發(fā)送信號協(xié)方差矩陣的跡。一般的，可以假設(shè)每個天線的發(fā)射功率相同，都為P/MT。則發(fā)射信號的協(xié)方差矩陣可以表示為Rxx=PMTIMT其中IMT表示MT×MR維單位矩陣。接收機噪聲矢量可以表示為MR×1維列矢量n。該矢量的分量都是0均值獨立同分布高斯隨機變量，實部于虛部相互獨立，且具有相同的方差。則接收噪聲矢量的協(xié)方差矩陣可表示為Rnn=EnnH=2IMR由于每個天線的接收功率等于所有天線的發(fā)送總功率，因此定義系統(tǒng)信噪比為SNR=P2它獨立于發(fā)送天線數(shù)目MT。接

46、收矢量可以表示為r=Hx+n由此可得，接收信號的協(xié)方差矩陣為Rrr=ErrH=HRxxHH+Rnn=PMTHHH+2IMR2.3 MIMO系統(tǒng)的信道容量由信息論，系統(tǒng)信道容量可以定義為在差錯概率任意小的條件下，系統(tǒng)獲得的最大數(shù)據(jù)速率。SIMO和MISO信道的容量是MIMO信道容量的特殊情況，并且可以根據(jù)發(fā)送端是否知道信道，利用同樣的計算方法來計算。2.3.1 發(fā)送端不知道信道這種情況下發(fā)送端未知信道響應(yīng)矩陣，而接收端卻可以精確估計信道衰落。這就意味著信號是獨立的且在各發(fā)送天線上發(fā)送功率相等。對信道響應(yīng)矩陣H進行奇異值分解得H=UDVH這里U和V分別為MR×r和MT×r的酉矩

47、陣，D為r階對角矩陣。對角矩陣D的元素是矩陣HHH特征根的非負平方根。由此，接收矢量可表示為r= UDVHx+n引入如下的矩陣變換r=UHrx=VHxn=UHn接收信號分量并不依賴于發(fā)送信號，即信道增益為0。而只有r個信號分量與發(fā)送信號有關(guān)。則上述MIMO系統(tǒng)可以看做r個獨立的并行子信道的疊加。每個子信道的增益為H矩陣的一個奇異值。對于信號矢量r，x及n，可以得到它們的協(xié)方差矩陣與跡為Rrr=UHRrrURxx=VHRxxVRnn=UHRnnUTr(Rrr)=Tr(Rrr)Tr(Rxx)=Tr(Rxx)Tr(Rnn)=Tr(Rnn)由此可知，矩陣變換前后信號矢量的功率相同。假設(shè)每個天線的發(fā)送功

48、率為P/MT，利用香農(nóng)信道容量公式，可得MIMO系統(tǒng)的信道容量為C=Wi=1rlog2(1+iPMT2)可見，MIMO信道容量與信道響應(yīng)矩陣有關(guān)。經(jīng)過一系列計算推導(dǎo)，可得MIMO系統(tǒng)的信道容量公式為C=Wlog2|PMTHHH+2IMR|2IMR|=Wlog2|IMR+PMR2HHH|2.3.2 發(fā)送端知道信道通過來自接收端的反饋或是由雙工系統(tǒng)中的互易性原理可以保持發(fā)送端確知信道。當(dāng)發(fā)送端和接收端都知道信道時，可以通過發(fā)送端和接收端的線性處理單信道模式接入。MIMO信道的容量是單個平行SISO信道容量之和，由下式給出C=Wi=1rlog2(1+iPMT2)因為發(fā)送端可以接入空間子信道，它就可以

49、在子信道中分配可變的能量來最大化互信息。現(xiàn)在互信息最大化問題就變成了C=maxWi=1rlog21+iPMT22.4 空間分集2.4.1 分集增益無線鏈接被通過空間，時間和頻率的信號強度的隨機波動所削弱，這通常被認為是衰落。分集給接收端在同樣的發(fā)送信號提供多個（理想的為獨立）表象。每個表象構(gòu)成一個分集分支。隨著獨立分集分支數(shù)量的增加，所有分支在同一時刻衰落的概率就急劇下降。這樣分集技術(shù)就使無線鏈接更加穩(wěn)定。假設(shè)有符號s，來自于一個有單位平均能量的標量星座，要被發(fā)送，發(fā)送端和接收端之間有M個相同的獨立Rayleigh衰落鏈接。在所有分集分支中都是頻率平坦衰落的情況下，接收端可以見到發(fā)送信號的多個

50、獨立衰落的版本yi=PMhis+ni i=1，2，M其中yi是對應(yīng)于第i個分集分支的接收信號，P/M為符號能量，hi是對應(yīng)于第i個分支的信道傳輸函數(shù)，ni是方差為2的加性零均值循環(huán)對稱復(fù)高斯噪聲。假設(shè)有發(fā)送信號s的多個衰落版本，通過一種被認為是最大比合并（MRC）的技術(shù)來最大化接收端的后處理信噪比。假設(shè)接收端完全知道信道，M個接收信號可根據(jù)下式合并起來zi=1Mhi*yi且由下式給出=1Mi=1M|hi|2其中=P/2可以解釋成SISO衰落鏈接中接收天線的平均信噪比。假設(shè)接收端有最大似然檢測，平均誤符號率Pe是由下式限定上界的PeNei=1M11+dmin2/4M在信噪比較高時，可以簡化為下式

51、PeNedmin24M-M分集影響了對數(shù)對數(shù)標度中的誤符號率對信噪比（）曲線的斜率，斜率的大小與分集重數(shù)M相同。當(dāng)存在無窮分集時，衰落就被完全削弱了。雖然分集和編碼都能改進系統(tǒng)性能（減少錯誤率），但這兩種增益的本質(zhì)非常不同。分集增益是通過增加誤符號率斜率的大小來表現(xiàn)的，而編碼增益卻是把錯誤率曲線向左平移。分集增益引起的信噪比優(yōu)勢隨分集重數(shù)的增加和目標錯誤率的降低而增加。另一方面，在足夠高的信噪比時，編碼增益通常是恒定的。2.4.2 接收天線分集考慮一個發(fā)送端有一個單天線而接收端有多個天線的系統(tǒng)（SIMO信道）。假設(shè)平坦衰落的情況下，這個系統(tǒng)的信道向量為h。假設(shè)發(fā)送的符號s是來自與一個單位平均能

52、量的標量星座，則信道的輸入輸出關(guān)系可以表示為y=Phs+n其中y是MR×1接收信號向量，h為系統(tǒng)的信道矢量，n為加性零均值循環(huán)對稱復(fù)高斯噪聲。接收端的信噪比由下式給出=|h|F2假設(shè)h=hw，這種信道的平均誤符號率為下式PeNei=1MR11+dmin2/4在高信噪比是可化簡為PeNedmin24-MR因此，接收端的平均信噪比（）=MR除了分集增益，接收端的平均信噪比被因子MR通過一個標準SISO而增加了，這是由陣列增益引起的。誤符號率隨著系統(tǒng)中接收天線的數(shù)量而改進。陣列增益的影響與編碼增益的影響相類似（即導(dǎo)致曲線的平行左移），并且是嚴格獨立于信噪比的。接收分集技術(shù)可以獲取完整分集增

53、益和陣列增益。性能改善與使用的接收天線數(shù)量呈比例。2.4.3 發(fā)送天線分集由于價格或空間的限制，在終端接收端布置多天線往往是不現(xiàn)實的，作為取代，與發(fā)送天線分集技術(shù)結(jié)合，在發(fā)送端使用多天線正日趨流行。在發(fā)送端有多天線的系統(tǒng)中利用空間分集要求信號在發(fā)送前被預(yù)處理或預(yù)編碼。1、發(fā)送端未知信道MISO假設(shè)發(fā)送端有兩個天線，接收端有一個單獨的天線?？紤]使用Alamouti方案。在這種技術(shù)中，第一個符號周期天線1和2分別發(fā)送不同的符號s1和s2，接下來在下一個周期從天線1和2分別發(fā)送信號s2*和s1*。信道h=h1，h2和這兩個符號周期中接收到的信號y1和y2由下式給出y1=P2h1s1+P2h2s2+n

54、1y2=-P2h1s2*+P2h2s1*+n2接收端形成一個重新排列的信號向量y，可表示為y=y1y2*=P2h1h2h2*-h1*s1s2+n1n2=P2Heffs+n有效信道矩陣Heff是正交的。計算可得，一個符號的接收信噪比由下式給出=|h|F22假設(shè)h=hw，在高信噪比條件下平均誤符號率上限依照下式PeNedmin28-2發(fā)送端不知道信道的情況不允許陣列增益，故由于陣列增益，接收分集要優(yōu)于Alamouti方案。2、發(fā)送端已知信道MISO考慮一個有MT發(fā)送天線和頻率平坦衰落的MISO系統(tǒng)。信道矢量h為h=h1h2hM要利用空間分集，信號在被適當(dāng)加權(quán)以后從每個發(fā)送天線發(fā)送出來，這樣信號的接

55、收天線同相的到達并且相干相加。接收端的信號由下式給出y=PMThws+n其中，y是接收信號，h是信道傳輸向量，w是MT×1維的權(quán)向量，n是零均值循環(huán)對稱復(fù)高斯噪聲。使接收到的信噪比最大化的權(quán)向量w由下式給出w=MThH|h|F2這種方案被認為是發(fā)送最大比合并（transmit-MRC）。假設(shè)h=hw，平均誤符號概率由下式給出上限PeNedmin24-MT因此，在存在獨立同分布Rayleigh衰落時，發(fā)送最大比合并傳送MT重分集，平均接收信噪比為（）=MT接收端的平均信噪比在一個SISO鏈接上通過MT因子來改進，并且它是發(fā)送陣列增益。因此，如果發(fā)送端完全知道信道，發(fā)送最大比合并將傳遞陣

56、列增益和分集增益。雖然提供同樣的分集增益，但由于陣列增益，發(fā)送最大比合并要優(yōu)于Alamouti方案。此外，有M個發(fā)送天線的MISO系統(tǒng)使用發(fā)送最大比合并將會與有同樣接收天線數(shù)目且使用接收最大比合并的SIMO系統(tǒng)具有相同的性能。3、發(fā)送端未知信道MIMO考慮一個帶有兩個發(fā)送天線和兩個接收天線的MIMO系統(tǒng)，可以使用Alamouti方案在此系統(tǒng)中獲取分集。同MISO系統(tǒng)一樣，在第一個符號周期天線1和2分別發(fā)送不同的符號s1和s2，接下來在下一個周期從天線1和2分別發(fā)送信號s2*和s1*。假設(shè)在連續(xù)的符號周期信道保持恒定，同樣假設(shè)一個頻率平坦信道。信道矩陣H為H=h1,1h1,2h2,1h2,2且在

57、連續(xù)符號周期接收天線陣列上的信號為y1和y2，有y1=P2h1,1h1,2h2,1h2,2s1s2+n1n2y2=P2h1,1h1,2h2,1h2,2-s2*s1*+n3n4接收端根據(jù)下式得到一個信號矢量yy=y1y2*=P2h1,1h2,1h1,2h2,2h1,2*h2,2*-h1,1*-h2,1*s1s2+n1n2n3*n4*=P2Heffs+n注意到有效信道矩陣Heff是正交的。相應(yīng)的的接收信噪比由下式給出=|H|F22假設(shè)H=Hw，則在高信噪比時的平均誤符號概率的上限可由下式給出PeNedmin28-4所以，雖然發(fā)送端未知信道，Alamouti方案獲取了MTMR重的分集（在這里是四重）。因此對H=Hw，接收端的平均信噪比為（）=2故當(dāng)發(fā)送端未知信道時，Alamouti方案只能獲得接收陣列增益。4、發(fā)送端已知信道MIMO考慮一個有MR接收天線和MT發(fā)送天線