(3)小结
+ 从频谱利用率的角度来看，同频组网是
最优的方案，同频组网是 rD—SCDMA网络
发展的最终目标，但是由于，rD—SCDMA系
统难以解决邻小区同频干扰问题，同频组网
需要损失一定的容量换取性能的改善；异频
组网能够有效减少邻小区同频干扰的影响，
改善系统性能，但是由于频谱利用率较低，
需要更多的频率资源，可以满足网络初期发
展的需要，随着网络的发展，异频组网逐步
发展到同频组网。未来采用何种组网方案，
还需要利用预商用网的测试结果指导方案
选择。
4、结束语
通过对 ，rD—SCDMA系统关键技术的
分析，本文i-tiC了这些关键技术对TD--SC．
DMA系统无线网络规划的影响，在下一步
的研究中，还将详细阐述 TD—SCDMA无线
网络规划方案的细节。
虽然目前 ’rD—ScDMA系统商用化进
程不足，但是随着 T 一SCDMA预商用网的
建设和对系统的详细测试，可以进一步调整
和解决技术上的问题。同时，通过合理的网
络规划，可以有效的规避无线网络建设的风
险，随着TD—SCDMA技术和网络的不断发
展，相信 TD—SCDMA产业能够在未来中国
3G市场上获得蓬勃发展，增强国人 自主开
发高科技产业的信心。
MIMO技术的发展
罗 涛 李少谦
下一代无线通信系统将提供用户更高
的数据传输速率和更好的服务质量，系统容
量需要大幅度提高，因此有限的无线频谱资
源迫使下一代无线通信技术必须极大地提
高频谱利用率。多输人多输出(MIMO)天
线技术正适应未来无线通信技术发展的要
求，近年来得到迅猛的发展。MIMO技术是
指在发射端通过多个发射天线传送信号，在
接收端使用多个接收天线接收信号的无线
通信技术，目前理论已经证明应用MIMO技
术能极大地提高无线通信系统的性能和容
量。
；贝尔实验室的Telestar和Foschini等人
首先对 MIMO系统的信道容量进行深人分
析并 提出 了贝尔实 验室分层空 时算 法
(BLAST)，随后 Tarokh等人提出了空时格
码( C)，Alamouti提出了空时分组码
(STBC)，使得 MIMO技术的研究迅速成为
无线通信领域的研究热点。
1、MIMO信道
研究无线通信技术首先就要研究无线
信道。同样，MIMO技术的研究发展总是围
绕着人们对 MIMO信道的深入研究而继续
发展。在早期的 MIMO技术研究中为了简
化分析，研究者通常假设天线阵列周围存在
大量散射物，且天线元间距大于半波长，不
· 5l·
维普资讯
同天线的信道衰落是不相关的，因此早期大
量的研究成果在独立信道的前提条件下完
成。
随着 MIMO信道研究的发展和趋于成
熟，人们发现随着 MIMO信道相关性逐渐增
强，MIMO信道的容量将急剧下降。当信道
存在相关性时，早期部分重要MIMO技术研
究成果应用于无线通信系统中时，性能将急
剧降低甚至于不能正常工作，而在现实环境
中具有相关性或相关性强的 MIMO信道环
境大量存在。随着 MIMO技术研究的深入，
人们对 MIMO信道的研究也越来越考虑接
近实际信道环境的 MIMO信道模型。现在
建立在更为真实的相关性 MIMO信道模型
下的 MIMO技术的研究已成为主要研究发
展方向，其中主要研究内容包括：(1)MIMO
信道建模
信道建模从一般的相关性信道和均匀
线性阵列天线配置(ULA)的 MIMO信道建
模向更接近实际情况的各种无线通信环境
和可能使用的不同天线配置(如 uLA、均匀
圆形天线阵列、均匀矩形天线阵列等)方式
的MIMO信道建模方向发展，信道模型更接
近真实的无线环境。 ’
(2)MIMO信道的容量分析
容量分析从独立信道和一般的相关性
MIMO信道的容量分析向具体使用不同发
射方案在各种 MIMO信道条件下的容量分
析方向发展，容量分析更准确。
(3)MIMO关键技术
关键技术包括各种 MIMO空时编码、信
道估计、信道检测技术，及其在各种应用环
境的相关性 MIMO信道下的新方法及性能
分析。
2、MIMO收发技术
MIMO技术实质上是利用空间资源的
信号处理技术，从信号处理方法上主要分为
· 52 ·
两大类：一类是空间复用技术，如贝尔实验
室提出的 BLAST；另一类是空间分集技术，
如 STBC。前期的MIMO收发技术主要围绕
空间复用和空间分集处理技术，提出了很多
发射方案和信号检测技术。发射方案主要
有各种空时频编码、BLAST和空时频编码
与 BLAST相结合的多种发射方案。经典的
接收检测技术则包括最大似然检测(ML)、
最小均方误差(MMSE)、迫零(ZF)、球形译
码(SD)、垂直一贝尔实验室分层空时算法
(V—BLAST)及迭代方法等。这些传统的
收发技术还在进一步发展和完善。
MIMO技术发展以来，人们已经提出了
很多的 MIMO系统方案，总结这些较早的
MIMO系统可以发现，它们都是在发射端未
知信道状态信息条件下从 N个发射天线发
射信号 x1⋯ ⋯ xN，信号经过 MIMO信道
H后，N个接收天线接收信号 y1⋯ ⋯ yN
后通过各种信道估计方法获取信道状态信
息进行检测，这类系统可以称为信道状态信
息接收端已知(CSIR)系统(如图 1所示，其
中n1⋯ ⋯ nN为附加白高斯噪声)。然而
对 MIMO信道的研究表明，如果信道状态信
息在发射端和接收端都可以利用的话，MI—
MO系统的性能将进一步提高，特别是当信
道状态信息在发射端精确已知(CSIT)时
(如图2所示)，发射端可以利用已知的信
道状态信息对发射信号进行信号预处理
(如图2中w1⋯ ⋯ wN)，MIMO系统的性
能可以达到最优。实际上信道状态信息可
以在接收端通过信道估计技术获得。在频
分双工(FDD)的无线通信系统中，可以利
用反向信道将信道状态信息反馈给发射端；
在时分双工(TDD)的无线通信系统中，则
可以利用反向链路的信道信息估计值近似
获得信道状态信息。因此，如何准确地估计
信道状态信息，如何准确地反馈信道状态信
维普资讯
息，如何在已知信道状态信息条件下设计
MIMO收发方案等成为 MIMO技术的重要
研究方向。目前这方面的研究工作已经展
开，例如：MIMO预编码技术、MIMO的发射
天线选择技术、MIMO的自适应编码调制技
术等等。
▲国1佶造桄态信皂按世蜡已知的MIMO象jII
▲国2信遗状态信急在jc射蜡；I旨确已知的MIMOji jlI
在一些实际的MIMO系统中，信道状态
信息反馈时可能存在一定的差错或实际的
MIMO信道变化太快，系统的发射端不能够
获得完美的信道状态信息。另一方面，在
csFr的 MIMO系统中，需要反馈的信道状
态信息量随着接收端天线数目的增加而急
剧增大，但在实际MIMO系统中反向信道的
容量有限，反馈的信息太多将严重影响系统
容量。因此，部分反馈信道状态信息或发射
端部分知道信道状态信息的 MIMO收发技
术更具有实际的应用价值，发射端部分知道
信道状态信息的 MIMO系统成为 MIMO技
术重要的研究方向。已经有学者在研究发
射端部分知道信道状态信息条件下，进行发
射端和接收端的联合设计，以便最大可能地
提高 MIMO系统性能。目前关于发射端部
分知道信道状态信息的 MIMO技术研究包
括 ：
(1)如何有效地反馈信道状态信息，减
少需要反馈的比特数目并保证其鲁棒性。
(2)发射端部分知道信道状态信息的
MIMO系统性能分析。
(3)发射端部分知道信道状态信息的
MIMO系统发射技术和接收技术的联合设
计 。
有关这方面的研究已经取得了一些初
· 53 ·
维普资讯
步的研究成果。
3、MIMO技术的体系结构
为了提高系统容量，下一代的无线宽带
移动通信系统将会采用 MIMO技术，即在基
站端放置多个天线，在移动台也放置多个天
线，基站和移动台之间形成 MIMO通信链
路。应用 MIMO技术的无线宽带移动通信
系统从基站端的多天线放置方法上可以分
为两大类：一类是多个基站天线集中排列形
成天线阵列，放置于覆盖小区，这一类可以
称为集中式 MIMO；另一类是基站的多个天
线分散放置在覆盖小区，可以称为分布式
MIMO。
MIMO技术可以比较简单地直接应用
于传统蜂窝移动通信系统，将基站的单天线
换为多个天线构成的天线阵列。如图3所
示，基站通过天线阵列与小区内的具有多个
天线的移动台进行 MIMO通信。从系统结
构的角度看，这样的MIMO系统与传统的单
人单出(SISO)蜂窝通信系统相比并没有根
本的区别。
传统的分布式天线系统可以克服大尺
度衰落和阴影衰落造成的信道路径损耗，能
够在小区内形成良好的系统覆盖，解决小区
内的通信死角，提高通信服务质量。最近在
MIMO技术的研究中发现，传统的分布式天
线系统与 MIMO技术相结合可以提高系统
容量，这种新的分布式 MIMO系统结构——
分布式无线通信系统(DWCS)成为 MIMO
技术的重要的研究热点。
在采用分布式 MIMO的 DWCS系统中
(如图4所示)，分散在小区内的多个天线
通过光纤和基站处理器相连接。具有多天
线的移动台和分散在附近的基站天线进行
通信，与基站建立了MIMO通信链路。这样
的系统结构不仅具备了传统的分布式天线
· 54 ·
系统的优势，减少了路径损耗，克服了阴影
效应，同时还通过 MIMO技术显著提高了信
道容量。与集中式 MIMO相比，DWCS的基
站天线之间距离较远，不同天线与移动台之
间形成的信道衰落可以看作完全不相关，信
道容量更大。总体上说，分布式 MIMO系统
的信道容量更大，系统功耗更小，系统覆盖
性能更好，系统具有更好的扩展性和灵活
性。
分布式 MIMO的 DWCS系统也带来了
一 些新问题。移动台和小区内邻近的天线
建立的MIMO链路，由于基站不同天线的位
置不同，它们距离移动台的距离不同，使得
基站端的多个天线的信号到达移动台的延
时也不同，因此带来新的研究问题。目前在
维普资讯
这方面研究较多的是进行容量分析。除此
之外的研究内容还包括：具体的同步技术、
信道估计、天线选择、发射方案、信号检测技
术等，这些问题有待于深入研究。
4、MIMO技术的应用
MIMO技术已经成为无线通信领域的
关键技术之一，通过近几年的持续发展，MI-
MO技术将越来越多地应用于各种无线通
信系统。在无线宽带移动通信系统方面，第
3代移动通信合作计划(3GPP)已经在标准
中加入了 MIMO技术相关的内容，B3G和
4G的系统中也将应用MIMO技术。在无线
宽带接人系统中，正在制订中的 802．16e、
802．11n和 802．20等标准也采用了 MIMO
分{；i式Il|I
技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽
带(UWB)系统、感知无线电系统(CR)，都
在考虑应用 MIMO技术。
MIMO技术正从前期理论研究进入理
论研究和实际应用相结合的阶段。现在有
很多学者正研究 MIMO技术在实际应用中
遇到的实现问题。随着使用天线数目的增
加，MIMO技术实现的复杂度大幅度增高，
从而限制了天线的使用数 目，不能充分发挥
MIMO技术的优势。目前，如何在保证一定
的系统性能的基础上降低 MIMO技术的算
法复杂度和实现复杂度成为学术界和业界
面对的巨大挑战。
5、结束语
MIMO技术是近十年来无线通信领域
重大的技术突破，将成为未来无线宽带移动
通信系统和无线宽带接人系统的关键技术。
作为无线通信领域近年来发展起来的新技
术，MIMO技术在通信理论上还远没有完
善，有很多的关键技术需要进一步研究，MI．
MO技术还在继续发展。同时，人们对高质
量的无线通信系统的需求不断催生新的应
用，MIMO技术在通信系统中的实际应用将
不断促进 MIMO技术的进一步发展。
· 55·
维普资讯
