在3G持续优化和4G演进格局下，面对频谱资源的严重不足、大流量业务的激增，在天线等配套设备上引入新技术已经被运营商作为重点工程。此前针对TD智能天线，中国移动在3G深度优化上提出了天线小型化、双极化、宽带化和电调化的“四化”要求。

在后3G时代，因能在不增加带宽的情况下提高传输效率和频谱利用率，MIMO多天线技术的试验和应用也被提上日程，获得运营商和产业链重视。

但对于业界热议的MIMO优势，中国移动地方运营商人士并非同样乐观，在该人士看来，TD运营的两年来，智能天线并没有达到原来设计的效果，先进的技术在现网中的应用并不是一帆风顺。

围绕MIMO技术特性和应用关键，本刊邀请多位技术专家来一同解读。

对话嘉宾：

江苏邮电规划设计院有限公司研究院院长 朱晨明

广东电信规划设计院有限公司 刘德全

大唐移动市场营销部市场总监 刘龙山

革命性的MIMO技术

《通信世界周刊》：在3G深入优化以及向4G演进的过程中，业界频繁提到多天线技术的应用。该技术比以往的天线技术先进在哪里？

朱晨明：多天线技术（MIMO）是天线分集与空时处理技术相结合的产物，源于天线分集与智能天线技术，具有二者的优越性。MIMO技术实质上是为系统提供空间复用增益和空间分集增益，空间复用技术可以大大提高信道容量，而空间分集则可以提高信道的可靠性，降低信道误码率。通常，多径会引起衰落，因而被视为有害因素，然而对于MIMO来说，多径可以作为一个有利因素加以利用，MIMO技术的关键是能够将传统通信系统中存在的多径衰落影响因素变成对用户通信性能有利的增强因素，能够在不增加信号带宽的前提下使无线通信的性能改善几个数量级。

刘德全：在3G深入优化以及向4G演进的过程中，各种技术都是在想方设法提高空中接口的效率，MIMO技术成倍增加了无线信道容量和频谱利用率，这是以往天线无法实现的。

LTE系统中采用了MIMO技术，可以用在室外宏站中，也可以用在室内分布系统中。在室外宏站中，采用多阵元天线构成的MIMO双极化板状天线。室内分布系统中，目前采用单极化吸顶天线，也就是每一路信息流采用一副单极化吸顶天线，随着工艺改进，双极化吸顶天线也将逐步成熟，届时LTE的两路信息流可以共用双极化吸顶天线，这将减少一半天线数量，减小施工难度。

刘龙山：在目前的3G快速发展阶段，TD网络中的天线技术主要还是以智能天线为主。智能天线在算法、基带处理等方面已经非常成熟。对于智能天线的优化，我们也提出过一些方案，例如TD网络优化有时需要调整天线方位角，以前的方法是通过人工对天线进行机械调整，现在则可以通过软件来远程实现电子调节。

多天线技术带来的天线分集和赋形增益，可以有效扩大系统覆盖范围，显著提高信号质量；同时，多天线MIMO技术可以利用空间复用增益，显著提升上下行吞吐量，适合于承载大流量的数据业务。

MIMO的两大特征

《通信世界周刊》：实现高频谱利用率和增大系统的覆盖范围，是否可以视为是多天线技术的两大目的？

朱晨明：信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高，另外MIMO技术还可以提高网络覆盖能力：MIMO工作在分集模式下，通过分集增益可以增加小区覆盖半径；在复用模式下，通过提升小区边缘速率获得的分集增益来提升小区覆盖半径。

但值得注意的是，MIMO可以增加系统的覆盖范围也会牺牲部分数据传输速率，而MIMO技术的应用最终目的是解决系统容量，提升频谱效率，因此实现高频谱利用率是多天线技术的主要目的，而增大系统的覆盖范围并不是MIMO技术的主要目的。

刘德全：MIMO可以同时发送和接收多个空间流，提高信道容量。同时MIMO信道提供的空间分集增益也提高了信道的可靠性，降低误码率。

因此，MIMO通过利用多根天线，在不增加频带宽度的情况下提高数据传输速度，实现了高频谱利用率，同时凭借空间分集增益也延长了通信距离。

刘龙山：这是多天线技术最明显的两个优点。事实上现在的智能天线已经在向这样的方向发展。多天线技术复杂度较高，业界对于在3G阶段是否引入MIMO多天线也有过讨论，最终一致认为，从技术上和效益上，在TD-LTE时代引入MIMO多天线更为合适。

在硬件设备上，只要频率合适，TD智能天线过渡到TD-LTE多天线不需更换设备。例如大唐的8天线双流波束赋形已经可以使智能天线在基带处理单元上通过软件升级支持多天线MIMO技术。

3G网络不适合MIMO

《通信世界周刊》：不同3G技术的演进上，多天线技术的成熟度和应用特点是否也不同？

朱晨明：经过多年的研究，MIMO技术取得了一定的进展，但还有许多实际问题需要解决，如天线的数量和距离、接收机的复杂性、MIMO信道模型等，MIMO的成熟及大规模商用还有很长的一段路要走。

MIMO还未在3G网络上得到应用，具体原因主要体现在以下几个方面。

天线问题。在MIMO的系统设计中，天线的数目和间距是重要的系统参数。具有多天线的基站更多地关注环境，因此，天线元的数目被限制在恰当的数目，比如说四根天线。而对于终端而言，1/2波长间距足够保证非相关衰落。可以设想终端天线的最大数为四根，当然，两根天线实现的可能性更大。间距参数对于实现MIMO的高频谱效率尤其重要。然而，对于手机而言，安装两根天线可能是个问题。这是因为目前手机设计的趋势是把天线放入盖子里以改进外表的吸引力，这就使得间隔的要求近乎苛刻。

接收机复杂度的问题。首先，接收机中对MIMO信道的估计使得复杂度增加。另外，复杂度还来自特别的RF、硬件和接收机高级分离算法。MIMO接收机应该是双模的，以支持非MIMO模式。在MIMO模式时，接收机的每根天线使用一个RF链路，另外还要有附加的基带操作，即用来消除空间干扰的空时合并器和检测器。这些附加需求使得四发四收MIMO系统的复杂度大约是单天线接收机的两倍。由于MIMO接收机环境的时延扩展带来的不同信道条件可能还需要均衡和干扰消除的处理，可能会进一步加大接收机的复杂度。

刘德全：从理论上来说，3G系统可以选择采用MIMO技术，但是考虑到实现的复杂度等问题，目前我国正在运营的3G系统都没有采用MIMO技术。TD-SCDMA系统采用了智能天线技术，这种技术也是采用了多阵元天线，但与MIMO不同的是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效提高天线增益，降低用户间的干扰。因此智能天线技术也可以算一种天线分集技术，但没有实现空间复用，不是MIMO技术。WCDMA系统也进行了MIMO的标准化工作，但运营中没采用多天线技术。

刘龙山：目前在技术上，TD网络引入MIMO多天线技术更加灵活。WCDMA和cdma2000将走向LTE FDD，LTE FDD也会用到多天线技术，但TDD更有灵活性。多天线MIMO技术的实现涉及到信道状态信息的反馈，TDD因其上下行信道采用相同的频率，可以利用上下行信道的互易性，实现起来更为灵活。

4G的最佳选择

《通信世界周刊》：似乎多天线技术更适合在LTE以及4G中发挥作用？

朱晨明：MIMO将在LTE以及4G中得到广泛应用。

针对LTE以及4G时代的高传输速率，必须采用一些具有高频谱利用率的技术来实现。MIMO技术具有极高的频谱利用率，而且其提供的空间分集可以显著改善无线链路性能。

刘德全：MIMO曾被3G采用，主要利用MIMO空间分集的优点提高系统性能。在WCDMA协议中，可使用6种分集发射方法，基站有2个发送天线，其本质是MIMO的空间分集。基站每个天线到手机的信号通过正交码来区分。另外，在3GPP的HSDPA中提出了使用MIMO天线系统，此系统在发送和接收方都有多副天线。

与传统天线相比，MIMO由于采用多天线，提高信道容量的优势非常明显，但是MIMO接收机设计的最明显的劣势是复杂度高。

因此虽然从理论上来说，TD-SCDMA系统和WCDMA系统都可以选择采用MIMO技术，但是考虑到实现的复杂度等问题，3G运营中并没采用多天线技术。MIMO与OFDM结合将会是4G最佳选择。

刘龙山：多天线技术MIMO技术主要将在TD-LTE实现应用。目前，大唐移动已经与中国移动研究院展开合作，针对中国移动在全国范围铺开的TD网络，8天线双流赋形技术可以使其智能天线在后续发展上，平滑升级到TD-LTE，大大减少工程施工量。

在今年即将展开的TD-LTE规模试验中，8天线技术将广泛采用，大规模的应用可以对该技术进行全面验证和进一步增强。