多天线技术在TD-LTE系统得到了充分的应用，不仅收发的天线数有明显的增加，而且MIMO的传输模式也更加丰富。在下行链路，多天线发送方式包括发送分集、空间复用、多用户MIMO和波束赋形等传输模式，在上行链路，多个用户组成的虚拟MIMO也进一步提高了上行的系统容量。

在无线移动通信系统中，分集技术通常用于对抗衰落、提高链路可靠性。分集技术需要接收端接收到多个重复的发射信号，这些发射信号携带同样的信息，其衰落在统计上有较低的相关性。分集的基本思想是，如果能够传输多个独立衰落的信号，从统计意义来说，合成信号的衰落比每一路信号衰落要降低很多。这是因为在独立衰落的假设下，当一些信号发生深衰落时，可能另一些信号的衰落较轻，各路信号同时发生深衰落的概率是很低的，从而合成信号发生深衰落的概率也被大大降低。从以上描述可以看出，要获得分集增益，多个独立衰落信号产生和多个独立信号的合成是关键，一个合适的产生和合成方法将大大减轻合成信号的衰落。

现代通信系统中，基站一般会装置多根天线，天线间距较大时，天线间的衰落相关性是较低的，因此恰当地设计发送方式可以获得空间发射分集。空间发射分集通过在发射端对所要发射的信号进行预处理，以引入接收端可以利用的分集，在接收端通过检测算法获得该分集。典型的例子如延迟发射分集，为了改善发射分集的性能，可以将编码与发射分集结合。为多天线传输设计的编码叫做空时（频）编码，该方案通过编码，在空间和时间（频率）域内引入冗余。由于对编码和发射分集进行了联合优化设计，空时编码在不牺牲带宽的情况下，可以同时获得发射分集与编码增益，空时编码还可以与多天线接收一起来对抗多径衰落，提高信道容量。下面将简单介绍发射分集的实现方法。

1．延迟发射分集

文献[1，2，3]中提出了最早的发射分集技术，即延迟发射分集。延迟发射分集系统中的发送端使用多个天线进行传输，人为地为不同的天线上发射的信号引入不同延迟，使各个延迟路径的信号在统计意义上相互独立。该方案将空间分集转化为频率分集，利用频率分集增益，降低系统的差错概率。延迟发射分集系统的接收机结构与单天线接收机完全一致，不需要额外的处理模块。但是为了避免延迟发射分集造成的码间干扰，接收机端必须采用能够抑制码间干扰的均衡算法。延迟发射分集的原理如图3-15所示，信号经过编码调制后，引入不同的时延，分别在不同的天线上发射。

2．循环延迟发射分集

延迟发射分集会引入码间干扰，接收端需采用码间干扰抑制的均衡算法，增加了接收端的复杂度。为了避免上述问题，文献[7，8]中提出了循环延迟发射分集技术。在循环延迟发射分集系统中，各个天线支路的信号经过循环移位后并行发送。循环延迟发射分集适用于分块传输的系统，如OFDM和DFT-s-OFDM等。由于各天线支路的信号间不存在真正的延迟，因而不会产生码间干扰的问题，循环偏移量也不会受到循环前缀长度的限制。对于接收端而言，循环移位仅相当于等效信道的变化，因此不增加接收机的复杂度。OFDM系统中的循环延迟分集的原理如图3-16所示。类似于延迟分集，循环延迟分集将空间分集转化为频率分集。

3．切换发射分集

切换发射分集是指按照预定模式进行发射天线的切换，包括时间切换发射（TSTD）分集和频率切换发射（FSTD）分集。时间切换发射分集中，发射机交替地（或者由伪随机码控制）选择发送天线中的一组进行发送。

时间切换发射分集方案中，不同的天线支路在不同的时间段发射。时间切换发射分集的时间切换发送过程削弱了同一个码块内符号之间的时间相关性（或者说增加了等效信道的时间选择性），这样可以通过纠错编码获得分集增益。

频率切换发射分集方式中，不同的天线支路使用不同的子载波集合进行发送，减小了子载波之间的相关性，使等效信道产生了频率选择性，因而同样可以利用纠错编码提高差错概率性能。

4．空时（频）编码

Alamouti于1998年提出了两发送天线的空时编码方案。待发送信息比特经过星座映射之后以两个符号为单位进入空时编码器。在第一个时刻，发送天线1传输符号c1，而发送天线2传输符号c2。下一时刻，发送天线1与发送天线2分别传输符号与。其中()*表示复数的共轭。两天线的STBC发射机结构如图3-17所示。

SFBC的码组结构与STBC完全一致，不同之处在于SFBC针对空间（天线之间）以及频率（子载波）二维进行编码。例如，对于对于两发送天线的SFBC系统，假设输入SFBC编码器的符号流为c1，c2，…，则天线1与天线2的第1子载波上分别传输c1与c2，而天线1与天线2的第2子载波上分别传输 与 。

两发射天线的STBC和SFBC的输入的符号速率和每根天线上输出的符号速率相同，也就是说速率为1。对于天线端口数目大于2的系统，不存在速率为1的正交空时编码。如果要保留正交的特性，速率就需要降到1以下。

LTE标准中采用SFBC作为两天线端口的发射分集方案，4天线端口的发射分集方案为SFBC和FSTD的组合方案。SFBC+FSTD方案将待传输的数据符号以4个为一组进行编码操作，记为c1，c2，,c3，c4这4，个符号按照表3-7所示的关系映射到子载波0、1、2、3和天线端口0、1、2、3上。

观察表3-7可以发现，在载波0和载波1上只有天线端口0和天线端口2传输数据，端口1和端口3不传输数据，端口0和端口2之间构成了一个SFBC编码，解码方法与2天线端口的SFBC相同；类似的，载波2和载波3上，只有天线端口1和天线端口3传输数据，端口0和端口2不传输数据，端口1和端口3之间构成了一个SFBC编码，解码方法与2天线端口的SFBC相同。在不同的载波（组）上进行天线（组）的切换，即SFBC+FSTD。

表3-7 4天线端口的SFBC+FSTD编码

虚拟MIMO技术通常用在上行传输中，主要原因是终端的天线数少于基站的天线数，为了更加充分地利用上行信道的信道容量，在TD-LTE R8版本中引入了虚拟MIMO传输方式。

传统的MIMO传输对于发送端来说是可控的，即可以选择发送的天线数和流数，但是在虚拟MIMO中，终端只是单流单天线传输，并没有意识到其他发送终端的存在，但从接收端的角度看，是一个多发多收模式，由多个发送终端和基站组成一个虚拟多发多收的MIMO系统。在图3-27中，每个终端一个发送天线，两个终端和基站两个接收天线组成2×2的虚拟MIMO链路，此时两个终端可以在相同的时频资源发送上行数据，基站由于配有两根接收天线，因此可以检测出两个不同的数据流。虚拟MIMO的本质是利用了来自于不同终端的多个天线提高了空间的自由度，充分利用了潜在的信道容量。

TD-LTE R8中采用了上行虚拟MIMO技术，每个终端只有单个发送通道，多个终端可以组成虚拟的上行MU-MIMO传输。由于上行虚拟MIMO是多用户MIMO传输方式，每个终端的导频信号需要采用不同的正交导频序列以利于估计上行信道信息。对于单个终端而言，并不需要知道其他终端是否采用虚拟MIMO方式，只要根据下行控制信令的指示，在所分配的时频资源里发送导频和数据信号，在基站侧，由于知道所有终端的资源分配和导频信号序列，因此可以检测出多个终端发送的信号信息。

上行虚拟MIMO技术并不会增加终端发送的复杂度，但是在基站端，需要完成用户的选择配对和多用户的检测。在应用虚拟MIMO技术时，首先需要考虑的因素是尽可能使得配对用户之间的干扰小一些，表现在信道上是相互正交，同时两个用户的信噪比应该相当，便于获得更好的空间复用增益。