大规模MIMO系统有限反馈方案研究

发布时间：2020-04-11 05:39

【摘要】：大规模MIMO技术被认为是第五代(5G)无线通信系统中的关键技术之一,通过在基站端配置大量天线,在功率效率,频谱效率和链路可靠性方面有很大的提升。但是在大量增加天线数目时,系统中反馈开销会随之明显增加。大规模MIMO系统中,信道状态信息获取的准确度影响着整个系统的性能。频分双工(Frequency division duplex)模式下的大规模MIMO系统中用户端通过有限反馈技术将量化之后的信道状态信息发送给基站端,但是随着基站端(BS)的天线数成百上千的增加,信道状态信息的获取的复杂度呈指数型增加,系统的反馈比特数也随之增加。因此系统反馈开销过大成为当前急需解决的问题。为此,论文针对在FDD下的大规模MIMO系统中反馈开销过高的问题展开研究,提出了新型的有限反馈方案。首先,论文从计算复杂度和反馈比特数两方面,分析了大规模MIMO系统中天线数增加带来开销过高问题。其次,针对有限反馈中的高计算复杂度问题,提出了基于方向标记的有限反馈量化方法。通过对量化过程中的码本进行均匀分组,每组选取代表本组的方向标记向量,在信道状态信息进行量化时,首先与每组的方向标记进行比较,得到与信道向量最接近的方向标记,其所在组为待选码本组,在待选码本组内进行二次量化,得到最佳码字。复杂度分析表明该方法可以有效的降低有限反馈过程中的量化计算复杂度。最后,针对高反馈比特数问题,提出了基于码本轮转的有限反馈量化方法。以用户上一时刻的最佳码字为基准,其左右轮转区域内的码字进行轮转,轮转到当前用户码本初始位置,为当前时刻用户的虚拟码本,在虚拟码本中进行量化,得到最佳码字。理论分析和仿真结果表明,对于接近静态或者移动性较低的用户群,该方法可以有效的减少用户端向基站端的反馈比特数,从而降低系统反馈开销。
【图文】：

有限量,反馈过程

Ｈ是ＡＴｘＡ／的矩阵，其中第／行为信道向量ｈ，。逡逑为基站在同一时间向不同用户发送消息时，每个用户可以收到基站向其余所逡逑有用户的消息，但是对于此用户而言为无用信息，则相当于干扰，为了解决这种逡逑情况，提出了迫零预编码。迫零预编码的思想为将每一用户收到的其余所有用户逡逑的信息消除，从而达到消除干扰的目的。即在所有的情况下１１￥７为０，因此可逡逑以消除来自其他用户的干扰。逡逑由于反馈比特数的限制，用户端需将信道状态信息量化之后在反馈给基站端，逡逑现己存在的量化方法有Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ方法、Ｋｅｒｄｏｃｋ方法、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ方法、逡逑Ｖｅｃｔｏｒ邋Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ邋（矢量量化）方法，其中Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ方法的基本原则计算机逡逑搜索码字之间的最短距离，但是构成码字矩阵的元素不在一个有限的字符集中，逡逑因此此方法的存储难度依据搜寻难度较高。Ｋｅｒｄｏｃｋ方法码本构造复杂度低，构成逡逑码字的矩阵兀素只在±１、±ｊ组成的字符集中。Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ方法基于Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ逡逑变化而构成因此得名。以上几种码本研究范围为瑞丽衰落信道，而Ｖｅｃｔｏｒ逡逑Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ邋（矢量量化）方法通过研究不同的信道设计适合其自身的不同的码本，逡逑对其信道具有更高的适应性，因此本文中研究内容为Ｖｅｃｔｏｒ邋Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ邋（矢量量化）逡逑方法，主要为其中的Ｒａｎｄｏｍ邋Ｖｅｃｔｏｒ邋Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ邋（随机矢量量化）方法。逡逑

系统容量,天线,基站,系统特点

大规模ＭＩＭＯ系统特点为在大量增加基站端天线数目且在同一时刻可以向多逡逑个用户传输信息，他通过对不同天线资源的复用提升系统增益，，从而提升系统的逡逑系统容量以及资源利用率。由图２－３可知系统中反馈比特数增加时，系统容量逐渐逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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