大规模MIMO系统中基于信道压缩的有限反馈技术研究

发布时间：2017-08-07 16:36

  本文关键词：大规模MIMO系统中基于信道压缩的有限反馈技术研究

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【摘要】：从整个移动通信系统的发展历史来看,不断提高数据传输速率是每一代移动通信系统的基本目标,因此具有超高数据传输速率的第5代移动通信系统(5Generation,5G)成为目前业界研究的重点。而5G能实现这一高速率传输很大程度上依赖于大规模多输入所输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术的应用。大规模MIMO技术是指在收、发两端配置大量天线,同时给多个用户提供服务的多天线技术。该技术可以利用发送端的多根天线产生精确的波束流,通过控制发射波束的方向来获得天线阵列增益,从而在不增加发送功率的前提下提升系统容量。大规模MIMO技术的这一优势是建立在基站端获取可靠的下行信道状态信息(Channel State Information,CSI)的基础上的。在频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)传输模式下的大规模MIMO系统中信道的互易性不复存在,此时基站端必须通过用户的反馈信息获取下行CSI。因此对于配置大量天线的大规模MIMO系统而言,反馈开销将会成为约束其系统性能的一个重要因素。因此本论文将研究重点放在大规模MIMO系统中降低反馈开销方法上,主要工作总结如下:1.针对大规模MIMO系统,给出了一种基于信道空间相关性的有限反馈开销降低方法。该方法首先利用信道向量稀疏表示后非零元素位置已知的条件设计出最优导频矩阵充当投影矩阵,然后利用最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)准则求解出相应的最优恢复矩阵用来恢复原始的CSI。仿真结果与理论分析均表明该方法能够在保证反馈精度的前提下有效降低大规模MIMO系统的有限反馈开销。2.针对大规模MIMO系统,给出了一种基于信道空-时相关性的有限反馈开销降低方法。该方法利用信道的空间相关性设计出每个时间块内的最优导频矩阵充当投影矩阵,然后利用MMSE准则求解出每个时间快内的最优恢复矩阵用来恢复原始的CSI。该方法主要是利用了信道的时间相关性减去上一时间块中已经估计出的CSI,从而减小了当前时间块的信道反馈信息。仿真结果与理论分析均表明该方法能够在保证反馈精度的前提下有效降低大规模MIMO系统的有限反馈开销。
【关键词】：大规模MIMO 压缩反馈 空间相关性 时间相关性
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 注释表11-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 论文研究背景及意义13-15
• 1.2 大规模MIMO技术简介15-17
• 1.3 有限反馈的意义17-19
• 1.4 有限反馈的研究现状19-20
• 1.5 本文的主要研究内容和结构安排20-22
• 第2章 大规模MIMO系统模型及有限反馈技术22-31
• 2.1 概述22
• 2.2 大规模MIMO系统模型22-27
• 2.2.1 多用户大规模MIMO系统模型22-23
• 2.2.2 大规模MIMO信道模型23-26
• 2.2.3 CSI对大规模MIMO系统容量的影响26-27
• 2.4 有限反馈技术27-30
• 2.4.1 基于信道统计特性的有限反馈技术28
• 2.4.2 基于码本的有限反馈技术28-29
• 2.4.3 基于压缩感知的有限反馈技术29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于空间相关性的大规模MIMO信道压缩反馈算法31-47
• 3.1 概述31-32
• 3.2 压缩感知理论基础32-36
• 3.2.1 信号的稀疏表示33
• 3.2.2 观测矩阵的设计33-34
• 3.2.3 信号的重构34-36
• 3.3 系统模型36-39
• 3.3.1 多用户大规模MIMO下行链路模型37-38
• 3.3.2 信道模型38-39
• 3.4 基于空间相关性的信道压缩反馈39-43
• 3.4.1 信道向量的稀疏性39-40
• 3.4.2 算法描述40-43
• 3.5 仿真结果及理论分析43-46
• 3.5.1 不同反馈量条件下系统性能对比分析43-45
• 3.5.2 不同信噪比条件下系统性能对比分析45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 基于空时相关性的大规模MIMO信道压缩反馈算法47-65
• 4.1 概述47
• 4.2 系统模型47-51
• 4.2.1 信道模型48
• 4.2.2 下行链路模型48-50
• 4.2.3 有限反馈模型50-51
• 4.3 算法描述51-55
• 4.4 一种快速求解kP的算法55-58
• 4.5 仿真结果及理论分析58-64
• 4.5.1 不同时间块k下系统性能对比分析58-60
• 4.5.2 不同反馈量条件下系统性能对比分析60-62
• 4.5.3 不同信噪比环境下系统性能对比分析62-63
• 4.5.4 不同时间相关系数下系统性能对比分析63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 结束语65-67
• 5.1 论文的主要工作65-66
• 5.2 下一步工作展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果73

【参考文献】

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1 许森;张光辉;曹磊;;大规模多天线系统的技术展望[J];电信技术;2013年12期

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本文编号：635684