论文部分内容阅读
为了应对移动互联网迅猛发展带来的井喷式增长的移动宽带业务需求,针对第五代移动通信(5G)系统的讨论已经广泛开展。作为5G的一项关键候选技术之一,全维度多入多出技术(Full Dimension Multi-Input-Multi-Output,FD-MIMO)利用 2D 有源天线阵列(2D Antenna Array)为极大数目的移动终端同时同频提供服务并利用竖直维的空间自由度实现3D波束赋形,使得系统的覆盖和容量均能有大幅提升,是发展前景广泛被看好的一项候选技术。信道状态信息(Channel State Information,CSI)的量化是制约FD-MIMO性能提升的关键因素。一方面,FD-MIMO支持的天线数目远远超过传统的8天线MIMO系统,极大增长的天线数目带来了巨大的CSI量化复杂度;另一方面,为了利用使用2D天线阵列多出的竖直维的空间自由度,在设计CSI量化方案时必须考虑竖直维的信道信息。针对上述问题,本文首先提出了克罗尼克积形式的码本及其优化算法,通过设计符合3D信道特性的码本使得量化的CSI能够有效地支撑3D波束赋形,从而充分利用竖直维信道自由度,更进一步,为了解决FD-MIMO中大规模天线阵列带来的量化复杂度过高的问题,本文提出了基于克罗尼克积码本的低复杂度CSI量化算法以解决大规模天线阵列下CSI量化复杂度高的问题。本论文的主要内容包括三个方面:1.为利用3D信道竖直维的空间自由度,首先验证了克罗尼克积形式码本针对强相关3D信道的有效性,并针对传统DFT(Discrete Fourier Transform)克罗尼克积码本码字间相关性过高的缺陷,提出了新的码本构建方法,基于二维傅里叶变换推导出了最优码本构建准则,同时基于离散随机逼近提出了更加实用的接近最优的码本构建算法。仿真结果显示优化后的码本较之传统DFT克罗尼克积码本大幅降低了系统的误码率。2.传统基于码本搜索方法的CSI量化复杂度与天线数成指数关系。这使得CSI量化在使用大规模天线阵列的FD-MIMO中变得极为困难。因此,为降低复杂度,本文在克罗尼克积码本的基础上,将信道向量依据竖直维与水平维相位信息占比的关系分解成两个子信道,使得两个子信道分表表征水平维和竖直维的信道信息,再根据信道量化和非相关接收间的等价关系将两个子信道量化成两个码字,最后将两个码字经过相乘再向量化的运算映射到克罗尼克积码本中。该算法复杂度与天线数成线性关系,大大降低了原本成指数关系的复杂度。3.本文通过搭建符合3GPP要求的3D-MIMO系统级仿真平台,对基于克罗尼克积码本的3D波束赋形算法进行了评估和研究,仿真结果表明,在现有的天线配置下,针对3D信道的克罗尼克码本性能优于传统码本,但由于天线数目较少,增益有限。为了进一步提高性能需要将3D波束赋形与其他增强技术一起使用,或者增加现有系统的天线配置。论文最后对全文进行了总结,并指明了 FD-MIMO今后的研究方向。