大规模MIMO系统有限反馈方案研究

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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。
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