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MIMO系统中有限信道信息反馈预编码方案研究

刘晨  
【摘要】:随着通信技术的飞速发展,无线通信的高速数据业务以及移动用户的接入需求呈现出爆炸式的增长。Massive MIMO技术可明显提高系统容量、改善通信质量,已经得到了广泛的应用。但由于Massive MIMO系统中天线数量大规模增长,导致预编码矩阵维度和算法复杂度也随天线数量上升而快速增加。因此,如何在反馈带宽的限制下设计适用于Massive MIMO系统的预编码反馈方案具有重要的研究意义。本文针对Massive MIMO系统中的有限反馈预编码技术做了如下研究:首先介绍了Massive MIMO系统的信道模型及其相关性质,总结了现有的线性预编码技术和非线性预编码技术,重点分析了有限反馈预编码技术的码本设计方法和码字选择原则等已有研究结果。其次分析了极化MIMO系统的极化特性和信道模型以及现有的码本设计方案。传统的码字模型均针对于理想条件下的双极化MIMO系统进行设计,并没有考虑极化泄漏的影响。本文研究了极化泄漏对信道特性的影响和非理想双极化Massive MIMO系统的信道特征,在考虑极化泄漏的情况下对非理想双极化信道进行建模,并针对信道特征设计了基于多径参数的信道特征矢量量化模型。最后研究了基于非理想双极化Massive MIMO系统中的有限反馈预编码方案,设计了与信道特征尽可能匹配的码字模型,在此基础上给出了改进的基于多分量合并的反馈方法和基于双码本重构的反馈方法。基于多分量合并的反馈方法将信道矩阵分解为理想极化部分和极化泄漏部分,根据不同部分的特征设计了三个反馈模型,模型1代表了传统的理想信道模型的反馈方案,而模型2和模型3考虑了极化泄漏,信息损失有了一定改善。基于双码本重构的反馈方法根据信道矩阵分解出的三个子矩阵具有的明显特征,设计了两个码本并对其进行加权合并,两个码本都具有类似块对角结构的码字模型以匹配矩阵特征,从而最大化利用信道空间特征。最后以弦距离和误码率作为性能指标对两种改进方案进行仿真分析。仿真结果表明,本文提出的改进方案能够实现码本整体性能和反馈开销的良好折中。


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