3D MIMO系統(tǒng)利用統(tǒng)計信道信息的有限反饋預編碼研究.pdf

1、MIMO技術因為能夠充分挖掘空間資源來大幅提升頻譜效率和系統(tǒng)容量，已經成為新型移動通信系統(tǒng)的關鍵技術之一。當基站獲知發(fā)端信道狀態(tài)信息（CSIT）時，采用預編碼技術可以進一步提升系統(tǒng)性能。在頻分雙工（FDD）系統(tǒng)或收發(fā)天線未校準的時分雙工（TDD）系統(tǒng)中，因為上下行信道間不存在互易性，基站多采用有限反饋技術獲得CSIT信息。與僅考慮水平維度信道的2D MIMO系統(tǒng)不同，3D MIMO系統(tǒng)通過在基站配置有源陣列天線（AAS）的方式引入了垂直

2、維度信道信息，使得系統(tǒng)可以利用水平和垂直兩個方向上的空間自由度將波束指向期望用戶，提高期望用戶的接收信噪比，同時抑制用戶間干擾和小區(qū)間干擾。然而，AAS天線的部署引起了信道結構的變化和維度的擴張，針對2D信道的有限反饋技術不再適用，需要綜合考慮3D信道結構特性重新設計。幸運的是，統(tǒng)計信道信息由于具有反映信道統(tǒng)計特性的能力和長時緩變的特點，而被應用于傳統(tǒng)的有限反饋方案的設計中，能夠在反饋開銷和系統(tǒng)性能之間取得良好的折中。在此背景下，本文針

3、對3D MIMO系統(tǒng)展開利用統(tǒng)計信道信息的有限反饋預編碼研究。
　　首先，本文對 MIMO傳輸技術原理進行了簡述，并介紹了平面陣列天線及其模型，在總結現(xiàn)有的MIMO信道建模的基礎上，重點介紹了常見的3D MIMO信道模型，包括3GPP TR36.873中的標準信道和基于射線的簡化3D MIMO信道模型，為后續(xù)開展進一步研究奠定了理論和技術基礎。
　　然后，本文回顧了現(xiàn)有的基于瞬時信道狀態(tài)信息（CSI）和統(tǒng)計信道信息的有限反饋

4、預編碼技術。基于瞬時CSI的有限反饋技術中，總結和比較了單碼本和雙碼本兩類碼本設計方案，仿真結果表明，與單碼本相比，利用統(tǒng)計信道信息的雙碼本設計能夠取得一定的性能增益。同時，對現(xiàn)有的3D MIMO碼本進行了總結和仿真。在利用統(tǒng)計信道信息的預編碼方面，重點研究了統(tǒng)計特征模式空分多址（SE-SDMA）傳輸方法，在反饋開銷較低的情況下，依然能夠取得較高的系統(tǒng)容量和頻譜效率。
　　接著，本文提出了適用于3D MIMO系統(tǒng)的基于直積碼本（K

5、PC）加權的雙碼本設計方案?？紤]到利用統(tǒng)計信道信息的雙碼本設計能夠取得比單碼本更好的性能，且3D信道可以建模為多個指向主要散射簇的路徑的線性疊加，因此，采用KPC碼本作為一級碼本，從統(tǒng)計信道信息中提取并量化主要散射簇的方向信息，并利用二級碼本對其線性合并，從而使基站能夠重構信道信息。此外，采用正交匹配追蹤法實現(xiàn)碼本選擇。仿真結果表明，本算法能以較低的反饋開銷接近理想反饋的頻譜效率。
　　最后，本文提出了3D MIMO系統(tǒng)中的基于統(tǒng)