高速車地通信MIMO系統(tǒng)中非理想CSI反饋技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)在發(fā)射端與接收端使用多根天線，合理利用信道的多徑效應(yīng)，建立空間并行子傳輸通道，為系統(tǒng)帶來空間復(fù)用增益和空間分集增益，在不額外增加系統(tǒng)帶寬和發(fā)射功率的前提下極大地提升了無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量以及傳輸?shù)目煽啃浴IMO技術(shù)以其顯著的優(yōu)勢成為了第四代移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，也是對無線通信業(yè)務(wù)有著更高需求的高鐵車地通信系統(tǒng)中必然會采用的技術(shù)。MIMO技術(shù)所能帶來的巨大優(yōu)勢很大程度上取決于發(fā)射端能否獲得當(dāng)前信號傳輸時刻

2、的信道狀態(tài)信息(CSI)，并進行預(yù)編碼等信道自適應(yīng)處理。然而，在實際的場景下，上行反饋信道資源受限，接收端只能通過有限的速率反饋CSI至發(fā)射端。有限反饋技術(shù)在實際場景中的應(yīng)用已成為MIMO技術(shù)的研究熱點。
　　在高鐵車地通信系統(tǒng)中，由于信道的快速變化，會對MIMO有限反饋技術(shù)在高鐵場景下的應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。首先，高速移動帶來較高多普勒頻移，信道的相關(guān)性較弱，對于存在一定反饋時延的有限反饋系統(tǒng)來說，信道的快速變化會造成反饋CSI的過期從

3、而影響系統(tǒng)性能;其次，隨著天線陣列的增加和高鐵場景下對反饋CSI高精度的要求，反饋CSI的信息量會成指數(shù)倍增加，如何有效降低系統(tǒng)反饋開銷是一個亟待解決的問題。本文圍繞上述兩點挑戰(zhàn)展開研究，概述了MIMO有限反饋技術(shù)原理，重點分析非理想CSI對MIMO系統(tǒng)的影響，并分別提出兩種反饋機制應(yīng)對以上兩點挑戰(zhàn)，主要完成了如下的工作:
　　1)研究了非理想CSI對系統(tǒng)性能的影響，首先分析Grassmannian碼本量化反饋機制下由于碼本長度導(dǎo)

4、致的量化誤差與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，推導(dǎo)出系統(tǒng)誤符號率與天線數(shù)、碼本長度、調(diào)制階數(shù)以及發(fā)射功率的表示式，并仿真驗證誤符號率表示式的準確性;然后計算CSI反饋時延對系統(tǒng)的影響，仿真分析得知在高速移動場景下，系統(tǒng)性能快速下降并出現(xiàn)了誤碼率平臺。
　　2)針對高速移動環(huán)境下，反饋延時導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化的問題，本文考察了幾種典型的自適應(yīng)濾波預(yù)測算法，根據(jù)高鐵車地通信的特殊性，提出了在車載臺端添加Kalman模塊預(yù)測下一個傳輸時刻的信道狀態(tài)信息

5、，在基站側(cè)聯(lián)合列控先驗信息進行信道狀態(tài)信息部分修正的有限反饋機制。所提方案有效解決了由于反饋時延導(dǎo)致的誤碼率平臺現(xiàn)象，使得MIMO有限反饋技術(shù)很好地適用于高鐵車地通信系統(tǒng)中。
　　3)針對高鐵場景下MIMO技術(shù)的第二個難題，本文首先介紹了以鄰域反饋為代表的降低反饋開銷策略，然后提出兩種高鐵場景下降低反饋開銷的算法。將CSI的變化映射到量化碼本中碼字的轉(zhuǎn)移上，并建模為有限狀態(tài)的Markov模型。算法1利用信道指紋信息得出每個反饋間隔