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(lái)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(wú)線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量以及傳輸?shù)目煽啃?。MIMO技術(shù)以其顯著的優(yōu)勢(shì)成為了第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)，也是對(duì)無(wú)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(huì)采用的技術(shù)。MIMO技術(shù)所能帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)很大程度上取決于發(fā)射端能否獲得當(dāng)前信號(hào)傳輸時(shí)刻

2、的信道狀態(tài)信息(CSI)，并進(jìn)行預(yù)編碼等信道自適應(yīng)處理。然而，在實(shí)際的場(chǎng)景下，上行反饋信道資源受限，接收端只能通過(guò)有限的速率反饋CSI至發(fā)射端。有限反饋技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用已成為MIMO技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
　　在高鐵車地通信系統(tǒng)中，由于信道的快速變化，會(huì)對(duì)MIMO有限反饋技術(shù)在高鐵場(chǎng)景下的應(yīng)用帶來(lái)挑戰(zhàn)。首先，高速移動(dòng)帶來(lái)較高多普勒頻移，信道的相關(guān)性較弱，對(duì)于存在一定反饋時(shí)延的有限反饋系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信道的快速變化會(huì)造成反饋CSI的過(guò)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(chǎng)景下對(duì)反饋CSI高精度的要求，反饋CSI的信息量會(huì)成指數(shù)倍增加，如何有效降低系統(tǒng)反饋開(kāi)銷是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文圍繞上述兩點(diǎn)挑戰(zhàn)展開(kāi)研究，概述了MIMO有限反饋技術(shù)原理，重點(diǎn)分析非理想CSI對(duì)MIMO系統(tǒng)的影響，并分別提出兩種反饋機(jī)制應(yīng)對(duì)以上兩點(diǎn)挑戰(zhàn)，主要完成了如下的工作:
　　1)研究了非理想CSI對(duì)系統(tǒng)性能的影響，首先分析Grassmannian碼本量化反饋機(jī)制下由于碼本長(zhǎng)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(hào)率與天線數(shù)、碼本長(zhǎng)度、調(diào)制階數(shù)以及發(fā)射功率的表示式，并仿真驗(yàn)證誤符號(hào)率表示式的準(zhǔn)確性;然后計(jì)算CSI反饋時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響，仿真分析得知在高速移動(dòng)場(chǎng)景下，系統(tǒng)性能快速下降并出現(xiàn)了誤碼率平臺(tái)。
　　2)針對(duì)高速移動(dòng)環(huán)境下，反饋延時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化的問(wèn)題，本文考察了幾種典型的自適應(yīng)濾波預(yù)測(cè)算法，根據(jù)高鐵車地通信的特殊性，提出了在車載臺(tái)端添加Kalman模塊預(yù)測(cè)下一個(gè)傳輸時(shí)刻的信道狀態(tài)信息

5、，在基站側(cè)聯(lián)合列控先驗(yàn)信息進(jìn)行信道狀態(tài)信息部分修正的有限反饋機(jī)制。所提方案有效解決了由于反饋時(shí)延導(dǎo)致的誤碼率平臺(tái)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(duì)高鐵場(chǎng)景下MIMO技術(shù)的第二個(gè)難題，本文首先介紹了以鄰域反饋為代表的降低反饋開(kāi)銷策略，然后提出兩種高鐵場(chǎng)景下降低反饋開(kāi)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(gè)反饋間隔