單精度量化大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行信道估計與導(dǎo)頻設(shè)計.pdf

1、隨著移動通信的迅猛發(fā)展，第五代移動通信系統(tǒng)需要支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。而由于無線資源的日漸緊張，大規(guī)模多輸入輸出（MIMO）技術(shù)可以充分利用空間資源，因而可以大幅度提高能量效率和頻譜利用率，成為了5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時大規(guī)模MIMO系統(tǒng)存在著海量數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)總消耗功率巨大、硬件成本昂貴等問題。對于解決上述問題一種有效的技術(shù)是在基站的接收機(jī)中使用低精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），以此來降低大規(guī)模MIMO系統(tǒng)部署的成本與功耗。要使系統(tǒng)在低精

2、度量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠且高速的通信，則必須獲取更加準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息（CSI）。由于小區(qū)內(nèi)所有用戶同時同頻工作，為避免小區(qū)內(nèi)干擾，所以單個小區(qū)內(nèi)的用戶需發(fā)送相互正交的導(dǎo)頻序列。基于以上對CSI和導(dǎo)頻的要求，本文將重點(diǎn)研究單精度量化大規(guī)模多輸入輸出（One-Bit Massive MIMO）系統(tǒng)的上行信道估計和導(dǎo)頻設(shè)計問題。
　　首先，介紹了單用戶SIMO系統(tǒng)和大規(guī)模多用戶MIMO系統(tǒng)模型以及相應(yīng)的信道模型，并分析了在TDD通信方式

3、下系統(tǒng)上行導(dǎo)頻傳輸及上下行數(shù)據(jù)傳輸過程。
　　其次，介紹了單用戶SIMO系統(tǒng)的上行信道估計。首先闡述了不同類型CSI對系統(tǒng)信道容量的影響。接著介紹了基于導(dǎo)頻的信道估計算法，進(jìn)而分析了在線性接收下的數(shù)據(jù)檢測。最后在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)了系統(tǒng)的可達(dá)速率。
　　隨后，基于單精度量化單用戶SIMO系統(tǒng)上行信道估計，研究了單精度量化大規(guī)模多用戶 MIMO系統(tǒng)中的最小二乘（LS）估計和最小均方誤差（MMSE）估計。但由于上述兩種算法均是基于信道

4、輸入和量化輸出之間的互信息量，因而不能直觀地體現(xiàn)量化噪聲對信道估計性能及可達(dá)速率的影響。接下來通過基于Bussgang分解理論的線性分解來表示單精度量化輸入輸出之間的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)出了線性最小均方誤差（LMMSE）估計。最后分析了三種算法的復(fù)雜度、均方誤差（MSE）以及系統(tǒng)的可達(dá)速率。仿真結(jié)果表明，LS估計的性能最差，但計算復(fù)雜度更低，也更適合大規(guī)模MIMO系統(tǒng)。
　　最后，本文提出了一種新的基于循環(huán)移位 Zadoff-Chu(Z

5、C)序列的正交導(dǎo)頻生成方案。首先對常用的參考信號基序列的特性進(jìn)行了分析，進(jìn)而深入研究了現(xiàn)有文獻(xiàn)中正交導(dǎo)頻的生成方式，即控制小區(qū)內(nèi)所有用戶在不同的時隙段發(fā)送各自的導(dǎo)頻（時間導(dǎo)頻）。然后針對時間導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)傳輸效率較低這一缺陷，本文提出了一種新的正交導(dǎo)頻生成方案，即通過ZC序列在時域循環(huán)移位生成不同用戶的導(dǎo)頻（ZC導(dǎo)頻），進(jìn)而以最大化可達(dá)速率為目標(biāo)對導(dǎo)頻長度進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有文獻(xiàn)中的導(dǎo)頻生成方案相比，采用本文所提方案可以將信道估計