大规模MIMO系统信道状态信息反馈开销降低方法.pdf

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1、第15卷第18期2015年6月科学技术与工程Vo1．15No．18Jun．20151671—1815(2015)18—0056-06ScienceTechnologyandEngineering@2015Sci．Tech．Engrg．通信技术大规模MIMO系统信道状态信息反馈开销降低方法李小兵刘利景小荣(中兴通讯股份有限公司，深圳518057；重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065)摘要针对大规模多输入多输出(massive—multipleinputmuhipleoutput，massiveMIMO)系统，结合离散余弦变换(discreteco—sineyrans

2、form，DCT)和快速傅里叶变换(fastfouriertransform，Frr)基，研究了基于压缩感知的信道状态信息(channelstatein—formation，CSI)反馈开销降低方法。首先在用户端，该方法基于压缩感知理论对三维(threedimension，3D)CSI采用不同稀疏基组合进行表示，进而形成两种不同的观测矩阵对其进行观测，其中方法1基于3DCSI直接形成观测矩阵，而方法2则基于垂直维CSI和水平维CS1分别形成两个中间观测矩阵，进而通过Kronecker积形成最终观测矩阵。最后，将观测值经矢量化后反馈给基站端；基站端则通过正交追踪匹配算法(ort

3、hogonalmatchingpursuit，OMP)重构CSI。仿真结果表明，基于两种稀疏基的组合可以使得CSI反馈开销得到大幅度降低，同时，基于方法1生成的观测矩阵所重构CSI性能明显优于基于方法2的。关键词大规模MIMO压缩感知信道状态信息稀疏基观测矩阵中图法分类号TN929．5；文献标志码A随着通信数据量的急剧增长，频谱利用率和能近些年来，信号处理和通信领域出现了一种新效的提高成为目前无线通信发展的关键。众所周的理论：压缩感知，为降低反馈开销提供了新知，大规模MIMO在基站端配置了数目庞大的低功的思路。针对大规模MISO系统，文献[14]提出一耗天线J，不仅可以提高频

4、谱效率和能效，并且能种基于DCT稀疏基的有限反馈方法，可以获得较好够有效的消除用户间的干扰，因此大规模MIMO成的系统性能和有效的降低反馈开销；文献[15]利用为5G的关键研究技术。大规模MIMO信道的空间相关性，提出一种基于卡随着基站端天线数的增加，反馈开销也会随之洛南变换(Karhunen．Loevetransform，KTL)的自适应而增加。针对时分双工(timedivisionduple．的压缩感知算法，有效的提升反馈速率和降低反馈xing，，TDD)系统，可以利用其信道互易性来获得开销；利用Kronecker积的性质_1，文献[17]提出一CSI，但对于频分双工(f

5、requencydivisionduple—种2D观测矩阵的方法，可以有效的降低计算复xing，FDD)系统J，要在基站端获得准确的CSI较杂度。为困难，并且反馈开销较大。文献[10]提出一种基于以上分析得到，上述介绍的方法采用的都基于格拉斯曼的矢量量化的有限反馈方法，文献是单一的稀疏基，虽然这些方法可有效地降低反馈[11]提出基于码本的有限反馈方法，这些有限反开销，但性能大打折扣，因此，本文基于压缩感知理馈方法都不适用于大规模MIMO系统，因为大规论，在提出了两种观测矩阵构造方法的基础上，结合模MIMO系统基站天线数众多，采用基于现有的DCT和FFT稀疏基，研究了大规模MI

6、MO系统反馈码本所设计的有限反馈方案会导致开销过大。所开销降低方法，并进一步从理论上对其性能差距进以，设计出适合于大规模MIMO系统的有限反馈行了分析。开销降低算法将是大规模MIMO技术能够商业化1基于压缩感知的有限反馈系统模型应用的关键。假设在基站端配置N×N维的面阵，其中Ⅳ}l2015年2月7日收到863计划子课题(2014AA01A705)资助为面阵的水平维发射天线数，Ⅳ为面阵的垂直维发第一作者简介：李小兵(1968一)，男，甘肃兰州人，硕士。研究方向：射天线数，接收端配置单天线的个用户。基于大无线通信技术。E-mail：liu—li804088@163．tom。规模M

7、IMO系统有限反馈系统框图如图1所示。l8期李小兵，等：大规模MIMO系统信道状态信息反馈开销降低方法57图1大规模MIMO有限反馈系统框图Fig．1ThelimitedfeedbackofthemassiveMIMOsystemdiagram用户端进行信道理想估计，得到(NN)Ⅳ维的信道矩阵日，然后对H进行稀疏变换，从而得到日的稀疏表示，即：日=蚴(1)式(1)中哕表示ⅣⅣ，N=NN维的稀疏基，h表示稀疏后的信道。用户端在得到大规模MIMO信道的稀疏表示图2基于压缩感知的有限反馈方法流程图后，需要设计