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原文传递高速车地通信MIMO系统中非理想CSI反馈技术研究

论文题名：	高速车地通信MIMO系统中非理想CSI反馈技术研究
关键词：	多输入多输出技术;有限反馈;高移动性;信道预测;高速铁路
摘要：	多输入多输出(MIMO)技术在发射端与接收端使用多根天线，合理利用信道的多径效应，建立空间并行子传输通道，为系统带来空间复用增益和空间分集增益，在不额外增加系统带宽和发射功率的前提下极大地提升了无线通信系统的系统容量以及传输的可靠性。MIMO技术以其显著的优势成为了第四代移动通信系统的核心技术，也是对无线通信业务有着更高需求的高铁车地通信系统中必然会采用的技术。MIMO技术所能带来的巨大优势很大程度上取决于发射端能否获得当前信号传输时刻的信道状态信息(CSI)，并进行预编码等信道自适应处理。然而，在实际的场景下，上行反馈信道资源受限，接收端只能通过有限的速率反馈CSI至发射端。有限反馈技术在实际场景中的应用已成为MIMO技术的研究热点。　　在高铁车地通信系统中，由于信道的快速变化，会对MIMO有限反馈技术在高铁场景下的应用带来挑战。首先，高速移动带来较高多普勒频移，信道的相关性较弱，对于存在一定反馈时延的有限反馈系统来说，信道的快速变化会造成反馈CSI的过期从而影响系统性能;其次，随着天线阵列的增加和高铁场景下对反馈CSI高精度的要求，反馈CSI的信息量会成指数倍增加，如何有效降低系统反馈开销是一个亟待解决的问题。本文围绕上述两点挑战展开研究，概述了MIMO有限反馈技术原理，重点分析非理想CSI对MIMO系统的影响，并分别提出两种反馈机制应对以上两点挑战，主要完成了如下的工作: 　　1)研究了非理想CSI对系统性能的影响，首先分析Grassmannian码本量化反馈机制下由于码本长度导致的量化误差与系统性能之间的关系，推导出系统误符号率与天线数、码本长度、调制阶数以及发射功率的表示式，并仿真验证误符号率表示式的准确性;然后计算CSI反馈时延对系统的影响，仿真分析得知在高速移动场景下，系统性能快速下降并出现了误码率平台。　　2)针对高速移动环境下，反馈延时导致系统性能恶化的问题，本文考察了几种典型的自适应滤波预测算法，根据高铁车地通信的特殊性，提出了在车载台端添加Kalman模块预测下一个传输时刻的信道状态信息，在基站侧联合列控先验信息进行信道状态信息部分修正的有限反馈机制。所提方案有效解决了由于反馈时延导致的误码率平台现象，使得MIMO有限反馈技术很好地适用于高铁车地通信系统中。　　3)针对高铁场景下MIMO技术的第二个难题，本文首先介绍了以邻域反馈为代表的降低反馈开销策略，然后提出两种高铁场景下降低反馈开销的算法。将CSI的变化映射到量化码本中码字的转移上，并建模为有限状态的Markov模型。算法1利用信道指纹信息得出每个反馈间隔的码字转移概率矩阵，结合变长编码的思路可以在不损失系统性能的前提下降低反馈量。算法2在算法1的基础上设置阈值，减小码本规模，以一定的性能损失换取了大幅度的反馈降低量。所提算法在同反馈速率下性能优于传统的反馈方法和邻域反馈方法。
作者：	刘小彬
专业：	信号与信息处理
导师：	方旭明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文