论文摘要：协作及大规模多天线系统的有限反馈设计

 

协作多点传输（Coordinated Multi-Point，CoMP）和大规模天线技术（Massive Multiple Input and Multiple Output，Massive MIMO）都能有效降低小区间干扰、提升系统的频谱效率，是未来移动通信系统的关键技术。但这两种技术实现性能优势的前提都要求基站获得准确的下行信道信息。在频分双工（Frequency Division Duplex，FDD）系统中，可采用有限反馈技术将用户量化的下行信道信息反馈给基站。本文研究CoMP和Massive MIMO系统中的有限反馈设计。

针对采用单小区码本量化的CoMP系统，本文研究了基站端实现下行相干传输需要用户反馈哪些信息。首先给出了一种中心处理器以传输中断概率最小为准则保守估计用户信干噪比（Signal-to-Interference-and-Noise Ratio，SINR）的方法，并分析为提供中心处理器估计信干噪比的必要信息用户所需的反馈信息。分别从单小区信道模值对全局信道模值量化的影响和对全局信道方向重构的影响两个方面，分析了单小区信道模值是否需要反馈。通过比较反馈与不反馈相位模糊两种反馈方法的性能，分析相位模糊是否需要反馈。仿真结果表明，用户只需反馈量化的全局信道模值而无需反馈单小区小尺度信道模值，当协作基站数较小且基站天线数较多时无需反馈相位模糊。

在FDD CoMP系统中，中心处理器需要估计每个用户的下行信干噪比（Signal-to-Interference-and-Noise Ratio，SINR）用于多用户调度和下行自适应传输。本文研究了如何利用CoMP信道特点估计信干噪比的问题。首先分析了全局信道的非对称性对单小区码本量化的影响，结果表明量化误差向量不再各向同性，而具有和全局信道相同的非对称性。为降低乐观估计信干噪比导致的传输中断概率并利用量化误差向量非对称性的特点，建模了优化问题在满足量化误差向量结构约束的前提下求解多用户干扰能量的最大值。仿真结果表明，所提出方法与现有方法相比的反馈开销相同，且能明显提升系统的吞吐量性能。

随着小区密度的增加和用户对下行传输质量要求的提升，未来移动通信系统的设计准则向着以用户为中心演进，即任意位置用户对服务质量（Quality of Service，QoS）的要求都能被满足。本文研究了以用户为中心的正交预编码有限反馈协作传输。首先分析了CoMP系统采用单小区码本量化导致的调度用户数变化，接着推导了用户估计下行传输信干噪比的方法。提出了以用户为中心的协作基站选择方法，即允许用户根据自身的QoS需求和信道条件选择合适的协作基站集合。同时提出中心处理器根据用户的下行传输紧急程度调度用户的方法。仿真结果表明，以用户为中心的协作传输可在保证系统吞吐量性能的前提下使更多用户的QoS需求得到满足。

在Massive MIMO系统中，本文研究了低反馈量信道量化的问题。利用Massive MIMO信道的空间相关性，可对信道压缩后再量化以降低反馈开销。考虑到当Massive MIMO天线孔径较大时同一阵列中距离较远的阵元空间相关性较弱，提出了基于信道分割的 压缩和量化方法，即将Massive MIMO信道分割为若干低维度子信道，再分别进行压缩和量化。本文采用128根天线均匀线阵的测量信道数据评估所提出方法的性能，仿真结果表明，基于信道分割的压缩和量化方法可在保证量化性能的前提下显著降低系统的反馈开销。

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