單精度量化大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上行信道估計與導頻設計.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的關鍵技術之一。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是在基站的接收機中使用低精度的模數(shù)轉換器（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、度量化的基礎上進行可靠且高速的通信，則必須獲取更加準確的信道狀態(tài)信息（CSI）。由于小區(qū)內所有用戶同時同頻工作，為避免小區(qū)內干擾，所以單個小區(qū)內的用戶需發(fā)送相互正交的導頻序列?；谝陨蠈SI和導頻的要求，本文將重點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頻設計問題。
　　首先，介紹了單用戶SIMO系統(tǒng)和大規(guī)模多用戶MIMO系統(tǒng)模型以及相應的信道模型，并分析了在TDD通信方式

3、下系統(tǒng)上行導頻傳輸及上下行數(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。接著介紹了基于導頻的信道估計算法，進而分析了在線性接收下的數(shù)據(jù)檢測。最后在此基礎上推導了系統(tǒng)的可達速率。
　　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系，進而推導出了線性最小均方誤差（LMMSE）估計。最后分析了三種算法的復雜度、均方誤差（MSE）以及系統(tǒng)的可達速率。仿真結果表明，LS估計的性能最差，但計算復雜度更低，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)序列的正交導頻生成方案。首先對常用的參考信號基序列的特性進行了分析，進而深入研究了現(xiàn)有文獻中正交導頻的生成方式，即控制小區(qū)內所有用戶在不同的時隙段發(fā)送各自的導頻（時間導頻）。然后針對時間導頻的數(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頻（ZC導頻），進而以最大化可達速率為目標對導頻長度進行優(yōu)化。仿真結果表明，與現(xiàn)有文獻中的導頻生成方案相比，采用本文所提方案可以將信道估計