大规模MIMO中基于信道估计误差的信道互易性补偿算法研究

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近年来随着人们对5G技术研究的深入,大规模MIMO技术已经成为未来5G技术的关键技术之一。无线通信系统有时分双工(TDD)以及频分双工(FDD)两种模式,而TDD系统具有上下行信道互易性的优点,因此大规模多输入多输出(MIMO)广泛使用TDD作为其双工模式。然而,在实际移动通信传输过程中,受到传输环境等各方面的影响,信道互易性将会受到严重破坏,因此必须设计出有效的补偿方案保证大规模MIMO不受其影响。在本篇论文中,主要针对信道估计误差提出了相应的补偿算法。本文的工作包括如下:首先,简要概述大规模MIMO的优势,介绍正交频分复用(OFDM)技术的原理、特点以及未来发展趋势。分析了TDD的优点以及造成信道互易性被破坏的主要原因,并简单介绍了相应的补偿算法。其次,分析了在大规模MIMO系统中信道估计误差的影响,证明了估计误差会造成TDD系统中互易性的丧失,从而大大降低系统的容量。根据该分析,本文提出了一种基于最小均方误差(MMSE)准则的补偿算法,算法通过校准上行信道估计值的方法预测下行信道,并采用MMSE准则计算校准矩阵,仿真表明,该算法可以有效地降低信道估计误差的影响,提高系统的性能。之后考虑到上述算法需用到信道的统计信息-自相关矩阵,又提出了一种迭代的互易性补偿算法,在经过多次迭代后得到精确的自相关矩阵和校准矩阵,从而提高了下行信道预测值的精度。最后,通过分析基站和终端检测的信道值的影响,提出了一种基于DFP算法(Davidon-Fletcher-Powell algorithm)的补偿方法。该方法通过构造瑞利商,利用DFP算法估计信道估计值的校准矩阵。通过分析以及仿真证明,该算法能有效的改善系统的性能,并且具有较低的复杂度。
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