FDD大規模MIMO系統速率最大化導頻信號設計方法

王 毅 冀保峰 張松煒 閆利超 郭 慧 李春國 楊綠溪

(1. 鄭州航空工業管理學院電子通信工程學院， 河南鄭州 450046；2. 國家數字交換系統工程技術研究中心， 河南鄭州 450002；3. 河南科技大學信息工程學院， 河南洛陽 471023； 4. 東南大學信息科學與工程學院， 江蘇南京 210096)

1 引言

大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)技術利用在基站部署的巨量天線陣列，獲得了相較傳統MIMO系統諸多不同的特性，特別是頻譜效率、能量效率、發送/接收機線性化操作、空間波束分辨率、空口延時和物理層控制信令開銷等方面取得了顯著的性能提升[1-3]。正因為如此，業內普遍認為未來5G移動通信系統關鍵性能指標的實現有賴于大規模MIMO這一物理層關鍵技術的突破[4- 6]。

然而，大規模MIMO技術的優異性能是以基站獲取可靠有效的信道狀態信息(Channel State Information, CSI)為前提，而CSI的精確程度也直接決定了系統的下行空間波束復用、資源分配、檢測接收等環節的性能[7- 8]。對于目前占主流的頻分雙工(Frequency Division Duplexing, FDD)制式蜂窩系統而言(全球范圍內4G LTE FDD牌照超過300張，而時分雙工(Time Division Duplexing，TDD)牌照僅有40余張[9])，由于FDD制式中上下行信道不滿足互易性，必須通過基站發送下行導頻信號，在用戶側進行信道估計，進而反饋至基站再進行相應的預編碼或波束成型方案設計[2]。由于基站配置了大規模天線陣列，采用下行正交導頻序列時，其導頻長度將會隨著天線數增加而成倍增加，從而導致消耗較大的系統資源，影響整個系統的頻譜利用率[7]。與此同時，業內考慮到從4G FDD系統到5G系統的平滑過渡以及5G系統后向兼容性，必須著力解決FDD大規模MIMO系統中的導頻開銷及導頻設計問題，這對于FDD制式下大規模MIMO技術的應用推廣具有重要的現實意義[9]。……