信道状态信息反馈的基本原理

假定在大规模MIMO系统的块衰落无线信道场景中，其信道参数在一个数据块内保持不变，且在数据块之间保持独立变化。该MIMO系统中，基站具备Nt条天线，这些天线是均匀的线性阵列，每个用户配置一根天线，共K个用户。本节假设K个单天线用户以均匀分布的方式分布在每个小区。发送端与用户端之间的信道为瑞利平坦块衰落信道。大规模MIMO系统多用户信道反馈结构如图9-1所示。

图9-1　FDD-MIMO信道状态信息反馈系统

其中，wj∈R N表示波束成形矢量，则用户k收到的信号可表示为

其中：hk∈R N t×1为发送端与用户k之间的信道系数；nk代表高斯白噪声；pk代表基站发送至用户k的发射功率。一般情况下，当基站端获取到准确的信道状态信息之后，采用预编码技术将信号进行波束成形，如迫零波束成形技术，对用户间的干扰进行抑制。迫零波束成形技术一般适用于用户数量远远小于发送天线数量的情况。

其中，wk为第k个用户的迫零波束成形矩阵向量。当wk=0时，h Hj wk=0，即抑制用户间的干扰。此时，接收信号可表示为

在实际的FDD-MIMO通信系统中，基站端获取的下行无线链路信道状态信息是通过用户端进行上行无线链路返回获取得到的。具体的信道反馈过程为：基站向用户发送导频信息，用户获取导频信息后输入信道估计模块，继而计算出下行链路信息，该链路信息由上行链路将其返回至基站，基站端利用相关技术恢复出信道状态信息。经过一系列处理过程后，基站端所得到的信道状态信息与实际值具有一定的误差。因此，实际通信系统中，基站所获取的信道状态信息矩阵可表示为(https://www.xing528.com)

所对应的迫零波束成形向量为

用户k的最大传输速率为

系统的和速率为

信道的空间相关矩阵可表示为

其中：Hiid为高斯分布的复数矩阵，其均值设置成零，方差设置为单位方差；HU和HB分别为传输信道的相关矩阵。此外，实际情况下，与用户之间的距离相比，用户天线的长度更短，因此用户之间互不干扰，相互独立，HU可表示为E∈R K×K。因此，信道相关矩阵的大小主要是由基站端的相关矩阵决定的。