5G Massive MIMO与波束赋形关系及背后的信号处理

正文

请到「今天看啥」查看全文

为了利用多路径，天线元件和用户终端之间的空间信道需要加以表征。文献中一般将这种响应称为信道状态信息(CSI)。此CSI实质上是各天线与各用户终端之间的空间传递函数的集合。用一个矩阵(H)来收集此空间信息，如图3所示。下一节将详细讨论CSI概念及其收集方法。CSI用于数字化编码和解码天线阵列所收发的数据。

图3. 表征massive MIMO系统需要信道状态信息

表征基站与用户之间的空间信道

不妨考虑一个有趣的类比：一个气球在某个位置被戳破了，发出“啪”的一声，在另一个位置记录此声音或脉冲，如图4所示。

图4. 通过声音类比说明信道的空间特性

在麦克风位置记录的声音是一个空间脉冲响应，其包含的信息是周围环境中气球和麦克风在该特定位置所独有的。与直接路径相比，被障碍物反射的声音会有衰减和延迟。

如果扩大该类比以模拟天线阵列/用户终端场景，那么需要更多气球，如图5所示。注意，为了表征各气球与麦克风之间的信道，我们需要在不同时间戳破各气球，使得麦克风记录的不同气球的反射不会重叠。

图5. 通过声音类比下行链路信道表征

另一方向也需要表征，如图6所示。本例中，可以在用户终端位置的气球戳破时同时完成所有录音。这样所花的时间要少得多！

图6. 通过声音类比上行链路信道表征

RF领域利用导频信号表征空间信道。天线与用户终端之间的空中传输信道是互易的，即该信道在两个方向是相同的。这与系统工作在时分复用(TDD)模式还是频分复用(FDD)模式有关。在TDD模式下，上行链路和下行链路传输使用相同频率资源。互易性假设意味着只需要在一个方向上表征信道即可，上行链路信道是显而易见的选择，因为只需要将一个导频信号从用户终端发送，并由所有天线元件接收。 信道估计的复杂度与用户终端数成比例，而非与阵列中的天线数成正比。这点非常重要，因为用户终端可能在移动，故信道估计需要频繁进行。 基于上行链路表征还有一个重要优势，那就是所有繁重的信道估计和信号处理任务皆在基站完成，而非在用户端完成。

请到「今天看啥」查看全文