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DOI:1.399/j.issn.19-88.1.3. 网 络 出 版 地 址 :http://www.cnki.net/kcms/detail/3..tn.11.55..html Precoding Technique for Massive MIMO Downlink 陆 晨 /LU Chen 王 闻 今 /WANG Wenjin 高 西 奇 /GAO Xiqi ( 东 南 大 学, 江 苏 南 京 19) (Southeast University, Nanjing 19, China) 中 图 分 类 号 :TN99.5 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :19-88 (1) 3-17-5 摘 要 : 考 虑 大 规 模 多 输 入 多 输 出 (MIMO) 中 导 频 序 列 开 销 过 大 以 及 预 编 码 复 杂 度 的 问 题, 提 出 了 两 种 适 用 于 大 规 模 MIMO 的 预 编 码 技 术 : 基 于 调 度 和 波 束 选 择 的 波 束 分 多 址 (BDMA) 下 行 传 输 技 术, 即 通 过 简 单 高 效 的 贪 婪 算 法 进 行 调 度 和 波 束 分 配, 使 不 同 的 在 正 交 的 波 束 上 进 行 传 输 ; 基 于 分 组 的 两 级 预 编 码 技 术, 即 基 于 分 组 的 两 级 预 编 码 方 法, 利 用 聚 类 算 法 将 信 道 特 性 相 似 的 分 为 一 组, 基 站 进 行 第 一 级 组 间 干 扰 消 除 预 编 码, 基 站 获 取 分 组 的 等 效 瞬 时 信 道 后, 进 行 第 二 级 组 内 干 扰 消 除 预 编 码 研 究 结 果 证 明 : 两 种 下 行 传 输 技 术 在 解 决 大 规 模 MIMO 中 导 频 开 销 过 大 和 系 统 复 杂 度 问 题 方 面 都 是 切 实 有 效 的 关 键 词 : 大 规 模 MIMO 系 统 ; 调 度 ; 波 束 分 多 址 ; 两 级 预 编 码 输 入 多 输 出 (MIMO) 技 术 因 具 多 有 大 幅 提 高 系 统 容 量 的 能 力 而 获 得 广 泛 研 究 和 应 用, 例 如 高 速 下 行 分 组 接 入 (HSDPA+), 全 球 微 波 接 入 互 操 作 性 (WiMAX) 和 长 期 演 进 (LTE) 为 了 满 足 持 续 增 长 的 移 动 终 端 数 量 和 移 动 数 据 业 务 需 求, 下 一 代 移 动 通 信 系 统 (5G) 在 数 据 传 输 速 率 频 谱 效 率 能 耗 延 时 等 性 能 方 面 要 比 LTE 系 统 提 高 一 个 数 量 级 甚 至 [1- ] 更 多 大 规 模 MIMO 技 术 凭 借 进 一 步 提 升 的 频 谱 效 率 和 能 量 效 率 优 势 成 为 无 线 通 信 领 域 的 又 一 个 研 究 热 点, 成 为 5G 移 动 通 信 系 统 的 关 键 技 术 之 一 在 大 规 模 MIMO 系 统 中, 基 站 (BS) 可 配 置 1 根 甚 至 更 多 的 天 线, 天 线 数 量 远 大 于 当 前 LTE 系 统 中 使 用 的 /8 根 天 线, 配 备 巨 大 数 量 天 线 的 基 站 同 时 服 务 多 个 移 动 台 (MS) 在 文 献 [1] 中,Marzetta 考 虑 了 无 限 制 天 线 数 目 基 站 的 非 合 作 多 大 规 模 MIMO 系 统, 基 于 传 播 信 道 的 独 立 收 稿 时 间 :1-- 网 络 出 版 时 间 :1--1 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (1313 171113 1195); 国 家 高 技 术 研 究 发 展 ( 83 ) 计 划 (15AA1A71) Abstract: Considering the problem of costly pilot training and computation complexity in massive multiple input multiple output (MIMO) systems, two precoding techniques adapted to massive MIMO are proposed : beam division multiple access (BDMA) downlink transmission based on user scheduling and beam allocation, which can realize the orthogonal transmission of different users on non-overlapping beams by a simple and effective greedy algorithm; two-stage precoding technique based on user grouping, which partitions the users into multiple groups each with approximately channel covariance matrix by a clustering algorithm, the first-stage precoding aims to suppress inter-group interference, the second-stage precoding is conducted to mitigate intra-group interference after the base stations obtain the instantaneous effective channel of different groups. Research results demonstrate that both downlink techniques are practical in solving the costly pilot and complexity problem of massive MIMO. Key words: massive MIMO system; user scheduling; beam division multiple access; two-stage beamforming 同 分 布 的 假 设, 不 同 的 传 播 信 道 在 天 线 数 目 趋 向 于 无 穷 时 渐 进 正 交, 在 此 类 场 景 中, 简 单 的 匹 配 滤 波 器 (MF) 接 收 机 或 者 波 束 成 形 (BF) 预 编 码 是 最 优 的 与 此 同 时, 噪 声 和 小 区 内 干 扰 的 影 响 也 渐 进 消 失 利 用 时 分 双 工 (TDD) 系 统 上 下 行 信 道 互 易 特 性, 基 站 可 以 通 过 上 行 信 道 导 频 训 练 得 到 下 行 信 道 状 态 信 息 (CSI) 然 而, 由 于 多 个 小 区 之 间 导 频 序 列 的 重 用, 导 致 多 小 区 之 间 的 干 扰 不 会 随 着 [3-] 天 线 数 目 的 增 加 而 消 失, 产 生 所 谓 的 导 频 污 染 问 题 在 实 际 通 信 系 统 中, 传 输 信 道 独 立 性 假 设 并 不 成 立, 实 际 基 站 天 线 数 目 也 并 不 可 能 无 穷 大, 因 此 MF 接 收 机 /BF 预 编 码 性 能 也 远 低 于 理 论 值, 无 法 直 接 应 用 于 实 际 系 统 中 此 外,CSI 的 获 取 问 题 也 使 得 大 规 模 MIMO 的 实 现 变 得 极 具 挑 战 性 TDD 系 统 可 以 利 用 信 道 互 易 性 通 过 上 行 链 路 导 频 训 练 得 到 估 计 的 下 行 信 道 信 息, 训 练 开 销 与 所 有 1 年 月 第 卷 第 3 期 Jun. 1 Vol. No.3 17 中 兴 通 讯 技 术 D:\MAG\1--/VOL\F.VFT 5PPS/P1

的 天 线 数 之 和 成 正 比, 但 是 当 数 目 非 常 巨 大 或 者 每 个 配 备 多 天 线 的 时 候, 训 练 开 销 将 随 之 变 得 非 常 巨 大 除 此 以 外, 随 着 移 动 速 度 的 增 加, 信 道 相 关 时 间 变 得 相 对 很 短, 因 而 获 得 准 确 的 瞬 时 发 送 端 信 道 状 态 信 息 (CSIT) 将 变 得 更 加 困 难 在 频 分 双 工 (FDD) 系 统 中, 由 于 没 有 信 道 互 易 特 性, 下 行 链 路 训 练 开 销 以 及 反 馈 数 据 比 特 与 基 站 端 天 线 数 目 [5] 成 正 比, 因 此 纯 粹 的 下 行 训 练 上 行 反 馈 获 得 CSIT 的 方 法 在 大 规 模 MIMO 中 不 可 实 现 正 是 由 于 这 个 原 因, 目 前 很 多 关 于 大 规 模 MIMO 的 研 究 都 是 针 对 TDD 系 统 尽 管 如 此, [] TDD 系 统 的 很 多 不 足 也 限 制 了 其 性 能 增 益 为 了 解 决 多 大 规 模 MIMO 系 统 面 临 的 导 频 开 销 问 题 实 现 复 杂 度 问 题 以 及 FDD 系 统 中 高 速 移 动 场 景 下 面 临 的 上 下 行 信 道 互 易 性 问 题, 波 [7] 束 分 多 址 (BDMA) 传 输 方 案 被 提 出 利 用 大 规 模 天 线 阵 列 的 空 间 局 部 性 特 点, 即 大 规 模 MIMO 信 道 在 波 束 域 的 稀 疏 性, 寻 找 互 不 干 扰 的 多 个 波 束 对, 不 同 空 间 方 向 的 在 不 同 的 波 束 集 合 与 基 站 进 行 通 信, 以 实 施 较 高 维 度 的 空 分 多 址 传 输 文 献 [7] 已 经 从 理 论 上 证 明 : 当 不 同 的 传 输 波 束 完 全 正 交 时, 波 束 域 传 输 是 最 优 的 此 外, 美 国 南 加 州 大 学 提 出 了 联 合 空 分 复 用 (JSDM) 传 输 方 案 以 适 应 于 FDD 大 规 模 MIMO 系 统 JSDM 下 行 链 路 中 使 用 一 种 基 于 分 组 的 [8-1] 两 级 预 编 码 技 术, 并 获 得 了 进 一 [11-1] 步 的 研 究 : 第 一 级 预 编 码 利 用 统 计 CSI 进 行 分 组, 将 信 道 空 间 特 性 相 似 的 分 成 一 组, 从 而 将 多 用 户 大 规 模 MIMO 传 输 转 换 为 多 个 小 规 模 MIMO 的 传 输 问 题 ; 第 二 级 预 编 码 消 除 组 内 间 的 干 扰, 从 而 提 高 系 统 可 达 遍 历 和 速 率 1 传 统 预 编 码 方 法 传 统 下 行 预 编 码 方 法 是 以 基 站 获 得 完 整 瞬 时 CSIT 为 前 提 对 于 小 规 模 天 线 阵 列, 一 种 典 型 的 系 统 设 计 是 基 站 天 线 单 元 向 移 动 端 发 送 训 练 序 列, 移 动 端 进 行 信 道 估 计, 并 将 CSI 通 过 反 馈 信 道 反 馈 给 基 站 这 样 的 信 道 估 计 方 案 没 有 依 赖 信 道 的 互 易 特 性 然 而 随 着 基 站 天 线 数 目 的 增 加, 所 需 要 的 训 练 序 列 长 度 和 基 站 天 线 数 成 正 比, 不 仅 导 致 频 谱 效 率 下 降, 而 且 发 送 导 频 所 需 的 时 间 会 超 过 信 道 相 关 时 间, 无 法 支 持 移 动 性 的 相 关 要 求 为 了 能 够 在 信 道 相 关 时 间 内 完 成 训 练 序 列 的 发 送, 需 要 利 用 信 道 的 互 易 特 性 端 向 基 站 发 送 导 频, 基 站 对 上 行 信 道 进 行 估 计, 根 据 信 道 互 易 性 利 用 上 行 信 道 信 息 进 行 下 行 预 编 码, 此 时 训 练 序 列 长 度 只 是 与 所 有 天 线 数 目 之 和 成 正 比, 在 数 目 适 当 的 情 况 下, 导 频 开 销 可 以 被 接 受 由 于 信 道 互 易 性 在 一 般 情 况 下 只 存 在 于 TDD 系 统 中, 所 以 本 部 分 我 们 所 讨 论 的 预 编 码 方 法 仅 适 用 于 TDD 系 统 配 置 M 根 天 线 的 基 站 同 时 服 务 K 个 单 天 线, 基 站 端 发 射 总 功 率 ρ, 在 基 站 天 线 和 数 目 趋 于 正 无 穷 (M,K ), 但 是 比 值 固 定 (α=m/k) 的 大 规 模 天 线 系 统 限 制 条 件 下, 给 出 传 统 预 编 码 方 法 的 信 噪 比 (SNR)/ 信 干 噪 比 (SINR) 渐 进 表 达 式, 具 体 结 果 见 表 1 我 们 首 先 讨 论 无 干 扰 (IF) 系 统 的 性 能, 作 为 其 他 方 法 的 性 能 参 考 基 准 如 果 存 在 一 种 编 码 方 式, 使 得 基 表 1 基 本 预 编 码 技 术 在 大 规 模 MIMO 下 SNR/SINR 表 达 式 预 编 码 IF 系 统 ZF 预 编 码 MF 预 编 码 注 :M,K,M/K = α 完 美 CSI ρα ρ(α - 1) ρα ρ + 1 CSI: 下 行 信 道 状 态 信 息 非 完 美 CSI ζ ρ(α - 1) (1 - ζ )ρ + 1 ζ ρα ρ + 1 SINR: 信 干 噪 比 ZF: 迫 零 站 到 指 定 的 所 有 信 道 能 量 都 用 来 给 该 进 行 数 据 传 输, 而 没 有 任 何 其 他 造 成 的 干 扰, 那 么 这 种 编 码 方 式 将 可 以 达 到 最 好 的 性 能 表 现 可 以 证 明, 每 个 接 收 单 元 的 SNR 收 敛 于 ρα 在 各 类 预 编 码 方 法 中, 最 简 单 且 直 观 的 预 编 码 就 是 求 信 道 矩 阵 的 伪 [13] 逆, 这 也 被 称 为 迫 零 (ZF) 预 编 码 ZF 预 编 码 的 一 种 变 化 方 法 被 称 为 块 [1] 对 角 化 (BD) 预 编 码, 适 用 于 配 备 多 天 线 的 情 况 每 个 端 接 收 SNR, 表 达 形 式 见 表 1 ZF 预 编 码 存 在 的 一 个 问 题 就 是 需 要 对 K K 维 矩 阵 进 行 求 逆, 这 是 一 个 非 常 耗 时 的 操 作 ZF 预 编 码 存 在 的 另 一 个 问 题 就 是 噪 声 放 大, 当 信 道 矩 阵 病 态 时, 接 收 端 信 噪 比 会 急 剧 降 低, 从 而 性 能 受 到 很 大 的 影 响 因 此 基 于 ZF 预 编 码 的 一 种 改 进 预 编 码 方 法, 被 称 为 正 则 化 迫 零 (RZF) 预 编 码 当 天 线 数 目 趋 于 无 穷 时, 结 果 ZF 预 编 码 矩 阵 趋 近 信 道 矩 阵 的 转 置 形 式, 这 正 是 MF 预 编 码 根 据 大 维 随 机 矩 阵 理 论 可 以 推 导 得 到 MF 预 编 码 渐 进 SINR 表 达 式, 如 表 1 中 所 示 同 样, 从 表 1 中 还 可 以 看 到,MF 和 ZF 预 编 码 在 非 完 美 信 道 下 的 SNR/SINR 表 达 式 由 表 1 的 理 论 公 式 可 知 预 编 码 在 基 站 天 线 数 目 远 远 大 于 数 目 时 ( 即 α >>1), 性 能 接 近 于 IF 系 统 的 性 能 上 界 ; 但 是 当 基 站 天 线 数 目 和 数 目 相 近 ( 即 α 1 ) 时, 性 能 急 剧 下 降, 甚 至 会 趋 于 MF 预 编 码 在 基 站 发 送 能 量 很 小 时, 接 近 IF 系 统 性 能, 但 是 由 于 MF 预 编 码 没 有 进 行 任 何 干 扰 消 除, 所 以 在 高 信 噪 比 下, 干 扰 为 系 统 性 能 的 主 要 影 响 因 素, SNR 趋 于 一 个 常 数, 远 差 于 ZF 预 编 码 性 能 图 1 3 为 ZF RZF 和 MF 预 编 码 的 遍 历 和 速 率 仿 真 结 果, 同 时 也 给 出 了 IF 系 统 的 性 能 上 界 基 准 在 仿 真 中, 有 1 个 被 同 时 服 务, 分 别 对 应 了 基 站 天 线 数 目 为 1 3 1 的 中 兴 通 讯 技 术 1 年 月 第 卷 第 3 期 Jun. 1 Vol. No.3 D:\MAG\1--/VOL\F.VFT 5PPS/P

7 5 3 1 9 8 7 5 3 :IF 9 8 7 5 3 K: 单 天 线 数 M: 天 线 数 :IF K: 单 天 线 数 M: 天 线 数 8 1 1 8 1 1 1 情 景 从 仿 真 结 果 可 知 : 对 于 天 线 数 目 为 1 的 情 况, 此 时 ZF 性 能 远 差 于 :IF 8 1 1 1 1 1 ZF: 迫 零 图 1 当 M =1,K =1 时 各 种 预 编 码 和 速 率 性 能 对 比 1 ZF: 迫 零 图 当 M =3,K =1 时 各 种 预 编 码 和 速 率 性 能 对 比 1 ZF: 迫 零 图 3 当 M =1,K =1 时 各 种 预 编 码 和 速 率 性 能 对 比 IF 系 统 基 准 性 能, 甚 至 在 中 低 信 噪 比 时 比 MF 预 编 码 性 能 还 要 差, 但 是 在 高 信 噪 比 时, 由 于 噪 声 影 响 较 小, 用 户 间 干 扰 占 主 导 作 用, 因 而 MF 预 编 码 性 能 较 差 随 着 天 线 数 目 的 增 加, ZF 性 能 也 不 断 接 近 IF 基 准 性 能 由 于 RZF 考 虑 了 噪 声 放 大 问 题, 所 以 在 所 有 信 噪 比 范 围 内, 其 性 能 都 要 比 ZF 和 MF 要 好 MF 预 编 码 虽 然 随 着 天 线 数 目 的 增 加, 性 能 会 有 所 提 升, 但 是 由 于 没 有 进 行 任 何 干 扰 消 除 的 操 作, 因 而 在 高 信 噪 比 时 的 性 能 较 差, 这 正 和 理 论 分 析 一 系 列 的 结 果 相 符 合 大 规 模 MIMO 下 行 预 编 码 上 述 预 编 码 技 术 都 必 须 在 基 站 能 够 获 得 完 整 CSIT 的 基 础 上 才 能 够 应 用, 并 仅 适 用 于 TDD 系 统, 随 着 用 户 数 目 的 增 加, 同 样 会 面 临 导 频 开 销 过 大 的 问 题 为 了 应 对 大 规 模 MIMO 系 统 中 的 各 种 困 难, 针 对 大 规 模 FDD 系 统 的 BDMA 传 输 方 案 被 提 出 在 BDMA 下 行 传 输 过 程 中, 利 用 一 种 贪 婪 算 法 进 行 调 度, 使 得 不 同 在 不 同 波 束 上 进 行 数 据 传 输 此 外, 文 献 [8-9] 提 出 的 一 种 基 于 分 组 以 及 组 内 干 扰 消 除 的 两 级 预 编 码 方 式, 同 样 能 够 有 效 地 应 对 大 规 模 MIMO 下 行 传 输 过 程 中 导 频 开 销 过 大 问 题.1 BDMA 下 行 传 输 在 这 节 中, 我 们 考 虑 远 场 散 射 环 境, 即 散 射 体 远 离 基 站, 基 站 端 角 度 扩 展 (AS) 相 对 较 小 的 环 境 可 以 证 明 : 当 天 线 数 趋 于 无 穷 时, 波 束 域 信 道 可 以 由 实 际 物 理 信 道 右 乘 离 散 傅 立 叶 变 换 (DFT) 矩 阵 得 到, 利 用 第 三 代 合 作 伙 伴 项 目 (3GPP) 的 空 间 信 道 模 型 (SCM), 可 以 产 生 基 站 天 线 数 目, 为 1 的 实 际 信 道, 并 且 还 可 以 利 用 DFT 矩 阵 转 换 成 波 束 域 信 道, 转 换 后 的 波 束 域 信 道 能 量 分 布 见 图 从 图 可 以 看 到 : 每 个 波 束 域 信 道 的 信 道 能 量 只 集 中 于 少 数 几 个 波 束, 例 如, 1 的 信 道 能 量 主 1 年 月 第 卷 第 3 期 Jun. 1 Vol. No.3 19 中 兴 通 讯 技 术 D:\MAG\1--/VOL\F.VFT 5PPS/P3

索 引 号 1 9 8 7 5 3 1 要 集 中 于 第 3 31 个 波 束 上, 的 信 道 能 量 主 要 集 中 于 第 3 35 个 波 束 上 正 是 由 于 波 束 域 信 道 的 这 种 稀 疏 特 性, 使 得 信 道 的 压 缩 成 为 可 能 的 波 束 信 道 能 量 分 布 可 以 通 过 统 计 CSI 来 获 知, 由 文 献 [1] 和 [15] 可 知, 的 统 计 CSI 独 立 于 子 载 波, 并 且 相 对 于 瞬 时 CSI 来 说 变 化 速 度 比 较 慢, 所 以 获 取 统 计 CSI 的 开 销 就 会 大 大 减 小, 从 而 变 得 可 以 接 受 1 3 在 基 站 获 取 到 统 计 CSI 之 后, 如 何 进 行 调 度 和 波 束 的 分 配 显 得 非 常 重 要 在 文 献 [7] 中 已 经 证 明, 当 不 同 使 用 的 波 束 集 合 交 集 为 空 时, 为 最 优 传 输 我 们 采 用 一 种 贪 心 算 法, 并 根 据 统 计 CSI 进 行 调 度 以 及 波 束 的 选 择, 在 很 小 的 算 法 复 杂 度 下 达 到 了 很 好 的 效 果 图 5 分 别 显 示 了 被 调 度 所 占 用 波 束 的 信 道 能 量 和 各 占 用 波 束 的 索 引 由 图 5 可 见 : 在 1 个 用 户 中, 只 有 个 被 调 度, 每 个 用 户 占 用 个 波 束, 并 且 各 个 占 用 的 波 束 都 不 重 叠 5 图 当 M =,K =1 时 的 波 束 域 信 道 能 量 分 布 与 索 引 7 根 据 BDMA 下 行 传 输 方 案, 调 度 之 后, 基 站 需 要 在 波 束 域 信 道 发 送 导 频, 以 便 让 进 行 信 道 估 计 以 获 取 波 束 域 瞬 时 CSI 由 于 调 度 后 的 不 同 波 束 域 信 道 几 乎 正 交, 而 且 维 度 很 小, 所 以 获 取 波 束 域 瞬 时 CSI 的 开 销 将 变 得 非 常 小 一 旦 得 到 了 波 束 域 信 道 的 瞬 时 CSI, 便 可 以 与 基 站 在 波 束 域 信 道 上 进 行 数 据 的 传 输. 两 级 预 编 码 不 同 于 BDMA 下 行 传 输, 基 于 用 户 分 组 的 两 级 预 编 码 方 法 利 用 聚 类 算 法 根 据 统 计 CSI 进 行 的 分 组 操 作, 使 得 信 道 空 间 特 性 相 似 的 被 分 成 一 个 组, 由 于 不 同 的 组 之 间 信 道 的 正 交 特 性, 大 规 模 MIMO 被 等 效 成 多 个 小 规 模 MIMO 传 输 问 题 第 一 级 预 编 码 将 大 维 度 的 信 道 矩 阵 进 行 了 块 对 角 的 转 换, 对 角 线 上 的 每 个 块 为 一 个 等 效 分 组 信 道, 利 用 这 种 转 化 达 到 组 间 干 扰 消 除 的 目 的 第 二 级 预 图 5 占 用 的 波 束 域 信 道 能 量 与 索 引 数 据 第 二 级 组 内 干 扰 消 除 预 编 码 瞬 时 CSI 图 两 级 预 编 码 系 统 结 构 归 一 化 波 束 信 道 能 量 - 不 选,1- 选 中 1..5 1..5 1 1 分 组 第 一 级 组 间 干 扰 消 除 预 编 码 统 计 CSI 编 码 只 需 获 得 小 维 度 的 等 效 分 组 信 道 信 息 后, 便 可 以 进 行 组 内 干 扰 消 除 预 编 码, 如 RZF 预 编 码 等 两 级 预 编 码 系 统 结 构 如 图 所 示 图 7 为 在 基 站 天 线 数 目 数 目 的 场 景 下, 两 级 预 编 码 和 完 整 信 道 RZF 预 编 码 算 法 的 性 能 对 比 图 可 以 看 到, 两 级 预 编 码 在 有 效 地 降 低 信 道 估 计 开 销 的 同 时, 性 能 接 近 于 知 道 完 整 CSI 情 况 下 的 RZF 预 编 码 3 结 束 语 CSI: 下 行 信 道 状 态 信 息 文 章 中 我 们 首 先 回 顾 了 大 规 模 MIMO 下 行 链 路 中 几 种 传 统 的 预 编 码 算 法, 并 做 了 相 应 的 对 比 分 析 针 对 3 3 瞬 时 信 道 反 馈 5 5 : 1 : : 3 : 7 : 1 : : 3 : 7 中 兴 通 讯 技 术 1 年 月 第 卷 第 3 期 Jun. 1 Vol. No.3 D:\MAG\1--/VOL\F.VFT 5PPS/P

11 1 9 8 7 5 3 : 两 级 预 编 码 : 完 整 信 道 RZF 8 1 1 1 1 图 7 两 级 预 编 码 与 RZF 预 编 码 和 速 率 性 能 对 比 Multiantenna Communication, Part I: Channel Inversion and Regulation [J]. IEEE Transactions Communications, 5, 53(1): 195-. DOI: 1.119/ TCOMM..838 [1] SPENCER Q H, SWINDELHRST A L, HAARDT M. Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels [J]. IEEE Transactions on Signal Process,, 5: 1-71. DOI: 1.119/TSP.3.8117 [15] LIU K, RAGHAVAN V, SAYEED A M. Capacity Scaling and Spectral Efficiency in Wideband Correlated MIMO Channels [J]. IEEE Transactions on Information Theory, 3, 9(1): 5-5. DOI: 1.119/ TIT.3.817 传 统 预 编 码 所 需 完 整 瞬 时 CSIT 无 法 获 取 的 问 题, 研 究 了 两 种 针 对 大 规 模 MIMO 提 出 的 预 编 码 方 法 :BDMA 下 行 传 输 方 法, 通 过 简 单 高 效 的 贪 婪 算 法 进 行 调 度 和 波 束 分 配, 使 不 同 的 在 正 交 的 波 束 上 进 行 传 输 ; 基 于 分 组 的 两 级 预 编 码 方 法, 则 是 利 用 聚 类 算 法 将 信 道 特 性 相 似 的 用 户 分 为 一 组, 基 站 进 行 第 一 级 组 间 干 扰 消 除 预 编 码, 基 站 获 取 分 组 的 等 效 瞬 时 信 道 后, 再 进 行 第 二 级 组 内 干 扰 消 除 预 编 码 这 两 种 方 法 都 能 够 有 效 地 解 决 大 规 模 MIMO 中 导 频 开 销 过 大 的 问 题 参 考 文 献 [1] MARZETTA T L. Noncooperative Cellular Wireless with Unlimited Numbers of Base Station Antennas [J]. IEEE Transactions on Wireless Communication, 1, 9(5): 359-3. DOI:1.119/ TWC.1.981.919 [] RUSEK F, PERSSON D, LAU B K, et al. Scaling up MIMO: Opportunities and Challenges with Very Large Arrays [J]. IEEE Signal Processing Magazine, 13, 3(1): -. DOI: 1.119/MSP.11.17895 [3] NGO H Q, LARSSON E G, MARZETTA T L. The Multicell Multiuser MIMO Uplink with Very Large Antenna Arrays and a Finite- Dimensional Channel [J]. IEEE Transactions on Communications, 13, 1(): 35-31. DOI: 1.119/ TCOMM.13.3713. [] ASHIKHMIN A, MARZETTA T L. Pilot Contamination Precoding in Multi-Cell Large Scale Antenna Systems[C]//1 IEEE International on Information Theory Proceedings. USA: IEEE, 1: 1137-111. DOI: 1.119/ISIT.1.8331 [5] JINDAL N. MIMO Broadcast Channels with Finite-Rate Feedback [J]. IEEE Transactions on Information Theory,, 5(11): 55-5. DOI: 1.119/TIT..88355 [] CHOI J, LOVE D J, BIDIGARE P. Downlink Training Techniques for FDD Massive MIMO Systems: Open-Loop and Closed-Loop Training with Memory [J]. IEEE Journal Selected Topics in Signal Processing, 1, 8 (5): 8-81, Mar. 1. DOI: 1.119/ JSTSP.1.313 [7] SUN C, GAO X, JIN S, et al. Beam Division Multiple Access Transmission for Massive MIMO Communications [J]. IEEE Transactions on Communications, 15, 3 (): 17-. DOI: 1.119/ TCOMM.15.588 [8] ADHIKARY A, NAM J, CAIRE G. Joint Spatial Division and Multiplexing The Large-Scale Array Regime [J]. IEEE Transactions on Information Theory, 13, 59(1): 1-3. DOI: 1.119/TIT.13.97 [9] NAM J, ADHIKARY A, AHN J, et al. Joint Spatial Division and Multiplexing: Opportunistic Beamforming, User Grouping and Simplified Downlink Scheduling [J]. IEEE Journal Selected Topics in Signal Processing, 1, 8(5): 87-89. DOI: 1.119/ JSTSP.1.31388 [1] ADHIKARY A, SAFADI A E, SAMIMI M, et al. Joint Spatial Division and Multiplexing for mm-wave Channels [J]. IEEE Journal Selected in Areas Communications, 1, 3(): 139-155 [11] KIM D, LEE G, SUNG Y. Two-Stage Beamformer Design for Massive Downlink by Trace Quotient Formulation [J]. IEEE Transactions on Communications, 15, 3 (): -11. DOI: 1.119/ TCOMM.15.9 [1] LIU A, LAU V. Two Stage Cosnt-Envelope Precoding for Low Cost Massive MIMO System [J]. IEEE Transactions on Signal Process, 15, 99: 1-1. DOI: 1.119/ TSP.15.879 [13] PEEL C B, HOCHWALD B M, SWINDLEHURST A L. A Vector- Perturbation Technique for Near-Capacity 作 者 简 介 陆 晨, 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 硕 士 研 究 生 ; 研 究 方 向 为 宽 带 大 规 模 MIMO 无 线 通 信 王 闻 今, 东 南 大 学 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 副 教 授 ; 研 究 方 向 为 无 线 通 信 中 的 信 号 处 理 5G 移 动 通 信 关 键 技 术 高 西 奇, 东 南 大 学 教 授 博 士 生 导 师, 移 动 通 信 国 家 重 点 实 验 室 副 主 任 ; 研 究 方 向 为 移 动 通 信 理 论 与 关 键 技 术 ; 已 发 表 论 文 余 篇, 获 授 权 发 明 专 利 近 5 项 1 年 月 第 卷 第 3 期 Jun. 1 Vol. No.3 1 中 兴 通 讯 技 术 D:\MAG\1--/VOL\F.VFT 5PPS/P5