基于低精度ADC的大规模MIMO系统性能分析

发布时间：2020-06-02 14:24

【摘要】：随着无线通信技术的不断发展,无线终端呈指数增长,预计到2025年,全球第五代移动通信(5-Generation wireless telephone technology,5G)网路连接数将达到1000亿。同时,各种新型无线业务不断涌现,如移动高清视频,虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR),在线游戏和车联网等,由此催生了对于大容量高速率无线通信的持续需求。在现有频谱资源极度稀缺的背景下,提升频谱效率已成为解决上述挑战的关键手段。大规模天多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output,massive MIMO)技术,通过在基站侧配置大维度天线阵列,有望大幅度提升系统频谱效率。正成为当前5G标准的物理层核心使能技术。然而,大量天线和射频单元给实际部署带来了重要挑战,如何降低系统的功耗和成本成为制约大规模天线技术应用的瓶颈。近年来,学术界提出了采用低精度的数模转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)来降低大规模天线系统功耗和成本的新思路。研究低精度ADC对大规模天线系统性能的影响正成为当前研究热点。鉴于此,本论文针对典型的大规模天线系统,深入分析了量化精度对于大规模天线系统容量和功率尺度率的影响。首先,针对采用低精度ADC的多小区大规模天线系统上行链路,研究了非理想信道状态信息条件下系统的可达速率。考虑导频污染的影响,首先推导获得了最小均方误差准则下的信道状态信息估计结果,进而推导获得了用户上行可达速率的闭式表达。在此基础上,分析了系统的功率缩放尺度率。研究结果表明,使用低精度ADC会降低系统的可达速率性能,但是可以通过增加天线数目来有效的弥补低精度ADC引入的性能损失。相比而言,导频污染是限制多小区大规模天线系统性能的核心因数。其次,针对采用低精度ADC的大规模天线多播系统,利用用户信道渐进正交的特性,基于小均方误差准则,设计了两种不同的导频分配方案:1)组内用户导频相互正交,小区间共享同一套导频序列;2)组内用户使用相同导频序列,小区间导频相互正交。针对两种方案,分别推导获得了系统可达速率的闭式表达。在此基础上,进一步设计了最佳的波束方向。理论结果表明,低精度ADC对系统性能的影响可以通过增加天线数目来弥补。同时,采用小区间正交导频的方案能够获得更好的可达速率性能。
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本文编号：2693292