大规模MIMO系统中链路自适应传输方法研究

发布时间：2017-12-11 22:02

  本文关键词：大规模MIMO系统中链路自适应传输方法研究

  更多相关文章： 大规模MIMO BDMA 多用户调度 迭代接收机 自适应传输 统计信道信息

【摘要】：随着移动互联网的高速发展,各类手持终端、多媒体业务以及物联网等应用的快速普及,对未来移动通信网络的容量和传输速率提出了更高的要求,现有的4G网络已经不能满足日益增长的频谱效率和功率效率要求,面向此需求的第五代移动通信(5G,5th Generation Mobile Communication Systems)技术标准有望在2020年左右确定。大规模多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)技术作为5G的关键候选技术之一,通过在基站侧配置大规模天线以充分挖掘系统的空间自由度,可以同时服务更多的用户,并极大地提高系统的频谱效率和功率效率。在无线传输中,利用信道信息进行相应的传输参数的调整,是减小干扰、保证传输可靠性并进一步提高频谱效率的关键,本论文研究大规模MIMO链路自适应传输方法,主要内容包括如下几个方面:首先,研究大规模MIMO波束域空分多址(BDMA,Beam Division Multiple Access)传输方法,并重点研究了其中的多用户调度以及链路自适应传输问题。从大规模MIMO空间相关信道模型出发给出了波束域信道模型,BDMA传输是最大化和速率上界准则下的最优传输,进一步地给出了BDMA传输方法的具体实施步骤与系统框图。针对BDMA下行传输中的多用户调度问题,其计算瓶颈是和速率的在线估计,针对该问题提出了基于自由概率确定性等同的单小区和速率确定性等同算法,同时针对BDMA传输中的链路自适应传输问题,讨论了链路自适应传输相关的理论与方法。数值仿真结果表明所提出的单小区和速率确定性等同算法可以显著提高用户调度的计算效率,且对真实和速率的逼近有较好的鲁棒性和精确性。其次,提出了大规模MIMO BDMA下行链路基于迭代接收机的自适应传输方法。考虑接收端采用迭代接收机时,传统的基于线性最小均方误差(LMMSE,Linear Minimum Mean Square Error)检测后验信干噪比的自适应传输方法未能充分考虑迭代接收过程中的性能增益,基于此进行自适应传输不能达到最优的吞吐量。针对此问题首先研究迭代接收机的性能建模方法,利用外信息转移(EXIT,EXtrinsic Information Transfer)图的思想建立了针对迭代接收机的半解析化的性能预测模型。针对实际系统中译码器模块反馈后验信息所导致的平均方差的偏差问题,采用方差的校正方法以减少预测误差,从而建立了迭代接收机性能预测器。在此基础上提出了基于迭代接收机的链路自适应传输方法,利用迭代接收机性能预测器估计迭代最终所达到的误码字率,并依此确定最优的自适应反馈参数。仿真结果表明,在大规模MIMO BDMA下行采用基于迭代接收机的自适应传输方法可以显著提高频谱效率。最后,提出了大规模MIMO上行链路基于MMSE检测的低复杂度自适应传输方法。在大规模MIMO系统中,随着基站天线数目以及所服务用户数的增加,采用传统方法计算自适应传输参数时面临大维矩阵求逆所导致的计算复杂度急剧升高的问题,同时传统方法依赖于瞬时信道信息进行后验信干噪比计算,在大规模MIMO中瞬时信道信息的获取是系统性能的瓶颈问题。针对上述问题,首先研究了多用户联合检测时LMMSE检测器输出端遍历可达速率的计算,提出了基于确定性等同的近似计算方法,该方法仅依赖于统计信道信息—信道特征模式能量耦合矩阵。然后给出了基于MMSE速率的自适应调制编码方法以及速率门限的校正方法。所提出的低复杂度的自适应传输方法利用统计信道信息进行MMSE速率的近似计算,并据此计算自适应调制编码的反馈参数。仿真结果表明所提出的自适应传输方法在保持频谱效率不下降的前提下,可以显著提高大规模MIMO上行链路自适应传输的计算效率。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN919.3

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本文编号：1280051