空間調(diào)制與大規(guī)模MIMO傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、空間調(diào)制(spatial modulation，SM)和空移鍵控(space shift keying，SSK)是一類(lèi)新型的多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）傳輸技術(shù)。與傳統(tǒng)MIMO傳輸技術(shù)相比，空間調(diào)制和空移鍵控具有復(fù)雜度低、需要更少射頻(radiofrequency, RF)鏈路等優(yōu)點(diǎn)。大規(guī)模MIMO(Massive MIMO)傳輸技術(shù)在基站端配置大量天線，利用各用戶(hù)信道間的漸近正

2、交性，可通過(guò)簡(jiǎn)單的線性信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)接入，同時(shí)避免用戶(hù)間的干擾。本論文主要工作為對(duì)空間調(diào)制、空移鍵控和大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用。
　　本文首先研究了空移鍵控傳輸中的發(fā)射和接收天線選擇，提出了一種降低反饋量的發(fā)射天線選擇方案(Fix-1)以及低計(jì)算復(fù)雜度的發(fā)射和接收天線選擇算法，推導(dǎo)出了所提算法的精確誤碼率(bit error rate，BER)表達(dá)式以及誤碼率上界的閉合表達(dá)式。
　　接著，本文提出一種發(fā)射天線受

3、限的分布式廣義空移鍵控傳輸系統(tǒng)(generalizedSSK，GSSK)，其中多個(gè)分布式的基站聯(lián)合構(gòu)成一個(gè)GSSK傳輸系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，每個(gè)基站只配置一套射頻鏈路，所以同一時(shí)刻每個(gè)基站只能有一根發(fā)射天線被激活。由于各基站地理位置不同，其發(fā)射的信號(hào)將經(jīng)歷不同的大尺度衰落，該特點(diǎn)可用于改善系統(tǒng)性能。本文首先推導(dǎo)出了該分布式GSSK的誤符號(hào)率(symbol error rate，SER)表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上基于凸優(yōu)化方法提出了一種最小化誤符號(hào)率

4、的功率分配算法。
　　然后，本文將空移鍵控應(yīng)用于高速鐵路(high speed railway，HSR)無(wú)線通信中，將該環(huán)境下的無(wú)線信道建模為對(duì)數(shù)正態(tài)—萊斯（Lognormal-Rician）混合信道。本文完成了空移鍵控傳輸在該信道下的誤符號(hào)率分析，并結(jié)合高鐵無(wú)線通信的信道特點(diǎn)，比較了不同天線放置方式對(duì)系統(tǒng)錯(cuò)誤性能的影響。根據(jù)分析結(jié)果，提出一種結(jié)合多點(diǎn)協(xié)作(coordinated multiple point，CoMP)傳輸?shù)目找?/p>

5、鍵控傳輸方案，該方案可利用陰影衰落的低相關(guān)性來(lái)降低系統(tǒng)誤符號(hào)率，同時(shí)避免了分布式天線結(jié)構(gòu)帶來(lái)的發(fā)射端功率損耗。
　　接下來(lái)，本文針對(duì)空間調(diào)制多用戶(hù)接入系統(tǒng)，提出一種基于子空間投影的多用戶(hù)檢測(cè)算法，在此基礎(chǔ)上結(jié)合改進(jìn)的廣義可變空間期望最大化（space-alternatinggeneralized expectation-maximization，SAGE）算法，提出了一種SAGE輔助的投影檢測(cè)算法。該檢測(cè)方法的性能可以接近性能最優(yōu)

6、的最大似然檢測(cè)(maximum-likelihooddetection，MLD)和球型譯碼(sphere decoding，SD)檢測(cè)，同時(shí)在系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)能有效地降低計(jì)算復(fù)雜度。
　　最后，本文提出一種基于時(shí)分雙工(time division duplex，TDD)、正交頻分復(fù)用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)和大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)的下行多用戶(hù)傳輸結(jié)構(gòu)。在該傳輸

7、結(jié)構(gòu)中每個(gè)用戶(hù)均使用整個(gè)帶寬，可以節(jié)省用戶(hù)調(diào)度的信令開(kāi)銷(xiāo)。本文推導(dǎo)出采用最大似然估計(jì)(maximum likelihood estimation，MLE)和最小均方誤差(minimum mean square error estimation，MMSE)準(zhǔn)則進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)系統(tǒng)的容量表達(dá)式?；谠摻Y(jié)果，得到了大信噪比下最優(yōu)的用戶(hù)數(shù)量和導(dǎo)頻序列長(zhǎng)度，并分析了衰落信道的時(shí)間和頻率選擇性對(duì)系統(tǒng)容量的影響，最后提出一種基于用戶(hù)信道多徑時(shí)延差異的功