低位寬量化下大規(guī)模天線系統(tǒng)接收機(jī)設(shè)計(jì)的若干問題研究.pdf

1、通過在基站部署數(shù)百根天線，并在相同的時(shí)頻資源塊上同時(shí)服務(wù)數(shù)十個(gè)用戶，Massive MIMO能夠極大地提升系統(tǒng)的頻譜效率和輻射能量效率，因而被公認(rèn)為滿足下一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能需求的關(guān)鍵技術(shù)，近年來受到了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注與研究。然而，基站所部署的大規(guī)模天線陣列使得系統(tǒng)的硬件成本和電路功耗急劇提升，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)，并有可能成為阻礙MassiveMIMO大規(guī)模商用的潛在瓶頸。因此，有必要深入探究低硬件成本、高能量效率的Massi

2、ve MIMO接收機(jī)設(shè)計(jì)方案，以期實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能與硬件成本以及電路功耗的合理折中。由于ADC的功耗通常占電路功耗的主要部分，且ADC的功耗隨比特位寬近似指數(shù)增長，因此低位寬量化被視為實(shí)現(xiàn)能效Massive MIMO接收機(jī)設(shè)計(jì)的重要途徑。
　　對(duì)于低位寬量化下的多天線系統(tǒng)，信道容量無閉合結(jié)果，因此本文我們另辟蹊徑，借助信息論工具廣義互信息來推導(dǎo)和優(yōu)化低位寬量化下Massive MIMO系統(tǒng)的可達(dá)數(shù)據(jù)速率。我們不僅考察頻率平坦衰落信道，

3、而且考察頻率選擇性衰落信道;除了分析線性接收機(jī)的頻譜效率之外，我們還檢驗(yàn)了非線性接收機(jī)的頻譜效率增益。本文的主要貢獻(xiàn)概括如下:
　　1)對(duì)于上行窄帶Massive MIMO系統(tǒng)，我們提出一種基于Mixed-ADC架構(gòu)的能效接收機(jī)設(shè)計(jì)方法，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻譜效率與能量效率的合理折中。我們首先考察確定性SIMO信道，給定線性接收機(jī)和ADC切換矢量，我們推導(dǎo)出系統(tǒng)廣義互信息的閉合表達(dá)式，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化線性接收機(jī)和ADC切換策略，以最大化系

4、統(tǒng)頻譜效率。接著我們將理論分析結(jié)果推廣至遍歷時(shí)變衰落信道場景，并探究信道訓(xùn)練和信道估計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)頻譜效率的影響。我們進(jìn)一步將理論分析結(jié)果拓展至多用戶場景，并探究頻譜效率與能量消耗的折中關(guān)系。最后通過數(shù)值仿真驗(yàn)證理論分析結(jié)果。
　　2)我們將Mixed-ADC架構(gòu)推廣至上行寬帶Massive MIMO系統(tǒng)，借助OFDM來消除符號(hào)間干擾，采用線性頻率域均衡來抑制載波間干擾。同樣我們首先考察確定性SIMO信道，給定線性頻率域均衡器和AD

5、C切換矢量，我們推導(dǎo)出系統(tǒng)廣義互信息的閉合表達(dá)式，并反過來優(yōu)化線性頻率域均衡器和ADC切換策略，以最大化系統(tǒng)頻譜效率。接著我們將理論分析結(jié)果拓展至遍歷時(shí)變衰落信道場景，并探究信道訓(xùn)練和信道估計(jì)誤差對(duì)系統(tǒng)頻譜效率的影響。我們進(jìn)一步將理論分析結(jié)果推廣至多用戶場景，并提出一種低復(fù)雜度的線性頻率域均衡器計(jì)算方法。
　　3)我們探究MMSE估計(jì)器相比于LMMSE估計(jì)器的頻譜效率增益。為了便于分析，我們主要關(guān)注單比特量化下的頻率平坦SIMO信