大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中鏈路自適應(yīng)傳輸方法研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，各類手持終端、多媒體業(yè)務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的快速普及，對未來移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量和傳輸速率提出了更高的要求，現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足日益增長的頻譜效率和功率效率要求，面向此需求的第五代移動通信(5G，5th Generation Mobile CommunicationSystems)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有望在2020年左右確定。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input MultipleOutput)技術(shù)作

2、為5G的關(guān)鍵候選技術(shù)之一，通過在基站側(cè)配置大規(guī)模天線以充分挖掘系統(tǒng)的空間自由度，可以同時服務(wù)更多的用戶，并極大地提高系統(tǒng)的頻譜效率和功率效率。在無線傳輸中，利用信道信息進行相應(yīng)的傳輸參數(shù)的調(diào)整，是減小干擾、保證傳輸可靠性并進一步提高頻譜效率的關(guān)鍵，本論文研究大規(guī)模MIMO鏈路自適應(yīng)傳輸方法，主要內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　首先，研究大規(guī)模MIMO波束域空分多址(BDMA，Beam Division Multiple Access)

3、傳輸方法，并重點研究了其中的多用戶調(diào)度以及鏈路自適應(yīng)傳輸問題。從大規(guī)模MIMO空間相關(guān)信道模型出發(fā)給出了波束域信道模型，BDMA傳輸是最大化和速率上界準(zhǔn)則下的最優(yōu)傳輸，進一步地給出了BDMA傳輸方法的具體實施步驟與系統(tǒng)框圖。針對BDMA下行傳輸中的多用戶調(diào)度問題，其計算瓶頸是和速率的在線估計，針對該問題提出了基于自由概率確定性等同的單小區(qū)和速率確定性等同算法，同時針對BDMA傳輸中的鏈路自適應(yīng)傳輸問題，討論了鏈路自適應(yīng)傳輸相關(guān)的理論與方

4、法。數(shù)值仿真結(jié)果表明所提出的單小區(qū)和速率確定性等同算法可以顯著提高用戶調(diào)度的計算效率，且對真實和速率的逼近有較好的魯棒性和精確性。
　　其次，提出了大規(guī)模MIMO BDMA下行鏈路基于迭代接收機的自適應(yīng)傳輸方法?？紤]接收端采用迭代接收機時，傳統(tǒng)的基于線性最小均方誤差(LMMSE，Linear Minimum Mean Square Error)檢測后驗信干噪比的自適應(yīng)傳輸方法未能充分考慮迭代接收過程中的性能增益，基于此進行自適應(yīng)傳

5、輸不能達到最優(yōu)的吞吐量。針對此問題首先研究迭代接收機的性能建模方法，利用外信息轉(zhuǎn)移(EXIT, EXtrinsic Information Transfer)圖的思想建立了針對迭代接收機的半解析化的性能預(yù)測模型。針對實際系統(tǒng)中譯碼器模塊反饋后驗信息所導(dǎo)致的平均方差的偏差問題，采用方差的校正方法以減少預(yù)測誤差，從而建立了迭代接收機性能預(yù)測器。在此基礎(chǔ)上提出了基于迭代接收機的鏈路自適應(yīng)傳輸方法，利用迭代接收機性能預(yù)測器估計迭代最終所達到的誤

6、碼字率，并依此確定最優(yōu)的自適應(yīng)反饋參數(shù)。仿真結(jié)果表明，在大規(guī)模MIMO BDMA下行采用基于迭代接收機的自適應(yīng)傳輸方法可以顯著提高頻譜效率。
　　最后，提出了大規(guī)模MIMO上行鏈路基于MMSE檢測的低復(fù)雜度自適應(yīng)傳輸方法。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，隨著基站天線數(shù)目以及所服務(wù)用戶數(shù)的增加，采用傳統(tǒng)方法計算自適應(yīng)傳輸參數(shù)時面臨大維矩陣求逆所導(dǎo)致的計算復(fù)雜度急劇升高的問題，同時傳統(tǒng)方法依賴于瞬時信道信息進行后驗信干噪比計算，在大規(guī)模MIM

7、O中瞬時信道信息的獲取是系統(tǒng)性能的瓶頸問題。針對上述問題，首先研究了多用戶聯(lián)合檢測時LMMSE檢測器輸出端遍歷可達速率的計算，提出了基于確定性等同的近似計算方法，該方法僅依賴于統(tǒng)計信道信息—信道特征模式能量耦合矩陣。然后給出了基于MMSE速率的自適應(yīng)調(diào)制編碼方法以及速率門限的校正方法。所提出的低復(fù)雜度的自適應(yīng)傳輸方法利用統(tǒng)計信道信息進行MMSE速率的近似計算，并據(jù)此計算自適應(yīng)調(diào)制編碼的反饋參數(shù)。仿真結(jié)果表明所提出的自適應(yīng)傳輸方法在保持頻