MIMO無線通信自適應傳輸理論方法研究.pdf

1、多天線發(fā)送和多天線接收(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)無線傳輸技術能夠提升無線通信的系統(tǒng)容量、頻譜效率、功率效率及傳輸可靠性，在過去的近二十年得到了廣泛的研究與應用，成為寬帶移動通信系統(tǒng)的核心技術。未來移動通信系統(tǒng)對系統(tǒng)容量、頻譜效率、功率效率及傳輸可靠性都提出了更高的要求，需要采用大規(guī)模天線的MIMO無線傳輸技術。在此背景下，本文開展MIMO無線通信系統(tǒng)自適應傳輸理論方法研究，著重研究與迭代接

2、收相適應的自適應MIMO傳輸理論方法和大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導頻和功率配置的自適應理論方法。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴研究了MIMO系統(tǒng)迭代接收機的性能建模方法。迭代接收技術是獲得逼近信道容量的接收技術，其性能建模是實現(xiàn)迭代接收情況下鏈路自適應的基礎，為此，從等效模型、傳遞參數(shù)、性能提取及傳遞關系等四個方面著手，提出了MIMO系統(tǒng)迭代接收性能建模方法。該方法以服從高斯分布的對數(shù)似然比信息等效模型為基礎，以互信息為傳遞參數(shù)并通過仿真獲

3、得互信息傳遞關系圖，并利用誤比特率或保真度為傳遞參數(shù)的半公式化傳遞關系及以互信息為傳遞參數(shù)的半公式化傳遞關系，實現(xiàn)MIMO迭代接收的性能建模。進而，提出了迭代接收機各軟輸入軟輸出單元的性能預測方法。仿真結果證實所提方法的有效性。
　?、漆槍IMO傳輸鏈路，研究了迭代接收情況下的高效鏈路自適應方法。推導了迭代接收后驗信干比以及等效信噪比，提出了迭代接收情況下MIMO鏈路自適應方法。該方法利用經(jīng)典鏈路自適應方法確定秩指示和信道質量指

4、示的取值范圍，僅在秩指示和信道質量指示的取值范圍內(nèi)確定反饋參數(shù)，減少了后驗信干比及等效信噪比的計算次數(shù)，從而降低了在線吞吐量預測的計算量。仿真結果表明:所提鏈路自適應方法的吞吐量優(yōu)于經(jīng)典鏈路自適應方法，滿足鏈路服務質量要求，并且獲得了3.5dB吞吐量增益。
　?、茄芯苛私嵌扔蛐诺滥Ｐ拖麓笠?guī)模MIMO系統(tǒng)上行傳輸最小均方誤差(MMSE)接收機的可達和速率?？蛇_速率分析是實現(xiàn)導頻和功率等自適應優(yōu)化配置的基礎，本論文將MMSE檢測器輸出

5、端后驗信干比分解為兩個獨立隨機變量之求和，通過引入卡方變量二次型的分布、隨機矩陣的經(jīng)驗特征值分布等理論，得到了這兩個獨立隨機變量的矩統(tǒng)計量及概率分布、以及后驗信干比的矩統(tǒng)計量。由兩個獨立隨機變量的概率分布，提出了后驗信干比的一種歸一化形式，證明了后驗信干比服從伽瑪分布，并由所得后驗信干比矩統(tǒng)計量得到伽瑪分布函數(shù)的參數(shù)。進而，利用后驗信干比的分布函數(shù)，得到了MMSE接收機后驗信干比下界以及可達和速率的近似式。仿真結果證實了理論結果的準確性

6、。
　?、妊芯苛舜笠?guī)模MIMO系統(tǒng)上行導頻輔助傳輸方式下導頻和功率自適應優(yōu)化配置方法。在可達和速率分析的基礎上，進一步從理論上得到導頻輔助傳輸方式下線性MMSE接收機可達和速率，進而得到其在基站天線單元數(shù)量大且用戶數(shù)目固定的情形下無需迭代數(shù)值運算的近似式。針對導頻長度及功率聯(lián)合自適應優(yōu)化配置，分別證明了固定導頻長度下可達和速率是功率的凹函數(shù)，固定導頻功率下可達和速率是導頻長度的凹函數(shù)，進而提出針對聯(lián)合自適應優(yōu)化配置問題的交替優(yōu)化算