大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中鏈路自適應傳輸方法研究.pdf

1、隨著移動互聯網的高速發(fā)展，各類手持終端、多媒體業(yè)務以及物聯網等應用的快速普及，對未來移動通信網絡的容量和傳輸速率提出了更高的要求，現有的4G網絡已經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)技術標準有望在2020年左右確定。大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input MultipleOutput)技術作

2、為5G的關鍵候選技術之一，通過在基站側配置大規(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的傳輸參數的調整，是減小干擾、保證傳輸可靠性并進一步提高頻譜效率的關鍵，本論文研究大規(guī)模MIMO鏈路自適應傳輸方法，主要內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度以及鏈路自適應傳輸問題。從大規(guī)模MIMO空間相關信道模型出發(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傳輸問題，討論了鏈路自適應傳輸相關的理論與方

4、法。數值仿真結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測模型。針對實際系統(tǒng)中譯碼器模塊反饋后驗信息所導致的平均方差的偏差問題，采用方差的校正方法以減少預測誤差，從而建立了迭代接收機性能預測器。在此基礎上提出了基于迭代接收機的鏈路自適應傳輸方法，利用迭代接收機性能預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)的自適應反饋參數。仿真結果表明，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檢測的低復雜度自適應傳輸方法。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，隨著基站天線數目以及所服務用戶數的增加，采用傳統(tǒng)方法計算自適應傳輸參數時面臨大維矩陣求逆所導致的計算復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速率的自適應調制編碼方法以及速率門限的校正方法。所提出的低復雜度的自適應傳輸方法利用統(tǒng)計信道信息進行MMSE速率的近似計算，并據此計算自適應調制編碼的反饋參數。仿真結果表明所提出的自適應傳輸方法在保持頻