本文關(guān)鍵詞：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中鏈路自適應(yīng)傳輸方法研究

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【摘要】：隨著移動(dòng)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(duì)未來移動(dòng)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(zhǎng)的頻譜效率和功率效率要求,面向此需求的第五代移動(dòng)通信(5G,5th Generation Mobile Communication Systems)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 Multiple-Output)技術(shù)作為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(shí)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(jìn)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(jìn)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(gè)方面:首先,研究大規(guī)模MIMO波束域空分多址(BDMA,Beam Division Multiple Access)傳輸方法,并重點(diǎn)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(jìn)一步地給出了BDMA傳輸方法的具體實(shí)施步驟與系統(tǒng)框圖。針對(duì)BDMA下行傳輸中的多用戶調(diào)度問題,其計(jì)算瓶頸是和速率的在線估計(jì),針對(duì)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(shí)針對(duì)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(jì)算效率,且對(duì)真實(shí)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(jī)的自適應(yīng)傳輸方法�？紤]接收端采用迭代接收機(jī)時(shí),傳統(tǒng)的基于線性最小均方誤差(LMMSE,Linear Minimum Mean Square Error)檢測(cè)后驗(yàn)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(jìn)行自適應(yīng)傳輸不能達(dá)到最優(yōu)的吞吐量。針對(duì)此問題首先研究迭代接收機(jī)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(duì)迭代接收機(jī)的半解析化的性能預(yù)測(cè)模型。針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中譯碼器模塊反饋后驗(yàn)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(cè)誤差,從而建立了迭代接收機(jī)性能預(yù)測(cè)器。在此基礎(chǔ)上提出了基于迭代接收機(jī)的鏈路自適應(yīng)傳輸方法,利用迭代接收機(jī)性能預(yù)測(cè)器估計(jì)迭代最終所達(dá)到的誤碼字率,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(jī)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(cè)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(jì)算自適應(yīng)傳輸參數(shù)時(shí)面臨大維矩陣求逆所導(dǎo)致的計(jì)算復(fù)雜度急劇升高的問題,同時(shí)傳統(tǒng)方法依賴于瞬時(shí)信道信息進(jìn)行后驗(yàn)信干噪比計(jì)算,在大規(guī)模MIMO中瞬時(shí)信道信息的獲取是系統(tǒng)性能的瓶頸問題。針對(duì)上述問題,首先研究了多用戶聯(lián)合檢測(cè)時(shí)LMMSE檢測(cè)器輸出端遍歷可達(dá)速率的計(jì)算,提出了基于確定性等同的近似計(jì)算方法,該方法僅依賴于統(tǒng)計(jì)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(jì)信道信息進(jìn)行MMSE速率的近似計(jì)算,并據(jù)此計(jì)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)傳輸方法在保持頻譜效率不下降的前提下,可以顯著提高大規(guī)模MIMO上行鏈路自適應(yīng)傳輸?shù)挠?jì)算效率。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN919.3

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本文編號(hào)：1280051