本文關鍵詞：大規(guī)模MIMO系統的關鍵技術，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大規(guī)模MIMO可使系統誤比特性能、頻譜效率和能量效率得到提高。同時,大規(guī)模MIMO也帶來了一系列與傳統MIMO完全不同的新挑戰(zhàn)。最近幾年,MIMO檢測的巨大計算復雜性已成為一個活躍的研究領域。本論文提出了兩種似優(yōu)低復雜度檢測算法。第一種算法基于概率圖模型,適用于大規(guī)模MIMO第二種算法基于一種被稱為引力搜索算法的隨機算法,適用于有幾十個天線的中等規(guī)模系統。 今年來,研究大規(guī)模MIMO系統的人越來越多,其主要目標是在第5代蜂窩網絡中引入大規(guī)模天線陣列,這引出了理論、網絡設計以及硬件實現等方面的研究。實現大規(guī)模MIMO的最大困難在于基站(BS)的信道狀態(tài)信息(CSI)的獲取,因為估計信道狀態(tài)信息會受到來自相鄰小區(qū)的信號的污染,導致此類系統不能完全實現大規(guī)模天線陣列的期待增益。此外,采用盲信道估計技術也就是即子空間方法來克服大規(guī)模MIMO的導頻污染問題已引起極大的關注。 為此目的,在本論文中,我們利用隨機矩陣理論(RMT)和自由概率論(FPT)來在更明智的物理信道模式下分析這些技術的性能,這是更能夠捕捉到天線陣列之間的相互作用和物理環(huán)境,比理想的獨立同分布(IID)瑞利通道通常在文獻中用。通過漸近頻譜分析,本論文證明了物理信道對子空間方法的性能確實有很大的影響。此外,我們展示了一個有趣的天線飽和效應,比如,隨基站天線的數量增加其飽和性增大。在本文中,我們也提出了一個新的信道估計技術,從而徹底克服了導頻污染問題。該技術是基于導頻和數據承載信號的重疊,這是適合關鍵應用,其中該信道的自由度(DoF)是有限的。在我們的算法中,高質量性能和服務是我們的主要顧慮。 最后,我們從非相干兩用戶干擾信道(IFC)的角度調查了自由度。本論文基本上只是為非相干大規(guī)模MIMO信道作了初步研究,本質上是一種非相干IFC。當干擾強時,自由度和的新邊界才被導出的。研究結果表明,所得到的自由度取決于干擾水平,類似于取決于相干IFC所能達到的自由度。本論文的結果表明,為每個用戶得到無干擾的自由度,理論上是可行的,特別是當干擾足夠大。
【關鍵詞】：大規(guī)模MIMO 信道檢測 導頻污染 非相干干擾信道 MIMO檢測 隨機矩陣理論 自由概率論 漸近特征值分布
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• Glossary8-10
• Notation10-18
• 1 Introduction18-28
• 1.1 Overview of Massive MIMO Systems20-24
• 1.1.1 System Architecture20-21
• 1.1.2 Benefits21-23
• 1.1.3 Challenges23-24
• 1.2 Non-coherent Interference Channel24-25
• 1.3 Summary of Contributions25-26
• 1.4 Thesis Outline26-28
• 2 Preliminaries and Literature Review28-59
• 2.1 Probabilistic Graphical Models28-36
• 2.1.1 Factor Graph29-30
• 2.1.2 Markov Random Fields30-32
• 2.1.3 Sum-Product Algorithm on FG32-34
• 2.1.4 Belief Propagation on Pairwise MRF34-36
• 2.2 Random Matrix Theory and Free Probability Theory36-44
• 2.2.1 Stieltjes Transform37-39
• 2.2.2 S-transform and R-transform39-40
• 2.2.3 Wishart Matrix40-41
• 2.2.4 Free Probability Theory41-44
• 2.2.5 Haar Matrices and Freeness Condition44
• 2.3 Single-Cell Multiuser Massive MIMO44-51
• 2.3.1 Diversity44-47
• 2.3.2 Information Theory of MIMO Systems47-49
• 2.3.3 Survey of Detection Methods in MIMO49-51
• 2.4 Multi-cell multiuser Massive MIMO51-55
• 2.5 Non-coherent Interference Channel55-59
• 2.5.1 Non-coherent Massive MIMO57-59
• 3 MIMO Detection Approaches59-79
• 3.1 System Model and Problem Formulation60-61
• 3.2 Overview of Linear Gaussian Model61-63
• 3.3 Detection by Graphical Models Approach63-71
• 3.3.1 Approximation of Conditional Distribution y|x64-65
• 3.3.2 BP-VGI Algorithm65-68
• 3.3.3 Computational Complexity68-69
• 3.3.4 Numerical Results69-71
• 3.4 Detection by Stochastic Approach71-78
• 3.4.1 Overview of GSA71-73
• 3.4.2 Modified BGSA for MIMO Detection73-75
• 3.4.3 Stopping Criterion75-76
• 3.4.4 Computational Complexity76
• 3.4.5 Numerical Results76-78
• 3.5 Summary78-79
• 4 Asymptotic Performance of Blind Pilot Decontamination in Massive MIMO79-105
• 4.1 Channel Model and Problem Formulation80-83
• 4.1.1 Physical Channel Model80-82
• 4.1.2 Problem Formulation82-83
• 4.2 Overview of Subspace Method83-84
• 4.3 Motivation84
• 4.4 Asymptotic Analysis84-93
• 4.4.1 Identical AoAs85-91
• 4.4.2 Distinct AoAs91-93
• 4.5 The Support of Distribution93-96
• 4.6 Numerical Results96-104
• 4.6.1 The Support of AED96-99
• 4.6.2 Bit Error Rate99-104
• 4.7 Summary104-105
• 5 Channel Estimation in Massive MIMO for Critical Applications105-117
• 5.1 Introduction and Motivation106-107
• 5.2 Channel Model107-108
• 5.3 Superposition-Based Pilot Decontamination108-112
• 5.3.1 Channel Estimation Phase109-110
• 5.3.2 Data Detection Phase110
• 5.3.3 Some Reflections on the Algorithm110-111
• 5.3.4 Computational Complexity111-112
• 5.4 Numerical Results112-116
• 5.5 Summary116-117
• 6 Non-coerent Two-User Gaussian Interference Channel117-134
• 6.1 Channel Model and Preliminaries118-120
• 6.2 Simple Bounds120-122
• 6.3 New Bounds122-132
• 6.3.1 Upper-Bound on DoF Under Strong Interference123-124
• 6.3.2 Lower-Bound on the Generalized DoF124-127
• 6.3.3 Single-Sided IFC(Z-IFC)127-128
• 6.3.4 Achievable Generalized DoF for Non-coherent IFC128-132
• 6.4 Summary132-134
• 7 Conclusion134-137
• Appendix 1 Publications137-138
• Appendix 2 Discussion on the Freeness Condition in Sec.4.4.1138-140
• Appendix 3 Discussion of Assumptions in Sec.4.4.1140-141
• Appendix 4 Proof of Proposition 4.1141-144
• Appendix 5 Proof of Lemma 4.5144-145
• Appendix 6 Proof of Lemma 6.11145-149
• Bibliography149-157
• Acknowledgements157

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本文編號：416810