MIMO無線通信自適應(yīng)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(shù)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(yīng)用，成為寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。未來移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)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(shù)。在此背景下，本文開展MIMO無線通信系統(tǒng)自適應(yīng)傳輸理論方法研究，著重研究與迭代接

2、收相適應(yīng)的自適應(yīng)MIMO傳輸理論方法和大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻和功率配置的自適應(yīng)理論方法。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛薓IMO系統(tǒng)迭代接收機(jī)的性能建模方法。迭代接收技術(shù)是獲得逼近信道容量的接收技術(shù)，其性能建模是實(shí)現(xiàn)迭代接收情況下鏈路自適應(yīng)的基礎(chǔ)，為此，從等效模型、傳遞參數(shù)、性能提取及傳遞關(guān)系等四個(gè)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(duì)數(shù)似然比信息等效模型為基礎(chǔ)，以互信息為傳遞參數(shù)并通過仿真獲

3、得互信息傳遞關(guān)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(guān)系及以互信息為傳遞參數(shù)的半公式化傳遞關(guān)系，實(shí)現(xiàn)MIMO迭代接收的性能建模。進(jìn)而，提出了迭代接收機(jī)各軟輸入軟輸出單元的性能預(yù)測(cè)方法。仿真結(jié)果證實(shí)所提方法的有效性。
　?、漆槍?duì)MIMO傳輸鏈路，研究了迭代接收情況下的高效鏈路自適應(yīng)方法。推導(dǎo)了迭代接收后驗(yàn)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(yīng)方法。該方法利用經(jīng)典鏈路自適應(yīng)方法確定秩指示和信道質(zhì)量指

4、示的取值范圍，僅在秩指示和信道質(zhì)量指示的取值范圍內(nèi)確定反饋參數(shù)，減少了后驗(yàn)信干比及等效信噪比的計(jì)算次數(shù)，從而降低了在線吞吐量預(yù)測(cè)的計(jì)算量。仿真結(jié)果表明:所提鏈路自適應(yīng)方法的吞吐量優(yōu)于經(jīng)典鏈路自適應(yīng)方法，滿足鏈路服務(wù)質(zhì)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(jī)的可達(dá)和速率?？蛇_(dá)速率分析是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)頻和功率等自適應(yīng)優(yōu)化配置的基礎(chǔ)，本論文將MMSE檢測(cè)器輸出

5、端后驗(yàn)信干比分解為兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量之求和，通過引入卡方變量二次型的分布、隨機(jī)矩陣的經(jīng)驗(yàn)特征值分布等理論，得到了這兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量的矩統(tǒng)計(jì)量及概率分布、以及后驗(yàn)信干比的矩統(tǒng)計(jì)量。由兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量的概率分布，提出了后驗(yàn)信干比的一種歸一化形式，證明了后驗(yàn)信干比服從伽瑪分布，并由所得后驗(yàn)信干比矩統(tǒng)計(jì)量得到伽瑪分布函數(shù)的參數(shù)。進(jìn)而，利用后驗(yàn)信干比的分布函數(shù)，得到了MMSE接收機(jī)后驗(yàn)信干比下界以及可達(dá)和速率的近似式。仿真結(jié)果證實(shí)了理論結(jié)果的準(zhǔn)確性

6、。
　?、妊芯苛舜笠?guī)模MIMO系統(tǒng)上行導(dǎo)頻輔助傳輸方式下導(dǎo)頻和功率自適應(yīng)優(yōu)化配置方法。在可達(dá)和速率分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從理論上得到導(dǎo)頻輔助傳輸方式下線性MMSE接收機(jī)可達(dá)和速率，進(jìn)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(yùn)算的近似式。針對(duì)導(dǎo)頻長度及功率聯(lián)合自適應(yīng)優(yōu)化配置，分別證明了固定導(dǎo)頻長度下可達(dá)和速率是功率的凹函數(shù)，固定導(dǎo)頻功率下可達(dá)和速率是導(dǎo)頻長度的凹函數(shù)，進(jìn)而提出針對(duì)聯(lián)合自適應(yīng)優(yōu)化配置問題的交替優(yōu)化算