基于星座图设计的非相干大规模MIMO通信系统研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 非相干大规模多天线系统不需要瞬时信道状态信息（Channel State Information, CSI ）进行调制解调的特性，能够有效地提高系统容量、降低系统延时和适应快变 信道环境。移动蜂窝网络引入非相干大规模多天线系统构成的非相干网络能够支 Ultra-reliable 撑包含大量高机动性、低时延和高可靠性应用的超可靠和低延迟通信（ and Low Latency Communications, uRLLC ）场景实现。但在非相干网络中，同时频 传输会造成用户间严重干扰，降低系统可靠性，影响性能提升。而用户星座图设 计是非相干网络中降低干扰、提升性能的关键技术之一。 论文围绕uRLLC 场景，以非相干大规模系统为出发点，解决非相干技术应用 于uRLLC 场景的难题，通过设计星座图提高系统可靠性，使能多用户通信，同时 研究了不同通信环境中的整体系统性能及其非相干检测技术。论文主要工作集中 于以下几方面： ① 引入大规模MIMO （Multiple-Input Multiple-Output, MIMO ）系统模型，从 uRLLC 角度分析研究非相干技术的必要性，同时对现有的非相干大规模多天线系 统进行理论介绍和分析，并通过对比分析验证基于能量调制的非相干大规模多天 线系统的可行性和其亟待解决问题； ② SIMO Single-Input Multiple-Output, SIMO 针对目前非相干大规模 （ ）系统 Symbol Error Rate, SER 可靠性较低的问题，提出一种基于最小化符号误码率 （ ）的 星座图设计方法，同时分析了当前非相干大规模 SIMO 系统的性能表现。此外， 最优化算法可以为不同信噪比情况下的用户分配不同的最优星座图。仿真结果表 明，基于最小化符号误码率的星座图设计可以显著地提升系统性能，应用于不同 的通信场景，并能有效地减轻天线相关性对系统带来的不利影响； ③ 针对非相干大规模MIMO 系统无法多用户同时同频通信的问题，通过多用 户联合星座图调制，提出一种基于最小化SER 多用户联合星座图设计。通过分析 当前非相干大规模MIMO 系统的性能表现，基于最小化符号误码率，将原星座图 设计的 NP-Hard 问题转化为可求解的遍历问题，最终提出一种次优星座图设计使 得多用户通信在非相干大规模MIMO 系统成为可能。仿真结果表明，通过在不同 小区合理地分配正交码，不同用户有机地分配多用户联合星座图，不但可以解决 小区间用户干扰，还可消除小区内用户间干扰。 论文的研究可为uRLLC 场景的上行链路传输方案提供参考。 关键词：大规模MIMO ，uRLLC 场景，非相干通信，最小化SER ，星座图设计 I 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 Abstract Non-coherent massive MIMO systems do not require instantaneous channel state information (CSI) to modulation and demodulatio