寬帶大規(guī)模MIMO系統空間調制技術研究.pdf

1、大規(guī)模多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術通過增加基站側天線數目，能夠顯著提高系統頻譜效率和能量效率，是第五代移動通信系統(5th Generation MobileCommunication Systems，5G)的關鍵技術之一。空間調制(Spatial Modulation，SM)技術作為一種新型多天線傳輸技術，只采用單一的射頻鏈路，避免了傳統MIMO系統中存在的干擾與同步問題，

2、而且能夠在保證系統頻譜效率的同時提升能量效率。本論文從發(fā)送端數據傳輸的優(yōu)化設計和接收端低復雜度檢測兩個方面，對寬帶大規(guī)模MIMO系統空間調制相關技術展開研究。
　　首先，研究了大規(guī)模MIMO空間調制技術。分別圍繞SM技術的調制原理、大規(guī)模MIMO SM系統模型、接收端檢測方法介紹了大規(guī)模MIMO SM系統，并利用能量效率和誤比特率(Bit ErrorRatio，BER)兩個性能指標對大規(guī)模MIMO SM系統與傳統大規(guī)模MIMO系統

3、進行了比較，分析和仿真表明，在相等的頻譜效率下，大規(guī)模MIMO SM系統能夠實現更高的能量效率和更優(yōu)的BER性能。此外，在BER性能和復雜度兩個方面針對大規(guī)模MIMO SM系統接收端幾種檢測方法進行了仿真與分析，并總結了各種檢測方法的優(yōu)缺點。
　　接著，研究了大規(guī)模MIMO子載波索引調制(Subcarrier Index Modulation，SIM)正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Mul

4、tiplexing，OFDM）技術。針對現有SIM技術頻譜浪費的問題，改進了發(fā)送端數據傳輸方法，并將其應用到大規(guī)模MIMO OFDM系統中，建立了大規(guī)模MIMOSIM-OFDM系統模型，并提出了在理想信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI）和存在信道估計誤差兩種場景下的廣義近似消息傳遞(Generalized Approximate Message Passing，GAMP)迭代檢測方法。通過理論分析和

5、計算機仿真，在頻譜效率、能量效率、峰均功率比(Peak-to-AveragePower Ratio，PAPR)以及BER性能方面評估了大規(guī)模MIMO SIM-OFDM系統性能，結果表明，改進的SIM-OFDM技術能夠在保證OFDM系統頻譜效率和BER性能的同時提升能量效率和PAPR性能。此外，仿真結果表明，相比于MMSE檢測方法，針對大規(guī)模MIMO SIM-OFDM系統兩種CSI場景下所提出的GAMP檢測方法均能夠以相對較低的復雜度實現

6、更優(yōu)的性能。
　　最后，研究了大規(guī)模MIMO空頻索引聯合調制(Space-Frequency Index Modulation，SFIM)技術。將SM技術與 SIM-OFDM技術相結合，提出了一種SFIM的發(fā)射端數據傳輸方法，并將SFIM技術應用到用戶端配置多天線的大規(guī)模MIMO OFDM系統中，建立了大規(guī)模MIMO SFIM系統模型。在此基礎上，分別在理想的CSI和存在信道估計誤差兩種場景下，推導了適用于大規(guī)模MIMOSFIM系