分布式大规模MIMO无线传输关键技术设计与性能分析

Large-scale multi-input multi-output (MIMO) communication system is capable of exploiting fully the spatial diversity to maximize the use of time and frequency resources. Distributed large-scale MIMO system not only shares the advantages of the centralized massive MIMO, but also enjoys the flexibility of base station deployment, the reduced transmission power and increased coverage. It has therefore received a great deal of attention in academia and industry. This project focuses on the study of core transmission techniques and theoretical performance of distributed large-scale MIMO systems. The research scope of the proposed project covers: (1) Development of the direction of arrival based channel estimation and antenna clustering techniques for remote radio head (RRH) with a particular emphasis on parametric channel modelling and estimation; (2) Investigation of user-dependent resource management strategies and power control schemes and design of adaptive resource allocation for interference suppression in massive MIMO; (3) Development of joint, robust and energy-efficient transmit precoding and receive beamforming algorithms; (4) Theoretical analysis of the interference distribution, system energy efficiency, spectral efficiency and spatial multiplexing diversity. The objective of the project is to design core signal processing techniques with enabling system simulation software that are suitable for massive MIMO communication, thereby providing theoretical and technological support to the next-generation wireless communication in China.

大规模多输入多输出(MIMO)通信系统能深度发掘空间自由度使得时频资源得到充分利用。分布式大规模MIMO系统不仅具有集中式的优点，还可以灵活地设计基站的地理位置、有效降低传输功耗且提高网络覆盖率，因此受到学术界和工业界的高度重视。本项目研究分布式大规模MIMO无线传输关键技术与理论性能。内容包括：（1）开发基于波达方向的信道估计与天线分簇技术，设计簇内多RRH条件下的参数化信道估计模型及相应信道估计方法；（2）研究系统的用户关联策略与功率管理优化技术，提出自适应资源管理方法来有效解决分布式大规模MIMO的干扰问题；（3）开发鲁棒性高能效的协同预编码及波束成型最优联合设计算法；（4）分析分布式大规模MIMO的干扰概率分布、系统能效、频谱效率、空间复用分集度。项目的目标是设计出适合分布式大规模MIMO通信的关键信号处理技术并开发出相应的系统仿真软件，从而为我国下一代无线通信提供理论与技术支持。

大规模多输入多输出(MIMO)通信系统通过充分发掘空间自由度能最大限度地使用时频资源，而分布式大规模MIMO系统不仅具有集中式MIMO的优点，还可以灵活地设计基站的地理位置、降低传输功耗且提高网络覆盖率，因此被普遍认为是超五代移动通信的核心技术之一。该一年期项目重点研究了分布式大规模MIMO无线通信系统的信道估计与波束形成等相关技术，内容包括：(1) 开发了基于稀疏表示理论的大规模MIMO毫米波信道估计方法，该方法实现了角度和多普勒参数的联合估计，并能通过估计直视路径信道参数来实现信道跟踪；(2) 设计了基于稀疏线性阵列的相干信号的波达方向估计方法，仿真实验表明，该方法对于相干信号比使用均匀阵估计具有更好的性能 ；(3) 设计了认知无线电网络及智能车辆中继通信网络中的高能效波束成形方案；(4) 提出了基于稀疏表示的目标跟踪外观建模框架和基于逆稀疏表示的协同编码方案，该方案用于红外光与可见光摄像头联合监控场景；(5) 开发了基于信道状态信息和信号强度的室内定位方法。实验表明，该方法具有定位时间短、不受多径效应影响、实现成本低等特点。这几方面的研究成果为我们今后进一步研究面向超五代移动通信和智慧城市的网络架构与核心技术打下了良好的基础。