基于动态导频复用的宽带大规模MIMO无线传输方法研究

Massive MIMO wireless transmission technique can deeply exploit spatial dimension wireless resources, further improving the frequency and power efficiencies by an order of magnitude. It has become one of the most potential techniques for the future new generation mobile communications and has received extensive attention from researchers. Focusing on the bottleneck problem for channel information acquisition, as well as the system implementation complexity problem, involved in the massive MIMO wireless transmission, we propose and investigate wideband massive MIMO wireless transmission with dynamic pilot reuse in this project. The main research contents include the new characteristics and three dimensional statistical model of the wideband massive MIMO channels in the space, time and frequency domains, channel information acquisition with dynamic pilot reuse, robust precoded downlink multiuser transmission and its low complexity implementation, and robust uplink multiuser detection and its low complexity implementation. Our aims are to develop the three dimensional statistical model of the wideband massive MIMO channels in the space, time and frequency domains, theoretical approaches for channel information acquisition with dynamic pilot reuse, and theoretical approaches for the corresponding optimal transmission as well as the low complexity implementation. It is expected to achieve systematical results in the wideband massive MIMO wireless transmission technique, providing effective solutions to the bottleneck problem for channel information acquisition and the system implementation complexity problem.

大规模MIMO无线传输技术能够深度挖掘空间维度无线资源，使得频谱效率和功率效率进一步提升一个量级，是未来新一代移动通信最具潜力的研究方向之一，得到研究者们广泛的关注。围绕大规模MIMO无线传输所涉及的信道信息获取瓶颈问题和系统实现复杂性问题，本项目提出并探索基于动态导频复用的宽带大规模MIMO无线传输方法，研究内容包括宽带大规模MIMO信道新特性及统计模型、基于动态导频复用的信道信息获取理论方法、下行多用户鲁棒预编码传输及低复杂度实现理论方法、上行多用户鲁棒检测及低复杂度实现理论方法等四个方面。通过本项目的工作，拟探明宽带大规模MIMO信道空时频三维统计模型、动态导频复用信道信息获取理论方法、相适应的最优传输及其低复杂度实现理论方法，形成较为完整的基于动态导频复用的宽带大规模MIMO无线传输方法，为解决所涉及的信道信息获取瓶颈问题和系统实现复杂性问题提供有效途径。

大规模MIMO无线传输技术能够深度挖掘空间维度无线资源，使得频谱效率和功率效率进一步提升一个量级，是未来新一代移动通信最具潜力的研究方向之一，得到研究者们广泛的关注。围绕大规模MIMO无线传输所涉及的信道信息获取瓶颈问题和系统实现复杂性问题，本项目提出并探索基于动态导频复用的宽带大规模MIMO无线传输方法，研究内容包括宽带大规模MIMO信道新特性及统计模型、基于动态导频复用的信道信息获取理论方法、下行多用户鲁棒预编码传输及低复杂度实现理论方法、上行多用户鲁棒检测及低复杂度实现理论方法等四个方面。.本项目取得的主要研究成果包括：（1）揭示出宽带大规模MIMO信道的角度时延域稀疏特性及波束域统计特性，建立了符合实际的大规模MIMO波束域统计信道模型，适用于大范围覆盖场景及高频段通信场景；（2）揭示出空间相关大规模MIMO信道下导频复用的可行性，提出了切实可行的动态导频复用信道信息获取理论方法，使得典型移动通信环境下的导频资源总开销控制在较为合理的水平；（3）提出鲁棒的多用户上行接收方法、鲁棒的下行预编码方法、波束分多址传输理论方法，在降低导频开销的同时，解决系统实现复杂性及对中高速移动场景和高频段的适应性问题；（4）提出大规模MIMO信道容量分析的自由概率确定性等同理论方法，推导出和速率容量可达的发送方差矩阵，并利用信道Gram矩阵矩的确定性等同，提出低复杂度多项式展开大规模MIMO检测理论方法；（5）提出了适于大规模MIMO系统的全向预编码传输方法，应用于同步与控制信息传输，在提供全向传输的同时，显著降低所需的导频开销。在国内外核心期刊和重要学术会议上发表论文52篇，其中期刊论文25篇，会议论文27篇。申请发明专利19项，其中已获授权专利7项。