导频污染下大规模分布式MIMO无线传输理论与技术研究

With the explosive increasing of the mobile data service, the scarcity of the spectral resource, and the rapid increasing of the energy consumption, it gives highly demand to improve the performance of the future mobile communication systems. Under the typical antenna configuration and cell setting of the current 4G systems, the bottleneck problem of multi-user MIMO and cooperative multi-user MIMO appears in improving the spectral and energy efficiency. When a very large number of antennas are distributed in the cell, large-scale distributed MIMO is established, which can combine the advantages of both massive MIMO and distributed antenna techniques. It has great potential in achieving the growing demand of next generation communication systems, and received much attention of academic in recent years. In this project, we will study the transmission theory and techniques of large-scale distributed MIMO with pilot contamination. Choosing basic theory as a starting point, using information theory, we will give the theoretical analysis of the spectral efficiency and energy efficiency of large-scale distributed MIMO cellular systems, and reveal the impact of the system parameters and channel parameters on the system performance. Based on the characteristics of distributed antenna locations, by using the spatial dimension information, we will study the downlink precoding and uplink joint receiver techniques to overcome the complexity of the large-scale distributed MIMO. We also study the techniques to overcome the problem of pilot contamination and inter-cell interference. The results of this project will provide theoretic foundation and technique support for the future mobile communication systems.

移动数据业务的“爆炸式”增长、频谱资源的日趋紧张以及能源消耗的快速增长对未来的移动通信系统提出了更高的要求。在目前4G系统中典型的天线配置和小区设置下，多用户MIMO和协作多用户MIMO出现了频谱和能量效率提升的瓶颈问题。通过将大规模基站天线分布式配置在小区内，由此形成大规模分布式MIMO，可以结合大规模MIMO和分布式天线两种技术的优点，在实现下一代通信系统不断增长的需求方面具有巨大的潜力，因此受到了业界的广泛关注。本项目将开展导频污染下大规模分布式MIMO无线传输理论和技术研究，以基础理论为出发点，运用信息论，对大规模分布式MIMO蜂窝系统的频谱效率和能量效率进行理论分析，揭示出系统参数和信道参数对系统性能的影响，基于天线分布式放置的特性，利用空间维度信息解决系统下行预编码和上行联合接收的复杂性问题、导频污染问题和小区间干扰问题，积极为我国未来移动通信系统提供理论基础和技术支撑。

大规模分布式MIMO，可以结合大规模MIMO和分布式天线两种技术的优点，在实现下一代通信系统不断增长的需求方面具有巨大的潜力，因此受到了业界的广泛关注。本项目开展了导频污染下大规模分布式MIMO无线传输理论与技术研究，在所涉及的频谱和能量效率性能分析与优化、低复杂度的传输理论与方法、信道信息获取理论和方法等方面取得重要研究进展，为我国未来移动通信系统的发展提供了相关的理论基础和技术支撑。. 围绕项目申请书中的研究内容，我们在各个研究方向上分别取得了有用的理论结果和/或有效的解决方案，同时取得了一系列论文、专利等研究成果，超额完成了合同中规定的各项计划内容。项目取得的主要研究进展如下：. 1) 突破了导频污染下大规模分布式MIMO系统的频谱效率理论，推导出频谱效率和误符号率的闭合表达式，揭示出系统参数和信道参数对系统性能的影响；. 2) 首次给出综合考虑导频污染、相位噪声和多普勒频移等信道损伤的联合信道模型，推导出信道损伤下系统频谱效率的闭合紧界，研究了信道损伤对系统性能的影响及其渐进性能； . 3) 基于更适合的功率损耗模型，考虑更实际的限制条件，分析并优化了大规模分布式MIMO系统的能量效率；. 4) 首次提出了双向动态通信网络的概念，通过分配上下行天线资源解决了上下行业务不对称的问题；. 5) 利用波束成形训练机制解决了用户端信道状态信息获取困难的问题，提出了导频优化分配方案，并提出了低复杂度的信道互易性校准方法，提高信道估计的准确性；. 6) 提出了低复杂度的大规模分布式MIMO系统的传输理论和方法，并基于这些技术，参与构建了大规模分布式MIMO系统的试验验证平台，对系统进行了试验验证。.受项目资助，发表国际期刊和会议论文共27篇，其中SCI检索论文17篇，EI检索论文10篇，申请国家发明专利7项。其中第一作者和通信作者发表SCI论文9篇。