基于空间调制的分布式多天线传输技术研究

Distributed multiple-antenna transmission technique is one of the hot research topics in future wireless communications. However, with the increase of the transceiver antenna number, the number of spatial channels increases rapidly, which will introduce heavy complexity in system design. Spatial modulation (SM) is a recently proposed novel multiple-input multiple-output (MIMO) transmission technique. In each time slot, only a few transmit antennas are active for signal transmission, which introduces lower implement complexity and is facilitate for massive distributed multiple-antenna transmission design. Therefore, this project will develop spatial modulation based distributed transmission theory and methods. Firstly, we will solve the problem of multiple-parameter joint estimation in distributed SM-MIMO, search for the pilot configuration way with improved spectrum efficiency. And we'll analyze the relationship between estimation error and system performance, and achieve the performance bound with estimation errors. Secondly, we will develop soft information based iterative receiver techniques for distributed SM-MIMO and propose near maximum likelihood detection techniques on the condition of non-ideal channel estimation. Lastly, based on spatial information theory, we will design efficient link adaptation optimization rules for distributed SM-MIMO and improve traditional link adaptation techniques including transceiver antenna selection, power control and adaptive modulation, etc. The research results of this project can improve the transmission theory of novel SM-MIMO in distributed transmission systems, so the research is with important theoretical and economical values for applying to the next generation wireless communications.

分布式多天线传输是未来无线通信的研究热点之一。然而，随着天线数量的增长，分布式系统的空域信道维度激增，系统设计复杂度非常高。而空间调制是近年来一种新型多天线传输技术，该技术在每个时隙仅激活少数发射天线，具有较低的实现复杂度，适合大规模的分布式多天线传输。 本项目将研究基于空间调制的分布式传输理论和方法。首先，研究分布式空间调制中多参数联合估计问题，寻求谱效优化的导频配置方式，并探索分布式空间调制系统性能对参数估计误差的敏感度，获取估计误差下的系统性能理论限；其次，提出分布式空间调制的软信息迭代接收机，突破非理想估计条件下的近最大似然信号检测技术；最后，基于空间信息论，设计高效的分布式空间调制链路自适应准则，优化天线选择、功率控制、比特分配等自适应策略。 本项目的研究可以完善分布式传输系统中基于空间调制的传输理论，并有望应用于下一代无线通信，具有重要的理论及经济价值。

基于本项目的科学问题和研究目标，项目组研究了分布式空间调制多天线传输理论，建立了分布式空间调制的无线通信系统框架，并按照预定计划对其中的关键技术进行了深入研究。项目组紧扣规定的科学问题和研究任务，共发表论文20 篇，其中SCI 检索期刊论文17 篇，包含IEEE Trans 系列论文6 篇。申请发明专利5 项，组织海外专家来访技术讨论会6 次，出国参加国际会议交流14 人次。通过本项目的研究建立起了一支具有高水平的科研队伍，培养了青年学术骨干以及具有创新能力的高水平硕士、博士研究生。综上所述，圆满完成了预定的研究目标和考核指标。.本项目的研究侧重点如下：.(1) 分布式空间调制中的多参数估计技术：在分布式的大规模多天线系统中，信道数量显著增长，这为时频同步和信道估计带来困难。针对这个关键问题，本项目深入研究了分布式空间调制的多参数优化估计的问题，利用空间调制信号稀疏性的特点，在满足多参数估计精度的前提下，降低了训练符号在数据中的比例以提升频谱效率。此外，本项目还理论分析了多参数估计误差对于分布式空间调制性能的影响，为接收端的训练符号分配比例和检测器选择提供理论依据。.(2) 分布式空间调制中的信号检测：本项目研究了分布式空间调制传输理论，设计了基于大规模天线数目的空间调制接收机，在接近最大似然信号检测理论界限的前提下，提出了低复杂度的解决方案。本项目研究了参数估计误差和接收端信号检测之间的关系，从而实现了在存在估计误差以及其他非理想传输条件下的分布式空间调制接收机设计。.(3)分布式空间调制中的链路自适应：本项目针对高维度的分布式多天线信道，探索了空间调制下新的链路自适应设计准则，并提出了一系列高效的关键算法，在传输速率和检测性能满足系统要求的同时，降低了链路自适应的实现复杂度，同时高效利用了系统中的收发天线、传输比特、发射功率等通信资源。