大规模天线系统中线性解码方法及其性能的研究

【摘要】为了满足各种应用的高速率传输的要求,人们迫切需要一个高速率的无线通信系统,例如MIMO系统。但是由于无线信道十分复杂,加上一些未知的干扰,严重地妨碍了信号的正确接收,因此接收端对信号的解码性能直接关系到整个系统通信的质量。极大似然解码是最佳的解码方法,可是对于天线数量很大的多天线系统,这种解码方法有着非常高的计算复杂度,应用十分受限制,这样,找到一种具有较低解码复杂度和较好解码性能的解码方法变得尤为重要,从而线性解码方法如迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)吸引了人们的注意力。尽管这些线性解码方法很经典,人们已经对此进行了大量的研究,但是在新的应用环境下去研究这些解码方法的一些新的特性依然是一件很有意义的事情。最近,一些关于ZF解码和MMSE解码性能分析的研究工作正在展开。针对单小区多天线上行系统,小区装备有M根天线的基站和K个用户,每个用户装备-根天线,本论文研究了ZF和MMSE解码方法的性能。对于这样的一个系统,已有的研究成果大多集中在渐近特性的分析。本论文在给定参数M,K和有限信噪比ρ条件下推导了ML、ZF、MMSE解码方法的成对错误概率的上界,下界和近似估计公式。得到的结论表明：ZF解码和MMSE解码的分集度都是M-K+1,但MMSE解码的解码性能要略优于ZF解码,本文得到了MMSE解码相对于ZF解码的dB增益的计算表达式。最后,仿真验证了所得到的结论。针对有L个小区的多小区多天线上行系统,假定此系统中每个小区有一个装备有M根天线的基站和K个单天线的用户,本论文推导了ZF和MMSE解码方法的成对错误概率的上界、下界和近似公式。这些结果表明：如果基站只知道到本小区用户的信道状态信息而不知道其他小区内用户的信道状态信息,会出现错误平层(errorfloor),也就是说,即使信噪比趋于无穷大,两种解码方法的错误概率也不会降为零。但是有意义的是,随着基站天线数的增大,这个错误平层会消失。这个结论鼓励我们考虑和研究基站装备有很多天线的大规模多天线系统。本论文的最后一个结论是假定基站等效接收信噪比分配比例为M,并且基站天线趋于无穷大,则当且仅当0<α<1时,ZF解码和MMSE解码的错误概率才会趋向于零。这样,当α=1时,存在错误平层,即错误概率不会趋于零,这个结论纠正了已有文章中的结果。最后,仿真验证了上述的结论。
【作者】陈瑞明；
【导师】王海泉；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】ZF；MMSE；大规模MIMO；上行；多用户MIMO；成对错误概率；

【参考文献】
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