大规模MIMO系统下基于分层空移键控调制的新型MIMO技术研究

The CSI feedback, the computational complexity and the co-channal interference are the bottleneck problems of the future massive MIMO systems. The space shift keying modulation based MIMO techniques have the huge potential to solve these bottleneck problems and provide high speed transmission. This project proposed a layered space shift keying modulation based MIMO transmission technique, which utilizes the layered structure based SSK modulation to obtain better performance than conventional MIMO techniques under the same spectrum efficiency without the CSI at the base station. On the basis of the previous research, this project aims to further reseach the adaptive layered space shift keying modulation based MIMO techniques and the corresponding detection algorithms to maximize the spectrum efficiency, provide reliable transmission for users and reduce the computational complexity without the CSI at the base station. Through the above theoretical and algorithmic research, it is expected to provide the new idea, new theory and new methods to solve the above bottleneck problems in future massive MIMO systems. Based upon this research, it is also expected to provide the theoretical fundation and practical schemes for the application of massive MIMO in future wireless communication systems.

未来大规模MIMO系统中，信道状态信息CSI反馈、算法复杂度和同频干扰是该系统的瓶颈问题，基于空移键控调制的新型MIMO技术在提供高速数据传输的同时具有巨大潜力解决以上问题。本项目提出了一种分层空移键控调制传输的思想，该思想利用分层结构的空移键控调制可使得基站在无CSI信息时，在相同频谱效率下获得比传统MIMO技术更好的性能。在上述研究基础上，本项目还将深入研究在大规模MIMO系统下，当基站未知信道状态信息CSI时，基于自适应分层空移键控调制的MIMO技术及相应检测算法，以求在最大化频谱效率、为用户提供可靠数据传输的同时能有效抑制小区边缘同频干扰、降低发送端和接收端算法复杂度。通过以上理论和算法的研究，提供解决大规模MIMO系统下的同频干扰、CSI反馈和算法复杂度问题的新思路、新理论和新方法。通过本项目的研究，为大规模MIMO在未来无线通信系统中的应用奠定理论基础、并提供可行方案的支持。

未来大规模MIMO系统中，信道状态信息反馈、算法复杂度和同频干扰是该系统的瓶颈问题，基于空移键控（space shift keying: SSK）调制的新型MIMO技术在提供高速数据传输的同时具有巨大潜力解决以上问题。本项目组深入研究了基于空移键控调制的新型MIMO技术。通过理论和算法研究，提供了解决大规模MIMO系统下同频干扰、信道状态信息反馈和算法复杂度问题的新思路、新理论和新方法。. 本项目组首先创造性地在传统SSK系统中引入了一种分层结构进行多流传输，每一层用不同PSK（Phase shift keying）调制符号来区别不同传输层。该方法能大幅提升SSK传输的频谱效率，并且可使得基站在无CSI信息时，在相同频谱效率下获得比传统MIMO技术更好的性能，因此叫做分层空移键控（Layered space shift keying: LSSK）调制。所提出的LSSK传输机制首先在2015年以一作发表在IEEE ICC国际旗舰会议上。针对LSSK系统的最优检测——最大似然检测，本课题推导出了完整的最优检测即最大似然检测的误码率紧上界，并导出了该最优检测的松上界表达式。同时提出了基于分层联合检测（Layered-and -Joint detection，LJ）的低复杂度检测算法。由于采用了特殊的分层结构，即用不同的PSK调制符号区别不同层，因此在接收端可通过相应的分层检测来降低接收端算法复杂度。我们通过理论分析了LJ检测算法的复杂度，通过在大规模天线场景下的仿真验证了LJ算法在降低复杂度方面的有效性及性能的鲁棒性。经深入研究和扩展后，相应内容于2016年以一作发表在IEEE transactions on VT期刊上。除此之外，本项目针对多流传输的SSK系统，以及与空间分集结合的SSK系统都进行了深入研究，获得了预期结果，申请了相关专利，发表了相关高水平文章。通过本项目的研究，为大规模MIMO在未来无线通信系统中的应用奠定理论基础、并提供可行方案的支持。