支持稀疏射频链的广义空间调制大规模MIMO技术研究

Massive multiple-input multiple-output (MIMO) has been a class of promising transmission techniques in future wireless communications. However, the transceiver of massive MIMO desires a huge number of antennas and radio frequency (RF) chains, which introduces the drawback of high implement cost. For solving this problem, this project will do researches on generalized spatial modulation (GSM) based massive MIMO techniques with sparse RF chains, by considering the number of RF chains at the transceiver side as a new condition for system design. Firstly, through theoretical analysis, we will expose the inside connection among the number of RF chains, spectrum efficiency and transmission performance, to acquire efficient RF-chain reduction schemes. Secondly, under the limitation of the number of RF chains at the transceiver side, we will do researches on the design of efficient switching between the plentiful transceiver antennas and the sparse RF chains, so as to explore the maximum space diversity. Lastly, after the reduction of the number of RF chains, we will do researches on massive MIMO signal detection based on the theory of compressed sensing, by exploring the sparse feature of the transmit signals. The research results of this project can improve the transmission theory of generalized spatial modulation based massive MIMO techniques with sparse RF chains, so the research is with important theoretical and economical values for applying to the next generation wireless communications.

大规模MIMO已经成为未来移动通信的重要传输技术。然而，它显著增加了天线和射频链路的数量，带来了高昂的实现成本。针对上述问题，本项目将收发射频数量作为系统设计的新约束，探索支持稀疏射频链的广义空间调制传输理论和方法。首先，通过理论分析，揭示射频数量与遍历容量、可达速率、误码率性能之间的制约关系，获得可行的射频约减方案；其次，在射频数量约束下，研究大规模天线和稀疏射频间的高效切换策略，探索系统所能获得的最大空间分集增益；最后，经过射频约减之后，通过挖掘发射信号的稀疏性，研究基于压缩感知的大规模MIMO信号检测方法，提出高效的实现方案。本项目的研究可以完善支持稀疏射频链的大规模MIMO传输理论，并有望应用于未来无线通信系统，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，项目组研究了支持稀疏射频链的广义空间调制传输理论和方法，建立了广义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。共发表科研论文22篇，其中SCI检索论文18篇，申请专利5项，圆满完成了全部研究计划和考核指标。.本项目的研究侧重点如下：.(1) 射频数量约束下的系统性能优化：为了实现射频数量限制下的系统性能优化，本项目按照既定的目标，基于大规模MIMO场景，通过理论分析，推导出了收发端射频链路数量约束下，系统在衰落信道下的误码率性能和可达速率的最优界限，获得了精确的闭合解，从而得到广义空间调制射频数量、频谱效率、误码率之间的内在联系，在各种限制条件下，获得射频约减的最佳策略，从而为广义空间调制在射频约束下的各种多重优化提供了理论依据。.(2) 大规模天线和稀疏射频的切换方法：为了揭示稀疏射频链路和大规模天线之间的切换效果，探索系统所能获得的最大空间分集增益，本项目通过理论分析和仿真验证，在闭环和开环的不同约束下，提出了适用大规模MIMO信道的、具有可实现复杂度的多维星座设计和收发天线联合选择准则。.(3) 充分利用信号稀疏特性的检测方法：在射频约束和频率选择性衰落下，本项目基于大规模天线系统模型，利用广义空间调制信号和多径信道的联合稀疏特性，提出了信号快速重构算法和检测方案，形成了高效的近最大似然检测算法，并进一步结合纠错编码提出了鲁棒的软入软出迭代检测算法。