一种基于空间调制的去蜂窝大规模MIMO系统的频谱效率性能分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115065385A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210585130.0(22)申请日2022.05.27(71)申请人南京航空航天大学地址210001江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人许锦江虞湘宾谢明峰王光英黎宁党小宇(51)Int.Cl.H04B7/0413(2017.01)H04B17/391(2015.01)H04L25/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于空间调制的去蜂窝大规模MIMO系统的频谱效率性能分析方法(57)摘要本发明公开了一种基于空间调制(SpatialModulation，SM)的去蜂窝大规模MIMO(Multiple‑inputMultiple‑output)系统的性能分析方法，系统经历瑞利信道，在接收端进行集中式迫零检测；利用互信息评估系统的频谱效率，分别在完全与不完全信道信息条件下，依据接收信号的条件概率密度函数以及迫零检测伪逆矩阵的统计特性，给出了系统总频谱效率的近似计算方法，并且该方法适用于集中式大规模MIMO对应系统的频谱效率评估；经仿真验证，本发明所提出的性能分析方法可以有效的评估该系统的频谱效率性能。CN115065385ACN115065385A权利要求书1/2页1.一种基于空间调制的去蜂窝大规模MIMO系统的频谱效率性能分析方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：建立空间调制下的去蜂窝大规模输入输出(CellfreeMassiveSM‑MIMO)系统模型，系统由用户，接入点(AccessPoint，AP)，中央处理器(Centralprocessingunit，CPU)组成，用户总数为K，用户发射天线数Nt，AP总数为L，AP接收天线数Nr，系统采用D阶正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)，用户采用空间调制发射信号，AP将接收的用户信息与上行信道信息通过前传网络传输信号到CPU，在CPU处采用迫零(ZeroForcing，ZF)合并接收，集中进行信号处理，信号在瑞利信道下传输；步骤二：根据互信息的定义，给出系统在完全信道下的频谱效率计算方法，表达式为其中EG{·}表示对信道矩阵G求期望，I(·)表示求互信息，表示对接收信号进行ZF合并后的信号中由用户k(k＝1，2...K)提供的部分，mk(mk＝1，2...Nt)表示第k位用户在某一时隙内的发送天线序号为mk，ik(ik＝1，2...D)表示发送符号的星座序号，A式为其中表示第k位用户在某一时隙内的发送天线序号为nk，mk，sik，sjk表示第k位用户在某一时隙内发送的星座符号，ik(i＝1，2...D)，jk(j＝1，2...D)表示发送符号的星座序号，表示噪声功率，βlk表示第k位用户到第l(l＝1，2...L)个AP之间的大尺度衰落系数，ρk表示第k位用户的发射功率，MOD＝(K‑1)NtmodNr，将(1)代入(3)得到系统频谱效率步骤三：基于导频传输对系统进行最小均方误差信道估计，据此可得系统用户遍历互信息的计算方法为其中式为2CN115065385A权利要求书2/2页其中表示APl和用户k之间信道估计的方差，ρd表示导频符号的发送功率，ρk＝ρd，表示估计后的噪声功率，表示平均化后的等效噪声方差；将(4)代入(6)得到不完全信道下系统频谱效率其中τp为导频序列长度，τc为相干块长度。3CN115065385A说明书1/6页一种基于空间调制的去蜂窝大规模MIMO系统的频谱效率性能分析方法技术领域：[0001]本发明涉及移动通信系统的性能分析方法，尤其涉及一种基于空间调制的大规模MIMO系统的性能分析方法，其属于移动通信领域。背景技术：[0002]去蜂窝大规模多输入多输出系统(Cell‑freeMassiveMultipleInputMultipleOutput，Cell‑freeMassiveMIMO)是分布式天线系统(Distributedantennasystem，DAS)的一个研究分支，综合了DAS和MassiveMIMO系统两者的优点[1]。相比于蜂窝网络架构下的MassiveMIMO系统，Cell‑freeMassiveMIMO消除了小区的概念，并利用大量分布的无线接入点，缩短了用户到接入点之间的距离，减小了路径损耗，保证了全区域内所有用户服务质量的均衡性[2]。空间调制(SpatialModulation，SM)技术与MIMO技术结合，空间调制下的多入多出(SM‑MIMO)系统，通过每个时隙只激活一根发射天线的方式，降低MIMO系统的收发设计的复杂度，并能够保证一定的传输速率，提高了系统的频谱效率[3]。[0003]频谱效率是通