[发明专利]一种基于空间调制的大规模MIMO系统性能分析方法

说明书

本发明公开基于空间调制的大规模MIMO系统性能分析方法，针对基于空间调制的大规模MIMO系统，建立了该系统在发送相关的瑞利信道下的系统模型，计算了有效信噪比，并利用有效信噪比的概率密度函数，给出了系统误比特率的上界近似表达式及高信噪比条件下的渐进表达式；此外，根据渐进表达式，还推导得出了系统的分集度。经仿真验证，本发明所提出的性能分析方法可以有效地评估系统的性能。

技术领域

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的性能分析方法，尤其涉及相关信道下大规模MIMO上行链路中基于空间调制系统的误比特性能分析方法。

背景技术

大规模MIMO技术作为第五代移动通信的关键技术，与传统MIMO相比可提供更大的自由度，有着低功耗、高能效、非相干干扰较小、空间分辨率较高的特点，该技术已经得到了广泛的研究与应用。空间调制技术在每个时隙只激活一根天线用于发送信号，因此可以有效克服信道间干扰，除了天线发送的星座符号外，被激活天线的序号还可以“隐形”地传输信息，由此空间调制还有传输速率高、信道容量大的特点。

进行系统性能分析时，通常假设大规模MIMO系统中信道由大尺度衰落与小尺度衰落组成，而大尺度衰落服从对数正态分布，但是由于对数正态分布比较复杂且难以分析，因此至今在理论研究中都将大尺度衰落视为一个定值再进行分析，这显然不足以准确地描述信道特性。此外，在大规模MIMO系统的上行链路中，用户会向基站发送信息，由于在布置基站时几乎没有空间约束，因此基站的天线间可以留出足够的距离来消除相关性，而用户设备由于受到物理尺寸的限制往往无法避免空间相关的发生。由此可知，发送端的相关性是影响系统性能的重要因素，然而现有的研究中并没有解决发送相关信道下基于空间调制的大规模MIMO系统中有效信噪比服从什么概率分布的问题，也没有提出关于此系统的性能分析方案。

综上，现有研究中缺乏对大规模MIMO系统建立更严谨的信道模型，且未提出发送相关信道下基于空间调制的大规模MIMO系统的性能分析方法。

发明内容

为更准确地分析基于空间调制的大规模MIMO上行链路系统的性能，本发明完善了信道模型，并计算出发送相关时有效信噪比的概率密度函数，提供了一种推导系统误比特率的近似表达式与渐近表达式、计算系统分集度的有效方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于空间调制的大规模MIMO系统性能分析方法，它包括以下步骤：

S1、建立基于空间调制的大规模MIMO系统上行传输模型，该系统中有一个基站与K个用户，基站与用户配备的天线数分别为N_r和N_t；在每一个传输时隙，用户会利用空间调制向基站发送log₂(MN_t)比特的信号，其中，log₂N_t比特用于确定被激活的发送天线序号，log₂M比特用于选择M-QAM的星座符号；信号在发送相关的瑞利信道下传输；

S2、假设基站可获得完全信道信息，在接收到各用户发送的信号后利用迫零检测的方法对用户k的信号进行检测，并基于最大似然准则判定用户发送的信息；

S3、根据空间相关的瑞利衰落信道的性质，分别得到检测天线序号与星座符号时有效信噪比的概率密度函数(PDF)，由此得到天线序号错误的概率P_a与星座符号错误的概率P_d，以及误码率P_e的近似表达式；

S4、根据P_a和P_d的表达式，得到高信噪比下天线序号判定错误概率及星座符号判定错误概率的渐进表达式P_{a_asy}和P_{d_asy}并由S3中的计算公式得到系统误比特率渐进表达式P_{e_asy}，并利用渐进表达式计算系统的分集增益Gd。

进一步地，S1包括以下子步骤：