Achieving high bit rates is the main goal of wireless technologies like 5G and beyond. This translates to obtaining high spectral efficiencies using large number of antennas at the transmitter and receiver (single user massive multiple input multiple output or SU-MMIMO). It is possible to have a large number of antennas in the mobile handset at mm-wave frequencies in the range $30 - 300$ GHz due to the small antenna size. In this work, we investigate the bit-error-rate (BER) performance of SU-MMIMO in two scenarios (a) using serially concatenated turbo code (SCTC) in uncorrelated channel and (b) parallel concatenated turbo code (PCTC) in correlated channel. Computer simulation results indicate that the BER is quite insensitive to re-transmissions and wide variations in the number of transmit and receive antennas. Moreover, we have obtained a BER of $10^{-5}$ at an average signal-to-interference plus noise ratio (SINR) per bit of just 1.25 dB with 512 transmit and receive antennas ($512\times 512$ SU-MMIMO system) with a spectral efficiency of 256 bits/transmission or 256 bits/sec/Hz in an uncorrelated channel. Similar BER results have been obtained for SU-MMIMO using PCTC in correlated channel. A semi-analytic approach to estimating the BER of a turbo code has been derived.


翻译:实现高比特率是5G及未来无线技术的主要目标。这意味着需要利用发射端和接收端的大规模天线阵列来获取高频谱效率(即单用户大规模多输入多输出系统,SU-MMIMO)。在毫米波频段(30-300 GHz范围内),由于天线尺寸较小,移动终端可以配置大量天线。本研究探讨了SU-MMIMO在两种场景下的误比特率(BER)性能:(a) 非相关信道中采用串行级联Turbo码(SCTC),(b) 相关信道中采用并行级联Turbo码(PCTC)。计算机仿真结果表明,误比特率对重传机制及收发天线数量的剧烈变化具有高度鲁棒性。此外,在非相关信道中,采用512×512收发天线(即512×512 SU-MMIMO系统)时,当每比特平均信号与干扰加噪声比(SINR)仅为1.25 dB时即可实现10^{-5}的误比特率,频谱效率达到256比特/传输(即256比特/秒/赫兹)。对于相关信道中采用PCTC的SU-MMIMO系统,也得到了类似的误比特率结果。本文还推导了一种用于Turbo码误比特率估计的半解析方法。

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