大規(guī)模天線系統(tǒng)中的導頻污染抑制方案研究.pdf

1、大規(guī)模天線(Massive Multiple Input and Multiple Output，massive MIMO)技術作為第五代移動通信(The Fifth Generation of Wireless Communications，5G)的關鍵使能技術之一，在近年來成為研究熱點。蜂窩通信系統(tǒng)中應用大規(guī)模天線技術，在基站(Base Station，BS)配備成百上千根天線實現(xiàn)較窄的波束賦形，不僅可以提高接收信號強度，也可以允許

2、多個用戶(User Equipment，UE)之間的時間復用和頻率復用，因此可以很大程度提高通信系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率。為了實現(xiàn)精確的波束賦形，發(fā)射機需要完美信道狀態(tài)信息(Channel State Information，CSI)。在時分雙工(Time Division Duplexing，TDD)的工作模式下，用戶發(fā)送正交導頻序列基站側進行信道估計是獲取信道狀態(tài)信息最有效的方式。由于正交導頻序列數(shù)目受相干時間長度限制，難以滿足系統(tǒng)

3、中用戶數(shù)目越來越大的需求，用戶之間難免要進行導頻復用，引起了信道估計的干擾，也就是導頻污染問題，成為限制massive MIMO系統(tǒng)性能優(yōu)勢的主要瓶頸性因素之一。本文針對多用戶多小區(qū)massive MIMO系統(tǒng)中的導頻污染問題，主要研究了導頻分配(Pilot Allocation，PA)和導頻污染預編碼(Pilot Contamination Precoding，PCP)的聯(lián)合設計以及動態(tài)的導頻分配算法設計。主要工作和創(chuàng)新點如下:

4、>　　首先，對massive MIMO系統(tǒng)中的信號模型進行了分析，推導了系統(tǒng)中上下行鏈路信號干擾噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）的閉式表達式，并分析了導頻污染對于系統(tǒng)性能的具體影響，同時分別分析了導頻污染預編碼和導頻分配對于系統(tǒng)性能的影響。
　　其次，提出一種導頻分配和導頻污染預編碼聯(lián)合設計的算法。導頻污染預編碼技術指的是在下行傳輸之前，對用戶數(shù)據(jù)做預處理，以減小導

5、頻污染的影響。在現(xiàn)有的關于導頻污染預編碼技術的研究之中，不同小區(qū)用戶隨機復用導頻，也就是不考慮導頻分配。研究發(fā)現(xiàn)，在采用導頻污染預編碼的系統(tǒng)之中，改變不同用戶之間的導頻復用方式，系統(tǒng)的性能也有所改變。因此為了進一步提高系統(tǒng)性能，針對導頻污染預編碼技術，本文提出了兩種基于導頻污染預編碼技術的導頻分配方案設計，分別是基于貪婪思想的算法以及基于矩陣變換的算法，首先以最大化系統(tǒng)可達速率之和為優(yōu)化目標，進行導頻分配和導頻污染預編碼聯(lián)合設計;在此基

6、礎之上，為了兼顧用戶公平性，以最大化系統(tǒng)中用戶可達速率乘積為優(yōu)化目標，旨在以更低的復雜性實現(xiàn)進一步的系統(tǒng)性能改進。
　　最后，提出了一種動態(tài)的導頻分配設計方案。傳統(tǒng)的導頻分配方案大多針對每個小區(qū)中用戶數(shù)目固定不變的場景，在實際的通信系統(tǒng)中，如果有用戶增添，則需要重新對系統(tǒng)中用戶進行導頻分配，靈活性較差，而且復雜度較高。因此，本文提出一種動態(tài)的導頻分配算法，針對系統(tǒng)中有用戶增添的情況，只改變部分用戶的導頻分配信息，以較低的復雜度代價