大規(guī)模MIMO通信系統(tǒng)中導(dǎo)頻分配策略研究.pdf

1、伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)不斷創(chuàng)新，寬帶信息服務(wù)已經(jīng)延展到移動(dòng)終端，以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)已逐漸演變成向移動(dòng)用戶(hù)提供視頻傳輸、無(wú)線因特網(wǎng)服務(wù)的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)。最新投入使用的第四代(4G，4th Generation)移動(dòng)通信技術(shù)，其峰值傳輸速率可以達(dá)到每秒千兆比特。但是，隨著移動(dòng)新業(yè)務(wù)及智能終端的日益普及，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。截至2020年，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量將達(dá)到目前系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)量的一千倍，屆時(shí)4G移動(dòng)通

2、信系統(tǒng)將無(wú)法承載這種急劇增長(zhǎng)的通信業(yè)務(wù)需求。與此同時(shí)，頻帶資源緊缺的現(xiàn)狀也更為嚴(yán)峻，而授權(quán)頻譜并未得到充分的利用，頻譜資源的供需矛盾日益突顯。為了有效解決上述問(wèn)題，不增加傳輸帶寬和發(fā)射功率便可大幅提升系統(tǒng)傳輸速率和系統(tǒng)容量的多輸入多輸出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。MIMO技術(shù)突破了傳統(tǒng)理論對(duì)收發(fā)端天線數(shù)量的限制，在發(fā)射端和接收端均安裝多根天線，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)傳輸來(lái)提高功率效率和頻

3、譜效率。然而，在目前典型天線節(jié)點(diǎn)配置的情況下，MIMO技術(shù)的性能受到很大的限制。例如，考慮實(shí)際配置的天線數(shù)目有限、接收端信道間干擾(ICI，Inter Channel Interference)問(wèn)題等，將會(huì)導(dǎo)致非理想信道條件下其性能的大幅下降。為此，人們進(jìn)一步提出了大規(guī)模MIMO(Large MIMO)的概念，其用大規(guī)模天線陣列代替目前采用的多天線以充分利用空間自由度來(lái)形成多條射頻鏈路，進(jìn)而解決未來(lái)移動(dòng)通信面臨的頻效和能效問(wèn)題。

4、　　大規(guī)模MIMO技術(shù)是傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的延伸和擴(kuò)展，其基本特征是基站裝置數(shù)十乃至數(shù)百根天線形成天線陣列，基站覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)用戶(hù)利用天線陣列提供的并行傳輸鏈路，在同一時(shí)頻資源上同時(shí)與基站進(jìn)行通信。雖然大規(guī)模MIMO技術(shù)是應(yīng)對(duì)未來(lái)通信瓶頸的重要手段，但其相關(guān)研究仍處在起步階段。符合實(shí)際的信道模型、適度的導(dǎo)頻開(kāi)銷(xiāo)及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等問(wèn)題亟需深入研究解決。時(shí)分雙工(TDD，Time Division Duplexing)模式的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)上

5、行傳輸時(shí)，用戶(hù)向基站發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，基站利用接收的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)。由于導(dǎo)頻數(shù)量有限，用戶(hù)數(shù)目越來(lái)越多，相鄰小區(qū)用戶(hù)發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)難以完全正交，信道估計(jì)不可避免的受到相鄰小區(qū)使用相同導(dǎo)頻用戶(hù)的干擾，這就是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻污染，也是其瓶頸問(wèn)題之一。
　　本文以緩解大規(guī)模MIMO導(dǎo)頻污染影響為著眼點(diǎn)，以提高系統(tǒng)和速率為目標(biāo)，提出了兩種新的基于智能優(yōu)化算法的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)導(dǎo)頻分配方案，它們主要利用了人工智能領(lǐng)域的兩種性能

6、優(yōu)異的優(yōu)化算法，即遺傳算法(GeA，GeneticAlgorithm)與人工魚(yú)群算法(AFSA，Artificial Fish Swarm Algorithm)，這兩種啟發(fā)式算法通常被用來(lái)解決優(yōu)化問(wèn)題?；谏鲜鏊惴ǖ膬煞N導(dǎo)頻分配方案可以充分利用其優(yōu)化算法的自身特性，突破局部最優(yōu)解的限制，同時(shí)能以較低的算法復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)各小區(qū)用戶(hù)和速率的最大化，并最大限度地減輕導(dǎo)頻污染對(duì)系統(tǒng)性能的影響。論文通過(guò)仿真與分析發(fā)現(xiàn)，基于AFSA和GeA的導(dǎo)頻分配方