Massive MIMO系統(tǒng)中面向公平的導(dǎo)頻分配方案研究.pdf

1、Massive MIMO巨大的陣列增益可以有效地提升多用戶系統(tǒng)中單個用戶的信噪比(SNR)，使得通信系統(tǒng)的信道容量和頻譜效率得到極大地提升。Massive MIMO也因此被公認(rèn)為第五代移動通信(5G)的關(guān)鍵技術(shù)之一?？紤]Massive MIMO系統(tǒng)典型的TDD通信場景中，用于信道訓(xùn)練的正交導(dǎo)頻數(shù)目是有限的，因此，隨著用戶數(shù)的快速增加，導(dǎo)頻在小區(qū)間復(fù)用不可避免，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的小區(qū)間干擾，即，導(dǎo)頻污染。研究表明，導(dǎo)頻污染構(gòu)成了制約Mass

2、ive MIMO系統(tǒng)性能的主要瓶頸。考慮到由導(dǎo)頻污染造成的用戶最小信干噪比(SINR)往往不能滿足基本的通信需求，本文基于max-min公平性準(zhǔn)則，提出Massive MIMO系統(tǒng)中面向公平的導(dǎo)頻分配方案，通過最大化用戶最小SINR，提升用戶間的公平性，進而緩解導(dǎo)頻污染。
　　首先，本文研究了用戶SINR和導(dǎo)頻分配的關(guān)系。通過引入導(dǎo)頻選擇矩陣，分別推導(dǎo)了上行和下行用戶SINR的漸近表達式。研究表明，用戶上行SINR依賴于各導(dǎo)頻選擇

3、矩陣之間的相關(guān)性，而用戶下行SINR與具體的導(dǎo)頻分配并不存在依賴關(guān)系。然后，基于用戶上行SINR的漸近表達式以及max-min公平準(zhǔn)則，分別對面向目標(biāo)小區(qū)用戶公平和面向全局用戶公平的導(dǎo)頻分配問題進行建模，最終將導(dǎo)頻分配問題轉(zhuǎn)化為導(dǎo)頻選擇矩陣的優(yōu)化問題。
　　其次，考慮目標(biāo)小區(qū)用戶導(dǎo)頻分配的公平性問題，本文提出了三種導(dǎo)頻分配方案:中心式導(dǎo)頻分配方案(CPA)、基于大尺度衰落的導(dǎo)頻分配方案(DPA)以及基于用戶位置信息的導(dǎo)頻分配方案(

4、LPA)。其中，CPA通過等效轉(zhuǎn)換，把原問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)問題，進而可以采用優(yōu)化軟件求解;DPA和LPA分別基于大尺度衰落和用戶位置信息給出用戶受干擾強弱的判定方法，進而采用貪婪策略，以受干擾程度越強的用戶在導(dǎo)頻分配中具有越高的優(yōu)先權(quán)為準(zhǔn)則，進行導(dǎo)頻分配。仿真結(jié)果表明，CPA提供了面向目標(biāo)小區(qū)用戶公平問題的最優(yōu)解，并且具有較高的求解效率;DPA提供了近似最優(yōu)解，同時，進一步降低了算法復(fù)雜度和系統(tǒng)復(fù)雜度;LPA僅在用戶

5、位置信息已知的情況下，實現(xiàn)用戶最小SINR性能的提升，在陰影效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差較小的情況下，其性能可以與DPA相比擬。
　　最后，考慮所有小區(qū)用戶導(dǎo)頻分配的公平性問題，本文提出了面向全局用戶公平的導(dǎo)頻分配方案(GPA)。首先，將面向全局用戶公平的導(dǎo)頻分配問題分解為若干子問題，進而借鑒CPA中問題等效轉(zhuǎn)化的方法，將子問題轉(zhuǎn)化為MILP問題;然后，通過循環(huán)迭代的方式求解各個子問題，最終獲得原問題的解。研究表明，面向全局用戶公平導(dǎo)頻分配問題的優(yōu)