Massive MIMO系統(tǒng)中的物理層安全關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著移動無線通信業(yè)務(wù)量的迅速增加和用戶對無線應(yīng)用需求的日益增長，移動無線通信經(jīng)歷了前所未有的數(shù)據(jù)大爆發(fā)，使得5G網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展。作為5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一的大規(guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO)具有空前的頻譜利用率和能量效率，可以大幅提高系統(tǒng)容量，具有廣闊的發(fā)展前景。Massive MIMO系統(tǒng)相比現(xiàn)已研究成熟的傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)，存在許多新的特點和挑戰(zhàn)，其中最大的問題就是隨著基站天線數(shù)增加甚至趨于無窮，Massive MIMO的性能

2、受限于小區(qū)間干擾，而其原因是導(dǎo)頻污染。小區(qū)間干擾會使其他用戶收到本來只應(yīng)目標用戶收到的消息，導(dǎo)致信息泄露，引起物理層安全問題。本文基于TDD多小區(qū)多用戶Massive MIMO系統(tǒng)模型，對此系統(tǒng)中與物理層安全相關(guān)的兩個關(guān)鍵問題:導(dǎo)頻污染消除和下行預(yù)編碼設(shè)計進行了研究。這兩個研究點分別從上行和下行兩個角度，消除用戶間干擾，從而保證物理層安全。
　　本文設(shè)計了一種結(jié)合小區(qū)分組和導(dǎo)頻分配的導(dǎo)頻污染消除方案。因為Massive MIMO系

3、統(tǒng)工作在具有信道互易性特征的時分雙工(TDD)模式下，可以通過在上行鏈路發(fā)送導(dǎo)頻信號的方式估計信道，先通過對上行信道估計過程的公式推導(dǎo)解釋了導(dǎo)頻污染的形成原因，然后對幾種已有的的導(dǎo)頻污染消除方案做了簡要介紹，最后設(shè)計了一種小區(qū)分組加導(dǎo)頻分配的方案。此方案通過小區(qū)分組以增加一倍正交導(dǎo)頻的代價將導(dǎo)頻污染減少至原來的1/3，同時也減少了計算量。然后通過導(dǎo)頻分配，使用一種貪婪算法選出使得上行用戶傳輸速率最大的用戶組，進一步減少導(dǎo)頻污染。分別改變

4、用戶的分布半徑、慢衰落系數(shù)中的參數(shù)γ、每個小區(qū)中的用戶數(shù)，使用Matlab對系統(tǒng)的下行信道平均容量進行了仿真。從仿真結(jié)果可以看出，本方案有效消除了導(dǎo)頻污染，增大了下行信道平均容量，提升了系統(tǒng)性能。
　　本文還設(shè)計了一種聯(lián)合預(yù)編碼方案。首先通過下行信號發(fā)送過程進行了公式推導(dǎo)，引出了下行預(yù)編碼的概念，明確了其在消除小區(qū)間用戶干擾的重要作用，然后介紹了幾種常用線性預(yù)編碼方案，最后設(shè)計了一種基站聯(lián)合預(yù)編碼方案，一次性解決導(dǎo)頻污染和下行信號