大规模多天线系统干扰抑制技术研究

发布时间：2020-03-29 02:31

【摘要】：面对数据流量的爆炸式增长、用户规模的急剧增加,未来移动通信系统在系统容量、链路传输峰值速率和时延等方面提出了更高的要求,系统构建也将面临着更大的挑战。多天线技术由于能有效提升数据传输速率和频谱效率,成为近年来研究的热点。随着移动通信从第四代(the Fourth Generation,4G)移动通信系统发展到第五代(the Fifth Generation,5G)移动通信系统,天线数量急剧增多,大规模多输入多输出(Massive Multiple-Input Multiple-Output,Massive MIMO)技术能够在传统多天线技术的基础上,进一步满足系统容量及通信质量,被认为是5G移动通信最有潜力的物理层关键技术之一。然而大量研究表明,随着Massive MIMO天线数量的增多,导频污染将更加严重,特别是当天线数量趋于无穷时,导频污染是Massive MIMO系统性能的主要制约因素。因此,本文重点关注了 Massive MIMO系统中的导频污染问题,针对Massive MIMO系统中的导频污染抑制问题,本文主要研究内容如下:(1)考虑通过减少导频序列的复用次数抑制导频污染,本文提出了一种Massive MIMO系统中基于导频复用系数的动态导频分配方案。该方案基于小区半径系数,将小区划分为中心区域及边缘区域,引入导频复用系数的概念以标识当前小区内每个导频的使用次数。为目标小区分配导频序列时,系统根据动态变化的导频复用系数调整分配方案,尽量减少导频复用次数,以此降低导频污染。仿真结果表明,该方案可以提高系统的上行可达速率,且增益随着天线数量的增多越发明显,更适用于Massive MIMO系统。(2)考虑从空域角度减轻导频污染,利用信号来波方向(Direction of Arrival,DOA)区分目标用户与千扰用户,实现导频污染抑制。为了准确估计信号的DOA,本文提出了一种基于预测迭代搜索的DOA估计算法。该算法结合空域波束赋型的思想,考虑到目标用户的DOA在空间维度上呈稀疏分布,算法采用基于压缩感知的预测迭代搜索估计算法对目标用户的DOA进行估计,并将该DOA引入到信道估计模型中,利用匹配滤波原理尽量保留目标信号,抑制干扰信号。仿真结果表明该算法可以提高目标用户的增益,降低导频污染,并且随着天线数量的增加,算法增益有所提升,在用户运动场景下,所提算法的运行时间大约是传统算法的20%,算法复杂度显著下降。(3)考虑到可以通过降低干扰用户发射功率的方式抑制导频污染,本文提出了一种利用功率控制降低Massive MIMO导频污染的方案。将非合作博弈Koskie-Gajic(K-G)功率控制算法与前面提出的预测迭代搜索DOA估计算法相结合,在相同的链路传输效果下,通过降低用户的发射功率减少干扰用户产生的导频污染。仿真结果表明K-G算法可以使用更低的发射功率达到与平均功率算法相同的传输效果,结合后的算法可以有效抑制导频污染,获得更高的目标用户增益。
【图文】：

会占用更多的通信资源，降低系统的整体能效。逡逑目前对导频序列的分配方案大多是基于图论中的着色理论进行研宄，基本的逡逑分配原理如下图２－１所示［６４］。系统内小区被划分为三组，不同组之间使用不同的逡逑时隙划分方式，当一个小区组在传输导频序列时，其他两个小区组传输下行数据逡逑或基站处理数据，，通过这样的方式制造出更多相互正交的导频序列。但是这种方逡逑法严重限制了导频序列的长度，使得每个小区可以服务的用户变得很少，造成系逡逑统性能的大幅度下降，并不是非常适用于Ｍａｓｓｉｖｅ邋ＭＩＭＯ系统。逡逑／逦＾二二二＾逦Ｖｇｖｏ＾Ｐ邋Ｈ邋导频丨逦下行数据逦丨邋上行数据—逡逑４逦｝逡逑Ｙｒ＾；：＞＞／４＾＾Ｇｒｏｕｐ邋２逦下行数据丨导频｜下行数据｜逦上行数据逡逑／ｔｍ＂一一一＼逦逦逦逦逡逑Ｖ——－７逦ＶＦｒ－－／邋．邋Ｊ邋下行数据邋｜导频｜￣￣上行数据＾逡逑＼１｜邋１邋１／逦＼｜邋１邋Ｉ邋！邋／邋＿ＱＴ0＾邋’逡逑＼｜邋１１１／逡逑图２－１时隙分割导频复用图逡逑在此基础上，研宄人员针对ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ系统的特性，提出了一系列导频逡逑分配方案。文献［６５］中，在相邻小区间，根据导频复用次数使用正交导频子集，逡逑将所需子集个数与每个小区内的用户数进行联合优化，使得整体频谱效率最大；逡逑文献［６６］中提出了一种导频序列部分复用的算法

逦北京邮电大学工程硕士学位论文逦逡逑系统能同时服务的用户数就越少，降低了系统的整体容量。逡逑根据以上分析，下面提出基于导频复用系数的动态导频分配方案。逡逑（１）小区区域划分：按照中区区域半径与小区半径之比ｒ（ｏ＜ｒ＜：0将系统逡逑内的每个小区划分为一个中心区域（Ｃｅｎｔｅｒ邋ｚｏｎｅ，ＣＺ）和三个边缘区域（Ｅｄｇｅ逡逑ｚｏｎｅ，邋ＥＺ）；边缘区域根据每个区域用户数量从多到少划分为边缘区域１邋（Ｅｄｇｅ逡逑ｚｏｎｅ邋１，ＥＺ１），边缘区域２邋（Ｅｄｇｅｚｏｎｅ２，邋ＥＺ２）和边缘区域３邋（Ｅｄｇｅｚｏｎｅ３，邋ＥＺ３）。逡逑每个区域对应的用户数量可以表示为％，ｔ／３，且有尤＝％邋＋邋ｑ＋ｉ７２＋Ｃ／３。逡逑（２）导频序列划分：系统内小区共用一套包含彳个正交导频序列的导频集逡逑合Ｓ，邋Ｓ可以表示为Ｓ邋＝邋［Ｓｌ，ｓ２．．．．．。根据ｒ的取值，将导频序列分为中心导频序列逡逑子集（ＣｅｎｔｅｒＳｐｅｃｉｆｉｃＰｉｌｏｔＳｕｂｓｅｔ，ＣＳＰＳ），记为Ｓｅ，和边缘导频序列子集（Ｅｄｇｅ逡逑Ｓｈａｒｅｄ邋Ｐｉｌｏｔ邋Ｓｕｂｓｅｔ，邋ＥＳＰＳ），记为Ｉ。用户分组及导频分组图如下２－２所示。逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5

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本文编号：2605295