大规模MIMO导频污染问题研究

发布时间：2017-04-27 05:09

  本文关键词：大规模MIMO导频污染问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术是保证功率有效性基础下可以极大提高频谱效率的关键技术。在目前4G系统中,MU-MIMO(Multi-User MIMO)和协作MU-MIMO受限于信道信息获取和基站间信息交互的瓶颈,影响了频谱和功率效率的提升。大规模MIMO系统在基站侧配置足够多的天线,在同一时频资源上为多个用户服务。随着基站天线个数趋于无穷大,多用户信道趋于正交,高斯噪声以及互不相关的小区间干扰消失,用户发送功率可以任意低,单个用户的容量仅受限于其它小区中采用相同导频序列的用户干扰(即导频污染,Pilot Contamination)。在大规模MIMO系统中,随着基站天线数的增加,导频污染成为限制大规模MIMO系统容量的主要因素。这是系统设计最严峻的挑战。一方面,导频污染降低了上行信道估计的精确度,从而影响了下行预编码的性能。另一方面,实际系统中,基站天线个数不可能无限增加,相邻小区,特别是小区边界用户的干扰,也极大地限制了系统性能。本文利用不同场景下导频的特点,提出新的导频设计及导频分配方案来提升大规模MIMO系统的性能。主要的工作和成果如下:1)分析导频污染原因,相邻小区用户导频复用使得采用同一组导频的信号彼此干扰,干扰同质,无法区分。本文提出了一种基于伪随机码的导频设计方案,通过分配不同相位伪随机序列给不同的小区用户导频进行加扰,使得相邻小区用户采用的同一组导频产生一定的非相关性,从而抑制了导频污染。本文还推导了导频设计方案下期望信道估计均方误差公式,分析了提出的导频设计方案对信道估计均方误差性能的影响。数值仿真结果表明,基于伪随机序列的导频设计方案复杂度很低,并且能有效提高系统下行传输容量,大幅降低导频污染的影响。2)分析系统下行信号干扰噪声比公式,当基站天线数趋于无穷大时,影响系统下行链路性能的主要因素是信道的大尺度衰落。针对不同用户与基站之间的大尺度衰落系数不同以及相邻小区边界用户干扰强于其他用户的特点,在所有小区用户复用同一组正交导频的情况下,提出了一种基于信号干扰强度差的动态导频分配算法,理论分析结果表明,该导频分配算法能使系统下行平均信号干扰噪声比趋于最优。此外,在导频资源充裕的前提下研究了该导频设计算法在存在额外正交导频组时所能带来的增益。数值仿真结果表明,本文所提的动态导频分配能有效提升大规模MIMO系统下行链路的性能。
【关键词】：大规模MIMO 导频污染 伪随机码 导频设计 导频分配
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 无线移动通信的演进10-11
• 1.2 无线通信MIMO技术的发展背景及意义11-12
• 1.3 大规模MIMO系统导频污染研究现状12-15
• 1.3.1 基于信道估计的导频污染研究现状13-14
• 1.3.2 基于预编码技术的导频污染研究现状14-15
• 1.3.3 基于导频设计的导频污染研究现状15
• 1.4 论文结构安排15-17
• 第2章 大规模MIMO信道估计及导频污染概述17-28
• 2.1 信道状态信息的获取17-20
• 2.1.1 瞬时信道状态信息17-18
• 2.1.2 统计信道状态信息18-19
• 2.1.3 基于MMSE的信道估计技术19-20
• 2.2 预编码技术20-23
• 2.2.1 大规模MIMO系统预编码技术20-21
• 2.2.2 基于ZF的预编码技术21-23
• 2.3 导频污染23-26
• 2.3.1 导频污染产生的原因分析23-24
• 2.3.2 导频污染的影响因素分析24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 大规模MIMO系统中基于伪随机码的导频设计28-41
• 3.1 通信系统模型28-30
• 3.1.1 上行链路28-29
• 3.1.2 下行链路29-30
• 3.2 导频设计方案30-35
• 3.2.1 伪随机码简介30-31
• 3.2.2 基于伪随机码的导频设计31-35
• 3.3 基于信道估计MSE的性能分析35-37
• 3.4 仿真结果与分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 大规模MIMO系统中动态导频分配41-55
• 4.1 通信系统模型41-43
• 4.1.2 上行链路42
• 4.1.3 下行链路42-43
• 4.2 导频分配43-50
• 4.2.1 导频分配方案44-48
• 4.2.2 性能分析48-49
• 4.2.3 基于额外正交导频组的导频分配49-50
• 4.3 仿真结果与分析50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 全文总结55-56
• 5.2 未来展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录63

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