大规模MIMO下基于导频分配导频污染抑制技术研究

发布时间：2021-07-28 00:57

　　大规模多输入多输出（MIMO）技术可以有效地提升无线系统容量,并且能大幅度地提高频谱利用率,成为了第五代（5G）通信系统的核心技术之一。然而,大规模MIMO通信系统中存在可用正交导频数目有限与移动用户激增之间的矛盾,使得基站进行信道估计的时候,受到复用相同导频序列用户的干扰,这一现象即为导频污染,且这种导频污染无法通过增加天线数目来消除,严重制约整个大规模MIMO通信系统的性能。合理的导频分配技术可在一定程度上减少这种导频污染,因而,本文就此角度展开相应研究,提出了通过导频协调分配来抑制导频污染的方案。本文主要研究内容如下:首先,本文从大规模MIMO技术发展背景入手,简述了现有的导频污染抑制技术,具体分析TDD传输模式下系统的上、下链路数据的传输过程,进而引出导频污染的起因以及对系统性能的不利影响。其次,本文提出了一种基于图着色的半动态导频分配算法。所提算法先基于移动用户信号与干扰加噪声比（SINR）先将各小区用户划分为小区中心用户和小区边缘用户,各小区的小区中心用户采用复用同一组导频序列的静态分配方式,而对小区边缘用户则采用基于图着色的动态分配方式。主要以最大化上行链路中的最小SIN... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

多用户MIMO系统的上链路模型

杭州电子科技大学硕士学位论文8M个天线的基站预编码数据流112...数据流2数据流KK数据流1数据流2数据流K解码解码解码CSICSICSI下行链路图2.3多用户MIMO系统的下链路模型考虑到在多小区多用户MIMO系统的上行链路中，基站接收端需要进行信号检测以及阵列信号的处理等高复杂度的算法来将不同用户发送的数据从相互叠加的信号中分离出来，而在其下行链路中，基站发送给所有用户信号在串并转换的处理之后再由多根天线转发出去，所以每一个用户接收到的是系统内所有用户的下行信号以及噪声叠加在一起的信号，这种噪声和小区间干扰严重制约了系统容量的进一步提升[38][39]，因而迫切需要寻找一种能够提高系统的频谱利用率且低耗能的可替代技术。二十世纪末，Foschini提出了大规模天线阵列代替多天线的理念[40]，在此基础上衍生了大规模MIMO通信技术，解决了上述多用户MIMO系统中存在的问题。2.2.3大规模MIMO大规模MIMO系统的上下链路模型如图2.4所示，由图可知，大规模MIMO系统与其他MIMO系统最明显的区别是其在基站侧配置的天线数目进一步增加，相较第四代通信系统的4根或者8根天线，提高了一个量级以上，可高达数百根甚至上千根[41]。正因此特点，它可以利用同一时间频域内的无线资源为系统内的多个用户提供服务，使得频谱使用的效率获得很大的提高。与此同时，大规模天线阵列携带的分集增益以及阵列增益使得小区内用户与基站之间的功率损耗大幅度降低。除此之外，大规模MIMO通信系统还有更大的信道容量，更少的能量消耗以及更为精确的空间区分度等优势。

频信号估计CSI再反馈给基站，即CSI是根据反馈信息来获取的，此过程中所需要的时间是与基站端的天线数成正比，这对于基站侧配置了大规模天线阵列的大规模MIMO系统来说是不适用的，严重局限了大规模MIMO的发展前景，并非最理想性选择。在TDD传输模式下，因信道的互易性，可以通过上发的导频序列来估计下行CSI，而上发导频序列所占用的时间与基站侧的天线数目无关，仅与并发服务的移动端的天线数目有关。所以大规模MIMO系统下一般采用TDD来进行通信[45]。文献[46]提出了一种比较适合大规模MIMO系统的TDD传输协议。其结构图如图2.5所示，在此TDD结构中，每个用户的每个相干时间都由4个部分组成，分别是：（1）上行链路中用户向本地小区基站发送数据阶段，其占用U个时间长度；（2）导频序列传输阶段，其占用V个时间长度；（3）基站根据收到的导频序列进行信道的估计获得CSI，继而根据CSI来处理（1）中用户发来的数据，其占用W个时间长度；（4）基站将处理好的数据下发给小区内各个用户，其占用X个时间长度。因而，每个相干时间长度满足：T=U+V+W+X。相干时间U上行数据传输导频传输数据处理下行数据传输TVWX图2.5时分双工（TDD）相关时间分配示意图上面分析可知，用户与基站之间的数据的接收和发送都被分部在同一频段内，但是在不


本文编号：3306875