基于波束成形的Massive MIMO導頻污染抑制算法研究.pdf

1、Massive MIMO(multiple-input multiple output)技術(shù)在基站側(cè)部署大量天線，可以在同一時頻資源上同時服務大量用戶，不僅可以提高系統(tǒng)速率和可靠性，還可以降低基站發(fā)射功率，成為5G候選技術(shù)之一。Massive MIMO優(yōu)勢的實現(xiàn)依賴于準確的信道狀態(tài)信息(channel statement information，CSI)。FDD(Frequency division duplex)模式下，CSI的獲得依

2、賴用戶反饋，參考信號和用戶反饋的開銷隨著天線數(shù)目增加而不可接受。因而通常將Massive MIMO技術(shù)用于TDD(time-division duplex)模式，利用信道的互易性，根據(jù)用戶發(fā)送的上行導頻來做信道估計，獲得CSI。真實系統(tǒng)中，導頻長度有限，小區(qū)間共用一套導頻，不同小區(qū)用戶發(fā)來的非正交導頻造成導頻污染。導頻污染嚴重制約了Massive MIMO系統(tǒng)的性能。如何抑制導頻污染成為Massive MIMO系統(tǒng)亟待解決的問題。

3、>　　本文首先研究了線狀蜂窩網(wǎng)絡中的導頻污染，分析了系統(tǒng)的信道估計誤差和頻譜效率以及影響導頻污染的多種因素，包括天線數(shù)量、小區(qū)數(shù)量、導頻長度、交叉增益等。在研究面狀蜂窩網(wǎng)絡時，充分借鑒了線狀蜂窩網(wǎng)絡的結(jié)論。面狀蜂窩網(wǎng)絡中，小區(qū)數(shù)目較多，小區(qū)間共用同一套正交導頻時，導頻污染嚴重。針對這一現(xiàn)狀，本文從降低干擾和增強有用信號兩個方面尋找解決Massive MIMO系統(tǒng)中的導頻污染問題的方法。
　　在降低干擾方面，對比了兩種常用導頻污染抑

4、制算法:時隙偏移法和導頻功率控制法。研究表明這兩種方法都可以將交叉增益較大、干擾較強的小區(qū)用戶發(fā)送導頻的時隙與目標小區(qū)用戶發(fā)送導頻時隙錯開，在時域提供導頻正交性，抑制導頻污染。但在時隙偏移法中，消除導頻污染的同時引入了相鄰小區(qū)的數(shù)據(jù)干擾。而且需要頻繁修改幀結(jié)構(gòu)，不靈活，實用性低。相比而言，導頻功率控制算法不會引入其他干擾，而且只需要縮短導頻長度就可以實現(xiàn)，簡單實用。
　　在增強有用信號方面，各小區(qū)基站采用低復雜度的混合模擬/數(shù)字波

5、束賦形結(jié)構(gòu)。在模擬域，基站產(chǎn)生一系列不同方向的模擬波束，用戶通過測量選擇最佳模擬波束接入。顯然，模擬波束的設計和選擇關(guān)系到信道估計的準確性和導頻接收質(zhì)量。本文詳細設計了模擬域波束的分布模型、波束集合、最佳波束的搜索等。并提出了基于角度和幅度的插值優(yōu)化算法。插值算法基于模擬波束之間的空間相關(guān)性，在插值算法中，基站可以動態(tài)調(diào)整模擬波束，令波束更好地對準用戶，增強目標導頻的接收質(zhì)量，進一步降低導頻污染，提升系統(tǒng)性能。對解決MassiveMIM