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

1、隨著移動(dòng)無(wú)線通信業(yè)務(wù)量的迅速增加和用戶對(duì)無(wú)線應(yīng)用需求的日益增長(zhǎng)，移動(dòng)無(wú)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(diǎn)和挑戰(zhàn)，其中最大的問(wèn)題就是隨著基站天線數(shù)增加甚至趨于無(wú)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(huì)使其他用戶收到本來(lái)只應(yīng)目標(biāo)用戶收到的消息，導(dǎo)致信息泄露，引起物理層安全問(wèn)題。本文基于TDD多小區(qū)多用戶Massive MIMO系統(tǒng)模型，對(duì)此系統(tǒng)中與物理層安全相關(guān)的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:導(dǎo)頻污染消除和下行預(yù)編碼設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。這兩個(gè)研究點(diǎn)分別從上行和下行兩個(gè)角度，消除用戶間干擾，從而保證物理層安全。
　　本文設(shè)計(jì)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?yàn)镸assive MIMO系

3、統(tǒng)工作在具有信道互易性特征的時(shí)分雙工(TDD)模式下，可以通過(guò)在上行鏈路發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)的方式估計(jì)信道，先通過(guò)對(duì)上行信道估計(jì)過(guò)程的公式推導(dǎo)解釋了導(dǎo)頻污染的形成原因，然后對(duì)幾種已有的的導(dǎo)頻污染消除方案做了簡(jiǎn)要介紹，最后設(shè)計(jì)了一種小區(qū)分組加導(dǎo)頻分配的方案。此方案通過(guò)小區(qū)分組以增加一倍正交導(dǎo)頻的代價(jià)將導(dǎo)頻污染減少至原來(lái)的1/3，同時(shí)也減少了計(jì)算量。然后通過(guò)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(jìn)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(gè)小區(qū)中的用戶數(shù)，使用Matlab對(duì)系統(tǒng)的下行信道平均容量進(jìn)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(jì)了一種聯(lián)合預(yù)編碼方案。首先通過(guò)下行信號(hào)發(fā)送過(guò)程進(jìn)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(jì)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(hào)