大規(guī)模MIMO組網(wǎng)場(chǎng)景中的JSDM用戶分組技術(shù)研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)從誕生開始，就因其可以增加空間自由度，提升移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能增益而備受關(guān)注。然而，隨著智能終端及其應(yīng)用的快速發(fā)展，海量的聯(lián)網(wǎng)終端所產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)造成了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)MIMO技術(shù)已逐漸無法滿足需求。大規(guī)模MIMO技術(shù)作為傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的延伸，在繼承了傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以外，還極大地提高了系統(tǒng)的頻譜效率，顯著地降低了能源消耗、硬件成本以及空口延遲等等，成為下一代無線蜂窩通訊系統(tǒng)的熱

2、門候選技術(shù)之一。但是，目前大規(guī)模MIMO技術(shù)的實(shí)用性較差，仍然有許多問題亟需解決。其中，隨著天線數(shù)目與用戶數(shù)目的增加，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)所需的下行訓(xùn)練與反饋的開銷也將劇增。如何減少這些開銷，是大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)走向?qū)嵱檬滓鉀Q的問題。
　　聯(lián)合空分復(fù)用(JSDM)下行傳輸方案的主要思想是利用信道的空間相關(guān)性對(duì)各小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行分組，然后對(duì)各用戶組分別進(jìn)行兩級(jí)的混合預(yù)編碼，能夠有效地減少頻分雙工(FDD)模式下的大

3、規(guī)模MIMO系統(tǒng)在進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)的開銷。其中，用戶分組是實(shí)施JSDM方案的第一步，且傳統(tǒng)JSDM方案是在單小區(qū)場(chǎng)景中進(jìn)行的，所以本文將著重研究多小區(qū)場(chǎng)景中的JSDM用戶分組技術(shù)與干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。在已有的JSDM用戶分組算法中，K-means分組算法因簡單、有效而使用廣泛，但是該算法采用隨機(jī)選取初始用戶組中心點(diǎn)，這對(duì)最終的分組結(jié)果影響很大，容易產(chǎn)生局部最優(yōu)解。針對(duì)此缺陷，本論文提出一種改進(jìn)的K-means用戶分組算法，采用最大距離法選取初始

4、中心值，并使用加權(quán)似然準(zhǔn)則替換原算法中的歐式距離準(zhǔn)則對(duì)用戶的差異性進(jìn)行度量。在經(jīng)過多次迭代后，算法收斂，用戶可被充分分組。但是，在多小區(qū)場(chǎng)景中，該改進(jìn)的用戶分組算法無法消除或抑制小區(qū)間干擾。所以，本文后續(xù)又提出了一種多小區(qū)下的JSDM干擾協(xié)調(diào)方案。該方案在JSDM技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用了信道的零空間預(yù)編碼設(shè)計(jì)原理，將蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)用戶的有效信號(hào)投射到其余全部用戶的信道零空間中，繼而可以有效抑制多小區(qū)間干擾。
　　通過修改已有的長期

5、演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)仿真平臺(tái)，對(duì)本論文所提出的改進(jìn)用戶分組算法及零空間干擾協(xié)調(diào)方案的性能進(jìn)行了全面驗(yàn)證和深入分析。仿真結(jié)果表明，在大規(guī)模MIMO組網(wǎng)場(chǎng)景中，改進(jìn)的JSDM分組算法能夠有效地解決由傳統(tǒng)K-means算法隨機(jī)初始化導(dǎo)致的局部最優(yōu)解問題，使得用戶分組更為徹底，JSDM下行傳輸方案的性能提升了近20％。此外，基于JSDM方案的零空間干擾協(xié)調(diào)方法有效地抑制多小區(qū)間的干擾，從而小區(qū)邊緣5％頻譜效率和系統(tǒng)的總體吞吐率最高均能提升2.2倍