大規(guī)模MIMO系統(tǒng)預編碼算法和導頻污染問題研究.pdf

1、大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)使用大量的天線，無需增加系統(tǒng)帶寬，就能顯著增加系統(tǒng)的容量和信道的可靠性，但同時也引入了用戶間的干擾。在系統(tǒng)下行信道中，發(fā)射端采用預編碼技術不僅有效降低用戶間的干擾，提高系統(tǒng)的頻譜效率，而且能夠降低用戶端接收機的復雜度，減少其功耗。在系統(tǒng)的上行信道中，基站根據(jù)導頻信號進行信道估計，但接收到的導頻信號中包含來自其他用戶的信號干擾，受到污染的信道估計使得系統(tǒng)性能不隨天線數(shù)的增加而大幅提高。所以，預編碼技術和導

2、頻污染的消除方法具有很高的研究意義和應用前景。
　　本文先建立大規(guī)模MIMO TDD系統(tǒng)模型，考慮信號傳輸過程中的大、小尺度衰落因子，對常見的匹配濾波（MF）、迫零（ZF）、規(guī)范化迫零（RZF）、最小均方誤差（MMSE）預編碼算法進行誤碼率性能的仿真和比較。結(jié)果表明，MF的誤碼率較高，而且隨信噪比（SNR）變化比較平緩；ZF僅能消除用戶間干擾，性能一般；RZF同時考慮信道噪聲和用戶間干擾，性能較優(yōu)；MMSE將接收信號與原信號之間的

3、均方誤差控制在最小，其誤碼率最低，性能最佳。
　　接著，在單小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中分析了信道相干系數(shù)與基站天線數(shù)目的關系，比較了ZF和MMSE算法的系統(tǒng)可達速率。仿真結(jié)果顯示，信道的相干性直接影響了系統(tǒng)性能，而且在基站天線數(shù)不超過8時，信道相干系數(shù)會隨著天線數(shù)的增加顯著降低，相應的系統(tǒng)可達速率也會明顯增加。在多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，建立基站間的共享網(wǎng)絡，減少基站交換信道狀態(tài)信息的開銷。根據(jù)預編碼矩陣歸一化方式的不同，研究MF

4、和ZF算法的信干噪比和系統(tǒng)可達容量。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用向量歸一化方式的ZF算法性能優(yōu)于矩陣歸一化的ZF算法；且高SNR時，ZF算法性能較佳，低SNR時，MF算法性能較佳。
　　在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的同步發(fā)射導頻方案所需要的導頻序列也逐漸增加，系統(tǒng)內(nèi)其他用戶的導頻信號干擾對系統(tǒng)性能也造成了很大的影響；本文研究了一種新的異步發(fā)射導頻方案，在重復利用導頻資源的同時，還消除了系統(tǒng)中大部分的導頻污染和信號干擾，明顯提高了系統(tǒng)可達速率