基于波束成形的Massive MIMO導(dǎo)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(shí)頻資源上同時(shí)服務(wù)大量用戶(hù)，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(shì)的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于準(zhǔn)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(lài)用戶(hù)反饋，參考信號(hào)和用戶(hù)反饋的開(kāi)銷(xiāo)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(hù)發(fā)送的上行導(dǎo)頻來(lái)做信道估計(jì)，獲得CSI。真實(shí)系統(tǒng)中，導(dǎo)頻長(zhǎng)度有限，小區(qū)間共用一套導(dǎo)頻，不同小區(qū)用戶(hù)發(fā)來(lái)的非正交導(dǎo)頻造成導(dǎo)頻污染。導(dǎo)頻污染嚴(yán)重制約了Massive MIMO系統(tǒng)的性能。如何抑制導(dǎo)頻污染成為Massive MIMO系統(tǒng)亟待解決的問(wèn)題。

3、>　　本文首先研究了線狀蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)頻污染，分析了系統(tǒng)的信道估計(jì)誤差和頻譜效率以及影響導(dǎo)頻污染的多種因素，包括天線數(shù)量、小區(qū)數(shù)量、導(dǎo)頻長(zhǎng)度、交叉增益等。在研究面狀蜂窩網(wǎng)絡(luò)時(shí)，充分借鑒了線狀蜂窩網(wǎng)絡(luò)的結(jié)論。面狀蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，小區(qū)數(shù)目較多，小區(qū)間共用同一套正交導(dǎo)頻時(shí)，導(dǎo)頻污染嚴(yán)重。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文從降低干擾和增強(qiáng)有用信號(hào)兩個(gè)方面尋找解決Massive MIMO系統(tǒng)中的導(dǎo)頻污染問(wèn)題的方法。
　　在降低干擾方面，對(duì)比了兩種常用導(dǎo)頻污染抑

4、制算法:時(shí)隙偏移法和導(dǎo)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(qiáng)的小區(qū)用戶(hù)發(fā)送導(dǎo)頻的時(shí)隙與目標(biāo)小區(qū)用戶(hù)發(fā)送導(dǎo)頻時(shí)隙錯(cuò)開(kāi)，在時(shí)域提供導(dǎo)頻正交性，抑制導(dǎo)頻污染。但在時(shí)隙偏移法中，消除導(dǎo)頻污染的同時(shí)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(shí)用性低。相比而言，導(dǎo)頻功率控制算法不會(huì)引入其他干擾，而且只需要縮短導(dǎo)頻長(zhǎng)度就可以實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單實(shí)用。
　　在增強(qiáng)有用信號(hào)方面，各小區(qū)基站采用低復(fù)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(hù)通過(guò)測(cè)量選擇最佳模擬波束接入。顯然，模擬波束的設(shè)計(jì)和選擇關(guān)系到信道估計(jì)的準(zhǔn)確性和導(dǎo)頻接收質(zhì)量。本文詳細(xì)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)調(diào)整模擬波束，令波束更好地對(duì)準(zhǔn)用戶(hù)，增強(qiáng)目標(biāo)導(dǎo)頻的接收質(zhì)量，進(jìn)一步降低導(dǎo)頻污染，提升系統(tǒng)性能。對(duì)解決MassiveMIM