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作者：王佳伦西安电子科技大学

学位级别：硕士

大规模MIMO(multiple-input multiple-output多输入多输出)是下一代移动通信的关键技术之一,它相比现有的通信技术有着众多优势,然而它面临更为严重的瓶颈问题:导频污染。导频污染的存在严重制约了大规模MIMO的性能,使得增大基站天线规... 详细信息

大规模MIMO(multiple-input multiple-output多输入多输出)是下一代移动通信的关键技术之一,它相比现有的通信技术有着众多优势,然而它面临更为严重的瓶颈问题:导频污染。导频污染的存在严重制约了大规模MIMO的性能,使得增大基站天线规模所带来的众多性能提升大打折扣。因此,本文主要针对大规模MIMO系统中的导频污染问题进行研究。由于在使用TDD(Time Division Duplexing时分双工)模式的大规模MIMO系统中,上下行链路互易,所以本文主要研究上行链路的导频污染。本文全面分析了导频污染的产生原因和它对上行链路通信性能的影响,然后研究了现有的减轻导频污染的信道估计方法,提出了一种可以有效减轻导频污染的导频设计方法,并对现有的一种减轻导频污染的导频分配方法提出改进。本文主要的研究内容及研究成果如下所示:1.对大规模MIMO系统中的导频污染产生原因及其对上行链路通信性能的影响进行了研究。首先全面分析了导频污染的产生原因,除了常见的导频复用外,本文还指出硬件缺陷和上下行链路非完全互易也会造成导频污染。然后以无导频污染、有导频污染且导频复用系数为1、有导频污染且导频复用系数为3这三个场景作对比,以上行链路误码率、上行链路信干噪比和上行链路平均和速率为指标,详细仿真研究了导频污染对大规模MIMO系统上行链路通信性能的影响。2.对现有的减轻导频污染的信道估计方法进行了研究。首先研究了一种基于压缩感知的信道估计方法,它利用基站天线规模增大所带来的巨大空间自由度,将大规模MIMO与压缩感知相结合,把信道状态的求解转化为二次半正定规划问题,有效降低了导频污染对信道估计的影响。然后还研究了一种近似MMSE(Minimum Mean Square Error最小均方误差)信道估计方法,该算法除了复杂度低以外,还能够保持和MMSE信道估计法几乎相同的估计精度。3.提出了一种能够减轻导频污染的导频设计方法,并对现有的能够减轻导频污染的导频分配方法提出改进。首先根据导频污染的时域特点提出一种导频设计方法。该方法通过分割导频发送时间和导频片段,构造新的接收矩阵来估计信道状态信息,有效减轻了导频污染的影响。然后对现有的导频分配方法提出改进。该改进方法通过多次对用户排序,然后根据排序后的用户分布特征使用近似MMSE信道估计法,降低了相邻小区同导频用户的干扰。仿真结果表明上述两种方法相比传统导频设计和导频分配方法,能够大幅提升信道估计的精度,也就是可以有效地减轻导频污染。

关键词：大规模MIMO 导频污染信道估计导频设计导频分配

无小区大规模MIMO系统中导频污染抑制技术研究

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无小区大规模MIMO系统中导频污染抑制技术研究

作者：赵呈鑫重庆大学

学位级别：硕士

无小区大规模MIMO（Cell-Free massive MIMO,CF-m MIMO）系统采用区域内接入点（Access Point,AP）联合协作服务用户（User Equipment,UE）,可满足未来网络通信需求,克服传统蜂窝小区缺陷,确保覆盖区域内用户获得一致性服务,目前是6G(6t... 详细信息

无小区大规模MIMO（Cell-Free massive MIMO,CF-m MIMO）系统采用区域内接入点（Access Point,AP）联合协作服务用户（User Equipment,UE）,可满足未来网络通信需求,克服传统蜂窝小区缺陷,确保覆盖区域内用户获得一致性服务,目前是6G(6th Generation)变革方向之一。但CF-m MIMO系统信道相干时间有限,导频资源匮乏,导频复用造成系统内导频污染加剧,严重影响CF-m MIMO系统性能。为解决上述问题,论文主要研究CF-m MIMO系统内导频分配与AP选择相关技术,旨在设计出抑制系统内导频污染产生的策略。论文主要贡献如下:（1）以搭建的CF-m MIMO系统通用模型为依据,推导出上下行链路可达速率闭合表达式,分析AP、用户、导频数量变化对系统性能与导频污染的影响,并通过仿真验证其与系统性能和导频污染间关系,进而考虑如何抑制系统内导频污染产生。（2）为合理规划用户间的导频分配并降低系统内导频污染,提出基于加权图着色的导频分配算法。通过分析导频复用方式对CF-m MIMO系统内产生导频污染的影响,研究大尺度衰落系数空间状态方程中关键参数与用户间干扰的关系,推导出用户间干扰度量函数,利用加权图着色思想构建干扰图,并建立导频分配问题求解模型,引入遗传算法设计导频分配算法流程,得到最优分配结果。仿真表明,所提算法能有效提高导频分配方式的合理性,避免CF-m MIMO系统导频污染加剧与性能损失问题。（3）针对CF-m MIMO系统内同一AP服务多个共用导频用户,导致复用导频用户间干扰加剧问题,提出基于信道增益与导频干扰消除的AP选择算法,为用户划分AP集。分析同一AP服务下,复用导频用户间有效信道增益与导频干扰间关系,利用信道增益与大尺度衰落系数推导出该关系表达式,得到联合抑制比作为衡量指标选择AP为用户服务;采用自适应阈值分割法更新阈值,为所有用户划分不同AP服务集。仿真结果证明,所提算法有效地消除CF-m MIMO系统内复用导频用户间干扰,从而提升系统性能。

关键词：无小区大规模MIMO 导频分配 AP选择导频污染加权图着色

高速移动场景下分布式MIMO系统的信道建模及性能仿真

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高速移动场景下分布式MIMO系统的信道建模及性能仿真

作者：董冠军南京邮电大学

学位级别：硕士

为了满足人们对高速移动场景下更高速率和更好的使用体验的需求,确保用户在高铁上也能使用上与日常低速运动时高速率的稳定传输服务,第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)在高铁上的应用必须能达到系统... 详细信息

为了满足人们对高速移动场景下更高速率和更好的使用体验的需求,确保用户在高铁上也能使用上与日常低速运动时高速率的稳定传输服务,第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)在高铁上的应用必须能达到系统速率和功率效率等目标。分布式多输入多输出(MIMO)系统继承了MIMO技术的长处还获得分布式天线技术的优势,通过在小区中密集部署分布式天线,不仅可以改善无线网络覆盖的边缘问题,还明显提高了频谱资源利用率。本文基于这样的背景,对相关的系统进行了建模和性能分析。首先,本文阐述了主要的研究背景,介绍了国内外相关的研究现状,接着对研究涉及到的技术知识进行了简单的描述。其次,考虑到高铁中的边缘效应明显和系统容量较差的问题,基于分布式MIMO系统为高速铁路无线通信设计了一种双边分布式MIMO系统架构。该架构中不仅基站端天线采用分布式的拓扑结构,在列车端也采用分布式的拓扑结构,并把高速铁路通信分为“两跳式”链路:第一跳链路为基站与列车上天线的无线通信链路,第二跳链路为列车内天线与用户之间的无线通信链路,接着基于该架构我们建立了相应的信道模型。然后本文基于所设计的双边分布式MIMO系统对信道容量进行了详细的分析,结果表明,所设计的双边分布式MIMO系统在高速铁路中有着更高的系统容量与更好的覆盖效果。最后,本文对当系统中有大规模天线时的分布式结构中存在的导频污染问题,给出了一种改进的K均值聚类方法,结合Kuhn-Munkras最优匹配算法设计了一种均匀导频分配方案,仿真结果表明给出的分配方案在高铁沿线不同的基站设置情况下与随机导频分配相比均有着较为明显的优势。

关键词：分布式MIMO系统高速铁路无线通信系统信道建模导频污染导频分配

去蜂窝大规模MIMO系统上行联合接收方案研究

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去蜂窝大规模MIMO系统上行联合接收方案研究

作者：唐伟南京邮电大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信系统在全球范围内部署,学术界和工业界已经开始将注意力转移到第六代移动通信系统,以满足2030年对信息和通信技术的需求,其中,去蜂窝大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）被认为是一种极具前... 详细信息

随着第五代移动通信系统在全球范围内部署,学术界和工业界已经开始将注意力转移到第六代移动通信系统,以满足2030年对信息和通信技术的需求,其中,去蜂窝大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）被认为是一种极具前景的物理层技术。与现有的蜂窝移动通信网络相比,在去蜂窝大规模MIMO系统中没有“小区边界”的概念,大量随机分布的接入点（Access Point,AP）以共同协作的方式同时服务所有用户,实现了以用户为中心的相干传输,克服了蜂窝网络中小区间干扰的限制,提供了空间宏分集增益和有利传播效应。本文主要研究了去蜂窝大规模MIMO系统的上行联合接收方案,联合考虑了接收机、导频分配、AP选择和AP休眠技术,论文的主要工作以及创新点如下:针对分布式上行接收,基于一种新颖的保护弱用户的部分全导频迫零接收机,提出了一种联合了导频分配与用户分组的分布式算法,改进了原有实施方案中会将具有弱信道增益的用户分配到强用户组的不合理分组问题。该算法可以分为两个阶段:在第一阶段为每个用户选择主AP,同时利用贪婪算法,以最小化用户在主AP处的导频污染为目标进行导频分配和第一次用户分组;在第二阶段以最大化总上行频谱效率（Spectral Efficiency,SE）为目标进行第二次用户分组。所提算法能够保障每个用户在对自己的信号检测做出主要贡献的AP处受到较小的导频污染影响和用户间干扰,且仅依赖长时信道状态信息（Channel State Information,CSI）。仿真结果表明,所提算法能有效提升用户的平均上行SE。针对集中式上行接收,引入了以用户为中心的去蜂窝大规模MIMO系统模型,提出了一种集中式部分迫零（Zero-Forcing,ZF）接收机,以降低传统集中式ZF接收机的计算复杂度。然后,引入了一个同时考虑了AP选择和AP休眠的总上行功耗模型。在不完美的CSI和存在导频污染的情况下,推导出用户的上行可达速率近似闭式表达式,该表达式仅与大尺度衰落系数相关。最后,在推导出的可达速率近似闭式表达式的基础上,提出一种基于用户速率增益的AP选择算法,该算法联合了AP休眠,以进一步提高能量效率（Energy Efficiency,EE）。仿真结果表明,所提方案能够以较小的SE的损失获得总EE的显著提升,且具有较高的可行性。

关键词：去蜂窝大规模MIMO 线性接收机迫零导频分配接入点选择能量效率

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大规模MIMO系统导频污染抑制技术研究

大规模MIMO系统导频污染抑制技术研究

作者：陈一丰电子科技大学

学位级别：硕士

大规模MIMO(Massive MIMO)技术,通过在基站端配备成百上千根天线,显著地提升了无线通信系统的频谱效率和能量效率。然而,由于时频资源的不足,在Massive MIMO系统中部分用户不可避免地需要重复使用同一导频序列,导致小区间同一导频用户... 详细信息

大规模MIMO(Massive MIMO)技术,通过在基站端配备成百上千根天线,显著地提升了无线通信系统的频谱效率和能量效率。然而,由于时频资源的不足,在Massive MIMO系统中部分用户不可避免地需要重复使用同一导频序列,导致小区间同一导频用户之间的干扰,这一现象被称为导频污染。导频污染严重限制了Massive MIMO系统的性能。导频分配技术,通过选择复用同一导频的不同用户,能够有效地降低系统中相同导频用户之间的干扰。本文聚焦于TDD模式下大规模MIMO系统的导频污染问题,主要研究内容如下:首先,本文研究了Massive MIMO系统的导频污染问题。从MIMO技术的发展历程入手,引出了Massive MIMO技术,介绍了Massive MIMO系统的信道模型、信道估计过程以及上下行数据传输过程。在此基础上,分析了导频污染现象产生的原因及其对Massive MIMO系统性能造成的影响。然后,本文研究了基于用户位置信息的导频分配算法。针对传统导频分配算法在用户信道状态信息估计精确度与边缘用户公平性方面表现出来的不足之处,提出了一种改进的基于用户位置信息的导频分配算法。提出的导频分配算法按照用户与基站之间距离的大小给用户排序,从大到小依次为每个小区中的用户分配导频,分配导频时考虑系统中重复使用同一导频的所有用户之间潜在的相互干扰之和。仿真结果表明,提出的导频分配算法提升了用户信道状态信息的估计质量,同时提升了系统的最小上行可达速率,增加了用户之间的公平性。最后,本文研究了基于图着色理论的导频分配算法。通过分析有限天线数时两个用户潜在的相互干扰,构建了Massive MIMO系统的干扰图。在此基础上,提出了一种基于图着色理论的导频分配算法。提出的算法为用户挑选导频的准则为Massive MIMO系统新增加的干扰最小,从而降低了系统的整体干扰。仿真结果表明,提出的导频分配算法有效地改善了Massive MIMO系统的整体性能。

关键词：大规模MIMO 导频污染导频分配用户位置信息图着色

基于位置信息的大规模MIMO导频污染抑制技术研究

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基于位置信息的大规模MIMO导频污染抑制技术研究

作者：刘统重庆大学

学位级别：硕士

大规模多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO)技术作为第五代(5 Generation,5G)移动通信系统关键技术之一,极大提高系统容量、保障系统可靠性,为5G的应用奠定基础。受限于相干时间,大规模MIMO系统在时分... 详细信息

大规模多输入多输出(Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO)技术作为第五代(5 Generation,5G)移动通信系统关键技术之一,极大提高系统容量、保障系统可靠性,为5G的应用奠定基础。受限于相干时间,大规模MIMO系统在时分双工模式(Time Division Duplexing,TDD)下无法为所有小区所有用户分配正交导频,致使部分用户导频复用,由此产生的导频污染问题严重制约了大规模MIMO系统的整体性能。因此,抑制导频污染是当前亟待解决的关键问题。论文将利用用户空间位置信息来设计导频分配方案,有效抑制导频污染,主要内容有:(1)针对传统导频分配方案信道状态信息不完美问题,论文借鉴部分频率复用思想并利用大规模MIMO灵活的空间自由度,提出一种基于用户到达角(Angle of Arrival,AOA)的导频分配方法,减少复用相同导频用户间干扰,同时节省导频开销。该方法利用用户到达基站的方位角不同将用户划分到不同扇区,扇区内用户分配正交导频,扇区间用户导频复用,外围一级小区分配与目标小区正交的导频序列组,二级小区复用目标小区导频序列组或与其不相邻的导频序列组。与全复用分配方式相比,基于AOA的导频分配方法未增加导频开销,且将用户干扰从一级小区退化到二级小区,极大地减少导频污染的影响。论文从五个方面仿真分析所提方法对大规模MIMO系统导频污染的减轻效果,在保证用户AOA不重叠或轻度重叠(10°以内)时,基于AOA的导频分配方法较另外两种用户分组方法有着明显的性能提升。(2)为了解决用户随机分布导致AOA重叠问题,论文在“基于AOA导频分配方法”的基础上进一步完善策略,充分利用用户的空间位置信息,提出一种基于用户位置信息的导频分配方法,旨在减轻当用户AOA重叠且扇区用户数目不同时导频污染对大规模MIMO系统的影响。论文提出一种干扰度量函数,分析并验证其合理性,在此基础上完成导频分配。仿真结果表明:论文提出的基于位置信息的导频分配方法在天线数较低时(M?256)即可对导频污染产生显著的抑制效果,且具有可观的平均信干噪比;当天线数增大时,该算法依然能够保持良好的系统整体性能,并且在保证系统性能不显著降低的条件下增加用户连接数。

关键词：大规模MIMO 导频污染导频分配到达角位置信息

基于CF mMIMO架构下的AP选择及资源分配技术研究

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基于CF mMIMO架构下的AP选择及资源分配技术研究

作者：周茅玲北京邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展与对5G的密集学术研究和工业测试,尽管传统蜂窝网络在移动通信中发挥了关键作用,但小区内的中心用户与边缘用户仍存在较大速率差异,这使得服务质量变得不可靠,而未来期望的泛在无线接入网络以及产业发展高度依赖... 详细信息

随着无线通信技术的发展与对5G的密集学术研究和工业测试,尽管传统蜂窝网络在移动通信中发挥了关键作用,但小区内的中心用户与边缘用户仍存在较大速率差异,这使得服务质量变得不可靠,而未来期望的泛在无线接入网络以及产业发展高度依赖于无线连接的统一性。因此,为支持在覆盖区域内提供统一良好的服务质量,迫切需要新一代网络部署架构。无蜂窝大规模MIMO(CF mMIMO,Cell-free massive MIMO)的种种优势更符合未来网络的诉求,而导频分配与接入点(AP,Access Points)选择对该系统的速率有直接影响。本文以此为背景,对CF mMIMO系统中的AP选择及资源分配等方面进行深入研究。主要包括三方面:全连接模式下的导频分配的研究、联合AP选择与导频分配的研究、非均匀用户分布下的资源分配的研究。第一,基于CF mMIMO系统中导频资源有限带来的导频污染问题,研究设计了一种导频分配算法。基于用户的地理位置以及用户与AP之间的信道相似性对用户排序分组,将正交资源分配给相近区域的用户以减轻导频污染,并求取速率最优对应的导频分配方案作为最终输出。仿真结果表明,本文提出的导频分配算法具备性能的优越性。第二,为充分挖掘CF mMIMO系统中AP选择与导频分配联合优化的潜力,基于以用户为中心的服务模式,借助图着色算法优化联合AP选择与导频分配的研究。首先,基于AP选择策略确定AP与用户的服务关系,并由服务程度构建用户关联图。在染色原则的约束下,通过对图结构迭代染色得到对应的导频分配结果。仿真结果表明,本文所设计的联合AP选择与导频分配方案具备性能优势。第三,研究了非均匀用户分布下的CF mMIMO系统中的资源分配问题。针对用户分布极不均匀导致的导频污染在某些区域急剧加重,对用户划分了密集区与稀疏区,并对两区域的用户采用不同的服务模式和导频选择优先级来缓解导频污染,使用户都能得到一致良好的服务。仿真结果表明,本文提出的混合服务模式下的资源分配方案在非均匀用户分布下存在性能优势。

关键词： CF mMIMO 导频分配导频污染 AP选择非均匀用户分布

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大规模MIMO系统中的干扰消除方法研究

大规模MIMO系统中的干扰消除方法研究

作者：霍智斌北京邮电大学

学位级别：硕士

随着智能终端设备的普及和数据密集型移动新业务的飞速增长,第五代(5th Generation,5G)移动通信系统面临着提升系统容量和用户速率的巨大挑战。大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术作为5G移动通信系统中最具... 详细信息

随着智能终端设备的普及和数据密集型移动新业务的飞速增长,第五代(5th Generation,5G)移动通信系统面临着提升系统容量和用户速率的巨大挑战。大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术作为5G移动通信系统中最具有前景的关键候选技术之一,能够有效地提升无线通信系统的频谱效率、能量效率与信号传输的可靠性。针对大规模MIMO系统,本论文的主要研究工作以及所做贡献总结如下:第一,本论文主要研究了大规模MIMO相关理论与技术要点,调研并总结了多小区、多用户大规模MIMO系统中的干扰消除方法以及导频污染消除方法,为复杂干扰场景下交叉干扰消除问题研究以及大规模MIMO系统中导频污染消除问题研究提供了理论基础。第二,针对多小区、多用户大规模MIMO系统中的交叉干扰消除问题,本论文提出了基于联合用户调度与收发机设计的交叉干扰消除方法。通过对交叉干扰特性的分析,设计用户调度约束因子用来限制调度受到严重交叉干扰的下行边缘用户,减少了用户到用户的干扰;针对严重的基站到基站干扰,运用矩阵奇异值分解将大维度的基站到基站信道矩阵分解为若干个干扰子信道向量并设计分配策略将这些干扰子信道向量分别交由上行基站和下行基站处理。由系统仿真结果可知,上行小区用户的可达速率获得了提升。第三,针对多小区、多用户大规模MIMO系统中的导频污染消除问题,本论文结合混合波束成形技术,提出了基于模拟波束水平方位角的启发式导频分配方法。在此基础上,考虑用户公平性,提出了基于用户分组的导频分配方法,来提高小区边缘用户的性能。由系统仿真结果可知,本论文所提出的启发式导频分配方法和基于用户分组的导频分配方法能有效地减少导频污染,提升了大规模MIMO系统的频谱效率和系统容量。

关键词：大规模MIMO 干扰消除导频污染预编码导频分配

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去蜂窝大规模MIMO的预编码研究

去蜂窝大规模MIMO的预编码研究

作者：乔宇飞南京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术的发展,第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication System,5G)已经走进我们的生活。5G使我们从互联网时代进入了物联网时代。5G要求高速率、低时延、广连接,已经应用在我们生活的方方面面。技术总是在... 详细信息

随着移动通信技术的发展,第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication System,5G)已经走进我们的生活。5G使我们从互联网时代进入了物联网时代。5G要求高速率、低时延、广连接,已经应用在我们生活的方方面面。技术总是在不断进步,目前人们对第六代移动通信系统(6th Generation Mobile Communication System,6G)的研究如火如荼,而6G要求真正的万物互联。大量的用户接入使得蜂窝网络架构力不从心,因此更新移动网络架构成了目前的研究热点。去蜂窝大规模多输入多输出(Multi-input Multi-Output,MIMO)系统是后5G和6G技术十分有潜力的架构,它具有很高的频谱效率(Spectral Efficiency,SE)和能量效率(Energy Efficiency,EE),其使用的以用户为中心的思想能够很好满足6G中万物互联的需求。去蜂窝大规模MIMO系统中有很多影响系统性能的因素,如预编码方案、功率分配方法、导频分配算法等因素。本文深入研究了去蜂窝大规模MIMO系统中的下行预编码技术以及导频分配算法。本文分析了去蜂窝大规模MIMO系统中不同预编码的特点,提出了一种可扩展的联合预编码方法;并且针对该方法提出了两种导频分配方案,一种为随机算法的改进,一种为基于模拟退火算法的导频分配方案。论文的具体贡献如下:1)本文分析了去蜂窝大规模MIMO系统中的最大比传输(Max-Ratio Transmission,MRT)预编码,全导频迫零(full-pilot Zero Forcing,fp ZF)预编码,中心迫零(Centralized Zero Forcing,CZF)预编码,联合最大比、迫零(Joint Max-Ratio Zero Forcing,JMRZF)预编码等现有预编码方案,并从预编码方案的实现过程、计算复杂度、下行频谱效率等方面对其进行对比分析。2)为了提高去蜂窝大规模MIMO系统的下行频谱效率,并且保留系统的可扩展性,提出了一种可扩展联合迫零(Scalable Joint Zero-Forcing Precoding,SJZF)预编码方案。仿真结果表明本文提出的SJZF方案的下行频谱效率优于其他预编码方案,接近CZF预编码,同时较CZF预编码方案保留了一定的系统可扩展性。为了提高系统的整体下行频谱效率,本文分析了每种预编码方案下行频谱效率表达式的特点,分析导频污染对下行频谱效率的影响。同时,为了改善导频污染,做了大量的仿真实验,得出多组不同的导频最优分配方案的结果。通过分析这些结果,给出了最优导频分配方案。3)针对随机导频分配的缺点,提出了一种基于平均准则(Average-criterion based Pilot Assignment,AVPA)的随机导频分配方案,该方案能够改善导频污染现象,计算复杂度低。为了更好的改善导频污染现象,提出了一种基于模拟退火算法(Simulated Annealing-based Pilot Assignment,SAPA)的导频分配方案。该方案和AVPA相比性能更好,但计算复杂度更高。为了降低模拟退火算法的计算量,利用总结的最优导频分配方案的特征,对模拟退火算法的扰动算子进行设计,以简化该算法。仿真表明,SAPA基本能够找到导频分配的最优解,同时具有可接受的计算复杂度。

关键词：去蜂窝大规模MIMO 预编码导频污染导频分配

无小区大规模MIMO系统的导频污染减轻策略研究

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无小区大规模MIMO系统的导频污染减轻策略研究

作者：王越杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着多样化移动设备的发展以及数字化水平的提高,大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统已经不能满足人们对网络速率的要求。随着技术的变革,无小区(Cell-Free)架构被提出,而无小区大规模MIMO是无小区架构的一... 详细信息

随着多样化移动设备的发展以及数字化水平的提高,大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统已经不能满足人们对网络速率的要求。随着技术的变革,无小区(Cell-Free)架构被提出,而无小区大规模MIMO是无小区架构的一种实现。无小区大规模MIMO系统具有消除边界效应和高吞吐量的优势,将会成为6G的关键技术之一。然而,在实际情况下,导频污染会影响系统的性能。因此,本文从导频分配、接入点(Access Point,AP)选择和功率控制等方面进行研究,旨在减小导频污染并提高系统的吞吐量。本文主要的研究内容和创新总结如下:1、介绍了具有单天线AP和单天线用户的无小区大规模MIMO系统,包括导频训练阶段、上行链路数据传输阶段和下行链路数据传输阶段,研究了上、下行链路用户可达速率的闭合表达式。比较了不同导频分配对应的系统性能,分析了信道空间相关性对系统性能的影响。仿真结果表明:导频污染和相关阴影衰落都会影响系统的性能,用户的吞吐量随AP数的增加而增加。2、对无小区大规模MIMO系统的导频污染减轻策略进行研究,提出了一种基于用户距离的低复杂度导频分配策略,接着对导频分配和AP选择进行联合优化,从两个方面综合考虑来最大程度上抑制导频干扰。所提出的导频分配和AP选择联合优化算法既能避免距离较近的用户分配相同的导频,又能为用户选择出起主导作用且没有干扰的AP。最后,对所提出的算法进行了仿真分析。与传统的导频分配算法相比,结合AP选择的导频联合优化可以更好地抑制导频污染,提升系统的性能。3、为了进一步抑制导频干扰、优化无小区大规模MIMO系统的性能,提出一种基于TLBO(Teaching-Learning Based Optimization)算法的功率控制。首先根据最大最小功率控制算法的思想,在确保最低速率用户服务质量的前提下,将系统总吞吐量加入控制范围内,通过TLBO算法的教学阶段和学习阶段不断向最优目标靠近,实现了在最大化最小速率的同时最大化系统总的吞吐量,使有限的资源得到最大化利用。这有效避免了最大最小功率控制只关注最大化最小速率而造成系统性能有所降低的缺点。仿真结果显示,所提功率控制可以在达到最大最小功率控制的目的下,进一步提高系统的总吞吐量。

关键词：无小区导频分配导频污染 AP选择教与学优化算法功率控制