大规模mimo系统中基于导频分配策略消除导频污染算法研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 大规模 MIMO 系统中基于导频分配 策略消除导频污染算法研究 摘 要： 针对大规模多小区 MIMO 系统中导频污染是限制系统性能 的主要瓶颈，提出一种基于导频分配策 略降低导频污染的方法。小区内用户分 配相同的导频序列，相邻小区用户分配 正交的导频序列，而小区内存在的导频 污染，利用下行、上行训练的方法消除。 在下行训练阶段，基站给目标用户发送 导频序列，使目标用户获得特殊的预失 真导频序列。在上行训练阶段，基站同 时接收小区内所有用户的导频序列，并 消除导频污染。通过仿真分析，该方法 可以完全消除导频污染的影响，获得较 好的系统性能，提高系统吞吐量。更为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 重要的是，该方法与许多其他消除导频 污染的算法相比，能避免每个基站在估 计信道状态信息时已知其二阶统计信息 的假设。 中国论文网 /8/view-12830429.htm 关键词： 大规模 MIMO； 导频 污染； 信道估计； 时分双工系统； 导频序列； 吞吐量 中图分类号： TN876.2?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（ 2018）13?0019?06 Abstract： The pilot contamination in multi?housing?estate massive multiple?input multiple?output （MIMO） systems is a major bottleneck to limit the system performance. A method based on pilot allocation strategy to reduce the pilot contamination is proposed， whose purpose is to allocate the same pilot sequence to users within a housing?estate， and assign the orthogonal pilot sequence to the users in -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 adjacent housing?estates. The downlink and uplink training method is used to eliminate the pilot contamination in the housing?estates. In the downlink training stage， the base station sends the pilot sequence to the target user so that the target user can obtain a special predistortion pilot sequence. In the uplink training stage， the base station simultaneously receives the pilot sequence of all the users in the housing?estate to eliminate the pilot contamination. The simulation analysis results show that the proposed algorithm can eliminate the influence of pilot contamination， obtain the perfect system performance and improve the throughout of the system， and in comparison with other pilot contamination elimination algorithms， the proposed algorithm can avoid the assumption of the known second?order statistical information when the channel -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 state information of each base station is estimated. Keywords ： massive MIMO； pilot contamination； channel estimation； time division duplex system； pilot frequency sequence； throughput 0 引 言 大规模 MIMO（Massive MIMO）系统通过在基站端设置大规模 天线阵列，可获得更高的信道容量和频 谱效率增益1?4。为了确保估计的信道 状态信息是精准的，不同用户之间分配 相互正交的导频序列，但是大规模多小 区 MIMO 系统因小区内用户多或小区 密集部署，小区内或小区外复用导频时 会形成干扰，导致基站无法辨识，即产 生导频污染（Pilot Contamination） 。导 频污染的存在将限制大规模 MIMO 系 统的可达容量和系统性能5。 针对大规模 MIMO 系统导频污 染问题，已经有一些文献给出了理论研 究和可以减轻导频污染的方法。文献6 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 采用导频偏移的分配策略，通过重新分 配导频在帧结构中的位置，使相邻小区 之间的导频发送时隙错开，从而消除导 频污染，但下行链路发射功率较大时仍 存在干扰。文献7将发射时隙分为两段， 对每段功率进行控制，使交叉增益相对 较大的用户组在不同的时隙发射导频， 从而减轻导频污染的影响。文献8通过 控制目标小区以外所有复用相同导频用 户的发射功率，降低导频污染，但控制 策略严格要求相邻小区导频动态同步， 以避免导频之间的重叠，其缺点是对复 用导频的用户数有限制，且当天线数非 常大时，则不能快速有效地减小导频污 染。文献9?10采用部分导频复用策略， 通过部分导频复用，协调处理小区间干 扰，降低导频污染。文献11采用导频 协调分配策略，通过识别某组导频序列 的使用情况，当再次使用该组导频序列 时，选择使信干噪比最大的用户组，从 而降低导频污染，但小区间协作会增加 系统开销。文献12 提出小区间协作分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 配导频序列，使波达方向角不混叠，基 于贝叶斯估计消除导频污染，分析波达 方向角（AOA）不同分布方式对系统性 能的影响。该方法随着天线数的增加， 导频污染的影响迅速减小，且在天线数 不算很大时就拥有较好的系统性能，然 而需要精确的二阶统计信息，但实际中 很难获得。 本文针对使用二阶 统计信息的问题，提出一种新的导频分 配策略，每一个小区内用户都使用相同 的导频序列，不同的小区之间使用相互 正交的导频序列，导频污染来自于小区 内干扰，利用下行、上行训练的方法消 除小区内干扰13 ，在不使用二阶统计 量的情况下完全消除导频污染的影响， 并分析 AOA 不同分布方式对系统性能 的影响。 图 4，图 5 都在 AOA 的标准差 为 10，SNR=25 dB 下进行仿真。从图 中基于上下行训练方案可以看出，随着 天线数的增加，基站端分级增益增大， 均方误差明显减小。而 LS 法随着天线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 数的增加并无明显变化，可以看出 LS 法基本不受天线数的影响。AOA 服从 高斯分布时系统性能要优于 AOA 服从 均匀分布。 图 6，图 7 都是在天线数 Q=100，AOA 的标准差为 10下进行仿 真。从图中可以看出，随着信噪比的增 加，基于上下行训练方案和无其他用户 干扰下的 LS 信道环境变好，均方误差 迅速下降。有干扰情况下的 LS 法由于 其他用户的干扰，性能基本不变。 图 8 是在天线数 Q=100，AOA 服从高斯分布，标准差为 10，SNR=25 dB 下进行仿真。从图中可以看出，LS 法随着用户数的增加，性能越来越差， 而基于上下行训练方案随着用户的增加 均方误差基本没有变化。 图 9 是在 AOA 服从高斯分布， 标准差为 10，SNR=25 dB 下进行仿真。 从图中可以看出，随着天线数的增加， 信道容量迅速增加，且信噪比越大，信 道容量越大。当天线数增加时，系统分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 级增益增大，信道容量增加，大规模系 统的优势显现出来。 图 10 是在 AOA 服从标准差为 10，SNR=25 dB 下进行仿真。从图中 可以看出，随着 AOA 的方差增加，信 道容量缓缓增大，且信噪比越大，信道 容量越大。 4 结 语 本文对使用二阶统计信息的问题 提出一种新的导频分配策略，每一个小 区内用户都使用相同的导频序列，不同 的小区之间使用相互正交的导频序列， 将多小区模型化简为单小区模型，采用 上下行训练的方案消除小区内干扰用户 造成的导频污染。即首先由基站发送正 交下行导频，小区用户分别估计出信道， 接着由目标用户发送包裹了估计信道信 息的上行导频，其他用户发送的导频信 号进行信号处理即可完全消除导频污染 的影响。本文在不使用二阶统计信息的 情况下，消除了导频污染的理论推导。 通过