基于大规模天线阵的多长度导频机制研究

在基于时分双工的大规模天线阵系统中,导频污染是阻碍实现高频谱效率、高吞吐率的最主要瓶颈之一.传统的单长度导频机制使得用户受到所有相邻小区非正交导频序列用户的干扰,进而加重导频污染问题.因此,提出一种新的多长度导频机制(MLPS),使得目标小区各用户的导频长度可以更加接近其最优导频长度,从而减弱导频污染对系统的影响进而提升吞吐率的目的.首先,利用Monte-Carlo仿真观察出系统内各用户最优导频长度的分布情况.然后,基于多长度导频机制带来的不同长度导频间干扰与导频-数据干扰,给出一种可行的导频设计准则和两种时分双工时序策略,分别用于消除以上两类干扰.实验结果表明,相比于传统单长度导频机制,多长度导频机制在上行、下行吞吐率上分别有18%与20%的提升.     

一种双维度上的导频复用方法及其性能分析

针对蜂窝系统中导频稀缺和边缘用户性能不足的问题,提出了合理提升导频利用率的方法,该方法通过在不同的环区内设计各自的导频复用程度来实现.有别于传统的扇区划分,以基站与用户终端的距离为指标划分出若干环区,使小区中心用户与边缘用户有明晰的区隔.一方面利用高复用因子提高小区中心区域的导频利用率,另一方面利用低复用因子保证边缘用户的通信质量.环区划分所对应的导频微观复用是以小区为单位的宏观复用的补充,两种复用模式结合成双维度导频复用,使导频复用程度的调节更精细,易于实现用户容量与用户体验的平衡.仿真结果验证了上述优势,并显示出在导频资源受限的条件下,双维度导频复用在增大用户承载量的同时能降低来自邻近小区的导频污染.     

大规模MIMO蜂窝网络中导频功率控制的改进方法

导频污染是影响大规模MIMO系统性能提升的因素之一.蜂窝网络中导频功率控制方法适用于导频长度较长的情形,但是导频长度过长不仅影响信道信息的估计,而且影响信息传输速率.为了扩大导频功率控制方法的适用范围,提出一种基于小区分类的导频功率控制的改进方法.将小区分为3类,所有小区均采用同1套导频,利用1维网络中的导频功率控制方法对蜂窝网络中的导频功率进行控制.仿真结果表明,基于小区分类的导频功率控制改进方法适用于导频长度较短的情形,可使蜂窝网络中导频长度的适用范围变大,同时降低了用户的上行功率开销.     

多小区大规模MIMO中基于角度域的导频分配策略

在多小区大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统中,导频污染(pilot contamination,PC)已成为限制整个系统性能的瓶颈。针对最小均方误差估计(minimum mean square error,MMSE)去污染方案复杂度高的问题,提出一种简便的导频分配方案,即利用信道离散傅里叶变换峰值位置和信道角度参数的关系,将导频资源映射到不同角度范围,从而基站可以从角度域恢复出信道信息。同时,给出了角度域信道恢复公式,分析了角度域分组数与去污染能力的关系。通过数值仿真结果表明,所提出的方案具有较好的导频污染抑制能力,同时具有更低的计算复杂度。     

蜂窝系统导频的一种小尺度复用方法

随着5G商用时代的来临，移动通信的用户和业务量持续呈现迅猛增长的态势，导频资源的发掘量却相对极其有限. 针对大多数场景中导频稀缺、利用率亟待提高的需求，以传统的大尺度复用为基础提出一种小尺度复用方法，将小区划分为若干环区；同时打破同一小区内复用因子一致的限制，依照不同环区的覆盖为用户分配不同的复用因子. 为降低干扰的负面影响，小区边缘用户比小区中心用户拥有更低的复用因子，而小区中心用户的高程度复用则有效地节省了导频资源. 小尺度的导频分配机制虽然比大尺度复杂，但它能更科学地平衡不同用户的通信质量和系统的导频消耗，也能根据用户量更细致地调整导频复用的程度. 仿真结果表明，小尺度复用充分利用了各复用因子的特性，随用户的增减进行自适应的环区调整和复用因子重配，有效改善了导频复用的效果. 仿真中体现的部分系统配置或外在因素对通信指标的影响，为小尺度复用提供了实际应用方面的参考.     

K均值聚类的大规模MIMO导频分配策略

针对大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统中亟待解决的导频污染问题,提出一种基于K均值聚类的导频分配策略来减轻导频污染问题.该方案基于大尺度衰落因子对用户进行门限分组,再基于用户位置信息对用户进行K均值聚类分组,并对不同组别的用户采用不同的导频分配方案.仿真结果...     

多小区Massive MIMO系统的分布式导频优化分配

研究了多小区大规模多输入多输出系统用于缓解导频污染问题的导频资源优化分配。在假定导频序列个数与单个小区内用户数相同的前提下,仅利用小区基站与用户终端之间的大尺度衰落信息,以提升用户平均传输速率为目标,提出2种可逐个小区执行的分布式导频优化方案:交换搜索与干扰度量。交换搜索算法通过将任意小区内任意2个用户的导频序列相交换进而搜索得到最佳导频分配方案,而干扰度量方案基于对不同小区用户间干扰值的度量来进行导频优化。数值结果显示,新提出的2种方案与已有方案相比能以更低的实现复杂度获得更好的性能。尤其是,若将2种方案结合起来使用,其性能甚至接近于穷举搜索方式。     

一种正交多码CDMA 系统改进方案

提出一种基于混沌序列含导频信号的宽带正交多码CDMA系统模型，利用混沌序列以及采用正交插入导频信号提高系统性能，并对此模型在衰落信道中的性能进行分析。     

多径衰落分群子载波MIMO-OFDM系统的性能

在分群空时频MIMO-OFDM系统中使用群化分组各子载波策略,将信道估计的导频序列离散于各独立子群中,由空频两域扩展到空时频域,降低系统编解码以及导频序列设计的复杂度,并推导非精确信道信息下分群空时频MIMO-OFDM系统的成对错误概率上界的闭合表达式.理论分析和计算仿真表明,在衰落信道下等间隔的子载波分群策略,可通过减少运算矩阵的规模降低算法复杂度,且具良好的性能.     

浅析CDMA系统中的软切换技术

软切换技术是蜂窝移动网络的特点之一,被用于保证无线资源在小区内和小区间变换时的连续性。由于关系到系统对用户提供的服务质量,所以对于CDMA移动通信系统而言,软切换性能的好坏直接影响小区边界处的呼叫服务质量,并且还与网络的负载情况有紧密的联系。本文首先介绍了CDMA的软切换技术特点和软切换的基本过程,然后重点分析了导频加入门限、导频丢弃门限、导频比较门限、导频丢弃定时门限等参数以及这些参数对系统的影响。     

Optimal Multipoint-to-Multipoint Transceiver Design with Massive MIMO Relay Station in OFDM Systems

Based on massive MIMO(multiple-input multiple-output)multipoint-to-multipoint(M2M) systems,in order to avoid pilot contamination and improve the performance of capacity,a pilot training transmission scheme was designed for pilot decontamination by utilizing orthogonal subcarriers of OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) during pilot transmission phase and a joint optimized transceiver design for multi-antenna user pairs was proposed during the data transmission phase.The massive M2 M system included a single relay station,multiple paired source nodes and destination nodes.Source nodes precoding matrices and relay station precoding matrix were jointly optimized by maximizing the weighted sum-rate in OFDM systems.After some mathematical manipulation to sum-rate,the cost function of sum-rate was expressed as quadratic optimizing expressions which could be solved by regular convex optimization softwares.Different from existing algorithms,the proposed precoding design was based on massive MIMO OFDM systems with multi-antenna users pairs together pilot decontamination transmission arrangement.Simulations indicate the effectiveness of the proposed optimal precoding system.The proposed scheme not only can reduce pilot contamination,but also can improve performance of bit-error-rate(BER) as well as sumrate contrast to existing algorithms.In addition,it shows that the proposed M2 M massive MIMO system works steadily when the number of users increases in large scale.     

大规模MIMO系统中基于DFT信道估计的导频污染消除方案

在大规模MIMO系统中,当基站不存在协作时,随着基站天线数的无限增加,快衰落效应和非相关噪声都能被平均掉,导频污染成为制约大规模MIMO系统性能的瓶颈。基于此,本文提出了一种基于离散傅立叶变换(DFT)信道估计的导频污染消除方法,在时域信道冲击响应中通过DFT和IDFT变换把有用的信号长度之外的污染信号当成一个样本,利用有用信号之外的污染信号样本生成一个阀值,通过引入这个预设的判决阀值,筛选出有效的信道冲击响应,消除导频污染造成的干扰。改善了信道估计的性能。仿真结果表明,在大规模MIMO系统的信道环境下,本文提出的方法可以进一步提高信道估计的精度,提高大规模MIMO的性能。     

大规模MIMO系统中基于空时相关性的导频减小算法

在大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统信道估计过程中,基站向用户端发送导频信号.由于导频数量与基站发射天线的数量成正比,传统信道估计过程会产生巨大的导频开销,尤其是对于采用频分双工通信方式的(frequency-division duplexing,FDD)大规模MIMO系统.为了解决这一问题,通过利用无线MIMO信道的空间公共稀疏性和时间相关性,提出一种基于压缩感知(compressed sensing,CS)技术的导频开销减小算法,其中,空时相关性用来提高信道估计精度.该算法能够在未知大规模MIMO系统信道稀疏度的情况下,自适应地获取精确的信道状态信息.分析和仿真结果表明提出的算法在减少导频开销方面优于局部公共支撑算法,同时能够维持良好的信道估计性能.     

去蜂窝大规模MIMO系统研究进展与发展趋势

去蜂窝大规模多天线(multiple input multiple output,MIMO)引入“以用户为中心”的思想,通过部署多个分布式接入点(access points,APs),利用相同的时频资源为所有用户服务,有效缩短AP与用户的距离,获得空间宏分集增益,大幅降低路径损耗,并利用大量AP带来的有利传播,减少多用户干扰,从而使全区域均匀覆盖并大幅提升用户体验。去蜂窝大规模MIMO技术刚刚提出,发展尚处于探索阶段。结合国内外移动通信发展的最新趋势,对去蜂窝大规模MIMO系统的基本特点、关键技术、核心挑战与发展趋势进行了介绍和展望,并分为信息理论分析和信号处理技术2个部分,重点论述了信道硬化、有利传播、空间相关、导频分配、信道估计、信号检测等关键技术。指出了去蜂窝大规模MIMO有望成为后5G(beyond 5G)和6G的核心关键技术之一。     

Pilot Contamination Reduction by Shifted Frame Structure in Massive MIMO TDD Wireless System

Pilot contamination limits the performance of massive multiple-input multiple-output(MIMO) system severely due to the degraded channel estimation. An efficient way to solve this problem in time division duplex(TDD) wireless system is shifting the location of pilots in time frames used in neighboring cells. However, the shifted frame structure has only been studied in MIMO system with the ideal independent and identically distributed(i.i.d.) channel coefficients. In this paper, the shifted frame structure is studied in a measured channel with a large number of antennas for a certain class of channel fading statistics. To deal with the high inter-cell interference caused by the shifted frame structure in such a measured channel condition, we propose a scenario with a covariance-aided channel estimator. This scenario shows that pilot contamination can be solved and the high inter-cell interference can be made to vanish asymptotically with the number of antennas. The key of the interference rejection is obtaining the precise condition on the second order statistics for the desired and interference signals. The most significant information of the second order statistics comes from two parts, one is the channel state information(CSI) among the base stations(BSs), the other comes from the estimated information exchanged by the BSs, which depicts the channel between the BSs and the users. The simulations give powerful results of the interference rejection and the achievable rate promotion.     

Selective transmission and channel estimation in massive MIMO systems

Massive MIMO systems have got extraordinary spectral efficiency using a large number of base station antennas, but it is in the challenge of pilot contamination using the aligned pilots.To address this issue, a selective transmission is proposed using time-shifted pilots with cell grouping, where the strong interfering users in downlink transmission cells are temporally stopped during the pilots transmission in uplink cells.Based on the spatial characteristics of physical channel models, the strong interfering users are selected to minimize the inter-cell interference and the cell grouping is designed to have less temporally stopped users within a smaller area.Furthermore, a Kalman estima-tor is proposed to reduce the unexpected effect of residual interferences in channel estimation, which exploits both the spatial-time correlation of channels and the share of the interference information. The numerical results show that our scheme significantly improves the channel estimation accuracy and the data rates.     

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。