大规模MIMO系统中的动态导频分配方案

针对多小区大规模多输入多输出(MIMO)系统中存在的导频污染问题,通过分析MMSE信道估计产生的误差,提出了一种动态导频分配方案.该方案将目标小区与相邻小区相邻的边缘区域内的用户进行动态导频分配,剩余区域内的用户进行随机导频分配来提升系统下行链路的平均可达和速率.仿真结果表明,该方法不仅能显著地提升信道估计的性能,而且还能有效地提高整个系统下行链路的可达和速率.     

基于预编码与导频分配的大规模MIMO导频污染抑制

导频污染问题是限制大规模多输入多输出(MIMO)系统性能的主要影响因素.针对这个问题,提出了一种基于改进预编码和最优导频分配策略的大规模MIMO系统导频污染抑制算法.首先,在系统下通过基于改进遗传优化算法的最大化信干噪比(SINR)预编码算法,获得最优预编码矩阵;然后,通过基于用户信道条件优劣的最优导频分配策略对每个小区用户进行导频分配,从而实现大规模MIMO系统导频污染抑制.通过Matlab仿真结果可知,相对于传统的SINR预编码算法,所提算法的复杂度降低了65%左右,而导频污染抑制性能提升了30%左右.该算法能够有效抑制导频污染,提升大规模MIMO系统的性能.     

大规模MIMO系统中基于图着色的半动态导频分配

针对大规模MIMO系统中存在的导频污染问题,提出了一种基于图着色的半动态导频分配方案。首先,推导出各个小区可以复用导频的用户与其服务基站的最大距离门限。然后,根据该门限值将系统内各小区的用户分为小区中心用户和小区边缘用户;允许各个小区门限值之内的用户（小区中心用户）复用相同的导频;最后,基于图着色理论协同分配各个小区的小区边缘用户的导频,达到降低导频干扰的目的。仿真结果显示,该方案减少了用户间的导频干扰,有效地提升了整个系统的上行可达和速率。     

大规模MIMO干扰和最小的相移导频方案

在大规模MIMO系统中,小区间使用合理相移后的导频序列而非复用同一组导频,能以导频长度的适当增加换取导频污染水平的下降。但已有研究在优化各小区导频相移量时未考虑小区间的实际干扰情况,而且在相移导频方案下传统基于贪婪搜索的协作式导频分配方法已不再适用。针对上述问题,选择与大尺度信道信息有关的系统总干扰最小作为优化目标,搜索得到更优的导频相位偏移值,降低导频污染水平;在所设计的相移导频方案基础上,采用低复杂度的禁忌搜索算法实现对各小区用户的协作式导频分配,进一步降低导频污染的影响。仿真实验表明,所设计的上行导频方案可以提高信道估计精度,进而提升下行用户传输速率。     

大规模MIMO系统中基于用户分类的动态导频分配

针对大规模MIMO系统导频污染问题,提出一种基于用户分类的动态导频分配策略.根据目标小区用户信号强度的方差设置合理的用户信号强度临界值,将目标小区用户分为中心用户和边缘用户.中心用户采用最大载干比算法分配导频,以最大化中心用户总信道容量.边缘用户采用贪婪算法分配导频,以提高每个边缘用户的信干噪比.仿真结果表明,所提策略在提高边缘用户信干噪比的同时能够有效提高系统的信道容量.     

链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方案

为了减轻大规模MIMO多小区TDD系统中的导频污染,本文针对链状网大规模MIMO多小区TDD系统特点,提出了一种新的导频污染减轻方案。方案中将每个小区分成左区和右区,并将正交的导频序列分成三组。三组导频序列组依次、循环地分配给链状网中的各个左、右区域用户,从而实现目标用户与其相邻近区域用户安排正交导频序列,而目标用户与较远区域用户复用导频序列,从而减轻了导频污染。仿真结果表明,本文方案由于节省了上行信道估计时间,其吞吐量优于导频功率控制法。而且本文方案相对于导频列举法,计算量小,具有一定的实用价值。      

大规模MIMO系统中动态迁移导频分配

大规模多输入多输出(MIMO)技术是5G的关键技术之一,由导频资源有限引起的导频污染是制约其发展的主要瓶颈之一,为此必须对宝贵的导频资源进行合理地分配以减小导频污染。已有的导频分配方案大多考虑静态导频分配,无法很好地适应用户位置不断变化的移动通信环境。文章针对大规模MIMO系统中用户移动时的导频分配问题,提出了一种动态迁移导频分配方法。该方法在两个相邻时隙间仅针对移动幅度较大的用户进行额外的导频优化,根据分配方案选择一个用户与之进行导频交换,对于其他的用户不改变原分配导频。复杂度分析及仿真结果表明,该算法相较于传统的导频分配方法可以显著地降低计算复杂度,并且与传统的导频分配方法具有相近的频谱效率,具有较高的实用价值。     

大规模MIMO多小区TDD系统中的预编码策略和导频调度

上行导频污染是大规模MIMO多小区多用户TDD系统的主要性能瓶颈。本文推导了下行链路中MF,ZF单小区预编码,基于MMSE的多小区预编码以及基于最大化SLNR准则的预编码策略在有导频污染的大规模MIMO下的系统可达和速率渐近性能,发现当基站天线数趋向无穷时,各个策略的等效信干比均收敛到仅与大尺度衰落因子相关的一个比值,由此可以得到一个系统可达和速率的渐近结果。基于此渐近结果,以最大化系统可达和速率为目标,获得了一个导频调度方案,即使得小区间相互干扰较小的用户采用相同的导频而相互干扰较大的用户采用正交的导频,从而在存在导频污染的情况下,可以提升系统的整体性能。理论分析和数值仿真结果都验证了以上结论。      

无小区大规模MIMO系统中结合贪婪导频分配的导频功率控制的算法

无小区大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)系统具有广阔的频谱,但是导频训练阶段的导频污染严重影响了系统的性能,因此减少导频污染成为必要.为了减少导频污染,文中提出了一种结合贪婪导频分配的导频功率控制的算法.首先进行贪婪导频分配,此阶段提高了较低性能用户的有限性能....     

大规模MIMO系统中基于用户位置和用户分类的导频分配

针对大规模MIMO通信系统中存在的导频污染问题，提出了一种基于用户位置和用户分类的导频分配方案。该方案根据路径损耗和到达角设计目标函数及合理阈值，通过将用户的目标函数与阈值进行比较，把系统中所有用户分为高干扰和低干扰两类，接着为低干扰用户复用导频序列、高干扰用户分配额外正交导频序列来减轻导频污染。仿真结果表明，该方案提高了通信系统性能。     

MIMO异构网络中一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案

为保证MIMO异构网络面临多天线主动窃听时的安全性,该文提出一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案。首先,考虑窃听者发送上行导频干扰的情形,研究了其发送的上行导频干扰对合法用户信道估计的影响。随后,基于信道估计结果对宏基站、微基站的下行数据与噪声信号的预编码矩阵进行设计,并推导了此种情形下系统安全速率的表达式。然后,以系统安全速率最大化为目标对基站的下行数据与噪声信号的发送功率进行优化设计,并提出一种基于1维线性搜索的求解方法。进一步地,考虑窃听者在发送上行导频干扰后,继而发送噪声干扰用户下行通信的情形,提出一种基于离散零和博弈方法来获取最优的发送功率设计。仿真结果验证了所提方案的安全性和鲁棒性。     

大规模MIMO系统中联合用户分组和联盟博弈的动态导频分配方案

大量研究表明,大规模MIMO系统中的小区边缘用户比中心用户更易遭受导频污染的影响。因此,该文提出一种联合用户分组和联盟博弈(JUG-AG)的动态导频分配方案来减轻系统导频污染。根据用户信号强度将所有用户分为A,B两组,把接收基站信号强度弱的小区边缘用户记为A组,剩余用户则为B组。A组用户使用相互正交的导频,B组用户则借助联盟博弈来重复使用剩余的正交导频。在B组用户的联盟博弈中,用户被分成若干个互不相交的用户子联盟,属于不同子联盟的用户分配不同的相互正交导频序列,而属于同一子联盟中的用户使用相同的导频序列。与已有的导频分配方案相比,该文提出的JUG-AG方案更灵活,可以用于所有用户随机分布的场景。而且,该算法通过循环搜索可以获得整体最优解。仿真结果表明JUG-AG方案能够有效降低上行链路中用户信号检测的平均均方根误差(RMSE),而且可以提高用户的平均服务速率。     

MUSIC-Based Pilot Decontamination and Channel Estimation in Multiuser Massive MIMO System

This paper addresses the problem of channel estimation in a multiuser multi-cell wireless communications system in which the base station (BS) is equipped with a very large number of antennas (also referred to as “massive multiple-input multiple-output (MIMO)”). We consider a time-division duplexing (TDD) scheme, in which reciprocity between the uplink and downlink channels can be assumed. Channel estimation is essential for downlink beamforming in massive MIMO, nevertheless, the pilot contamination effect hinders accurate channel estimation, which leads to overall performance degradation. Benefitted from the asymptotic orthogonality between signal and interference subspaces for non-overlapping angle-of arrivals (AOAs) in the large-scale antenna system, we propose a multiple signals classification (MUSIC) based channel estimation algorithm during the uplink transmission. Analytical and numerical results verify complete pilot decontamination and the effectiveness of the proposed channel estimation algorithm in the multiuser multi-cell massive MIMO system.     

Pilot Allocation and Power Control in Cell-Free Massive MIMO Systems

In this paper we consider a cell-free massive multiple-input multiple-output (MIMO) system which is composed of a large number of access points (APs) and a much smaller number of users. Each AP obtains the channel estimate from the uplink pilot and apply maximum ratio transmission in the downlink communication. Under the assumptions that the channels between the APs and users are Rician fading and the number of users is larger than that of orthogonal pilots, we derive the closed-form expression for the downlink achievable rate. Then, in order to maximize the achievable rate, we propose pilot allocation and power control algorithms for cell-free massive MIMO. Simulation results show that the proposed algorithms can achieve good system performance.

     

多小区大规模MIMO系统中基于部分导频交替复用的导频污染减轻方法

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 Co- ntamination,PC)已成为制约整个系统性能的瓶颈。本文从系统级角度出发,提出了一种基于部分导频交替复用(Alternately Fractional Pilot Reuse,AFPR)的导频配置方案,即相邻小区的边缘用户配置相互正交的导频序列,而小区中心用户复用相邻小区边缘用户所配置的导频序列。同时从理论上推导出基于AFPR的导频配置方案上行可达频谱效率(Spectral Efficiency,SE)的关系式。数值仿真结果表明,相比于传统的导频配置方案,无论采用最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)还是迫零(Zero Forcing,ZF)接收,该方案可显著地提升系统性能增益。