多小区大规模MIMO系统中基于导频分配的导频污染减轻方法研究

摘要

在Massive MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统中，由于基站天线数较多，信道趋于正交，能够抑制部分噪声干扰，便于基站检测发送信号，而这些都需要基站能够获得到准确的信道状态信息(Channel State Information，CSI)。CSI可由信道估计获得。目前常用的信道估计方法主要是基于导频辅助完成的。在多小区系统中，由于小区之间复用同一套正交导频，由此产生了导频污染，增加了信道估计误差。 在通信业务量多的地方，部署半径较小的Massive MIMO蜂窝小区往往才能满足通信需求。由此造成局部区域小区数目较多，中心小区附近有许多干扰小区。随着通信需求的提升，小区半径越来越小，原来由于大尺度衰落而忽略来自中心小区外第二圈小区的干扰实际上仍然存在。传统的导频功率控制减轻导频污染方法忽略来自中心小区外第二圈小区的干扰并不现实，实际上仍然存在较大的导频污染问题。为了解决包含19个小区的多小区系统中小区间存在的导频污染问题，同时尽可能的提高系统的时隙资源利用率，本论文采用两种解决方法，主要内容如下: 1.为了方便基站接收端对接收信号的处理，减轻多小区之间的导频污染，采用基于时分复用导频功率控制及正交标识的联合方法。通过导频功率控制将导频时隙分段使各小区导频发射时隙错开以此将全部小区分成不同类型小区，同类小区再通过正交标识进行分组，并把相应的正交标识添加到时分复用导频序列头部，从而让基站能够区分来自不同组小区用户发送的时分复用导频。仿真结果表明，本文所采用的时分复用导频功率控制及正交标识的联合方法可以有效地消除多小区之间的导频污染，方便基站对接收到的导频信号进行处理，实现较为简单。 2.针对上述系统中的时分复用导频需要牺牲宝贵的时隙资源，时隙资源利用率不高的问题。本文继续研究了利用叠加导频来减轻导频污染的方法，采用基于迭代信道估计的叠加导频时隙及功率的联合控制方法。主要从叠加导频角度对导频分时隙周期性地叠加在数据上和控制发送信号的功率大小进行研究。通过叠加导频的迭代信道估计方法，降低发送数据对导频的干扰，从而获得较为准确的信道估计信息。仿真结果表明，本文所采用的叠加导频联合控制方法相比传统基于一阶统计特性方法，提高了信道估计精度，并且接近本文所采用的时分复用导频联合方法，有效地降低了多小区之间的导频污染。本文采用的叠加导频联合控制方法与本文采用的时分复用导频联合方法相比，提高了时隙资源利用率，并且适用相干时间较短或者用户数较多即所需导频更长的情况。