大规模MIMO蜂窝网络中导频功率控制方法的研究

摘要

大规模多输入多输出(Multiple-In Multiple-Out MIMO)技术作为第五代移动通信技术(5G)研究的关键技术之一已经成为当今无线通信研究热点。大规模MIMO系统中基站配备有上百上千甚至更多个天线，且天线数目远大于活动状态的用户数。当天线数目趋于无穷大时，大规模MIMO信道趋向于正交。如果要利用信道的正交性，则对基站端能够获取的准确的信道状态信息的要求比较高。信道状态信息则通过信道估计来获取，目前基于导频的信道估计应用比较广泛。由于多小区复用同一套正交导频，必然存在导频污染，从而使信道估计误差增大。导频功率控制方法在减轻导频污染问题的方法中占有很重要的地位。目前导频功率控制方法还存在着导频占用时隙过长影响资源利用率的问题。
　　论文首先介绍了大规模MIMO系统模型，根据导频的帧结构对基于导频的信道估计进行了讨论，其中针对插入导频估计中典型的最小二乘(Least Square LS)信道估计和最小均方误差(Minimum Mean Square Error MMSE)信道估计和叠加导频估计等几种导频估计方法进行了研究。并且进行了导频污染的分析。
　　接着，论文讨论了大规模MIMO蜂窝网络中导频功率控制方法，针对在能够消除相邻小区的导频污染的同时导频占用时隙长度过长带来的资源利用率低的问题，对蜂窝网络中导频功率控制方法进行了研究和改进。改进的方法将蜂窝网络重新分为同类小区不相邻的三类，然后将导频时隙分成不重叠的三个时隙，在一个时隙内只有相同类小区用户发送导频。经过理论推导和仿真证明该改进的方法能够在消除导频干扰的同时减小导频占用时隙长度，提高了资源利用率。
　　为了进一步提高资源利用率这一指标，论文在蜂窝网络中导频功率控制改进方法的讨论基础上对叠加导频估计进行了研究和改进。在蜂窝网络中改变导频传输帧结构，将导频叠加到信息数据上一起发送，同时对导频部分进行功率控制。经过理论推导和仿真证明所提方法在低信噪比的情况下，基于叠加导频的导频功率控制改进方法在信道估计误差和资源利用率两方面性能比改进的基于插入导频的导频功率控制方法更好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的结构安排

第二章 大规模MIMO系统信道估计与导频污染的分析

2．1 大规模MIMO系统模型

2．2 基于导频的信道估计

2．2．1 导频帧结构

2．2．2 插入导频估计

2．2．3 叠加导频估计

2．3 导频污染问题分析

2．4 本章小结

第三章 大规模MIMO蜂窝网络中导频功率控制方法的改进

3．1 一维网络中导频功率控制方法

3．2 蜂窝网络中导频功率控制方法

3．3 蜂窝网络中导频功率控制方法的改进

3．4 仿真结果及分析

3．5 本章小结

第四章 基于叠加导频的导频功率控制改进方法

4．1 蜂窝网络中叠加导频估计概述

4．2 蜂窝网络中基于叠加导频的导频功率控制改进方法

4．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目