《大規模MIMO系統中降低導頻污染影響的傳輸技術研究》是依託西安交通大學，由張國梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大規模MIMO系統中降低導頻污染影響的傳輸技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張國梅
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在多用戶大規模MIMO系統中，導頻污染是限制系統容量的主要因素。採用時移導頻結構是一種有效地降低導頻污染水平的非協作式方案，但在天線數有限的實際場景中，下行數據傳輸對上行導頻的干擾不能忽略，且對系統性能有較大影響。另外，從實現的角度來說，大規模MIMO應該採用三維天線陣列結構，此時便可引入垂直扇區化來提高系統吞吐量，與此同時，由於同一組導頻將在扇區間進行復用，所以導頻污染問題變得更加嚴重。本項目便針對以上兩個問題，研究可以降低導頻污染不利影響的傳輸方案。針對採用時移導頻結構的傳統大規模MIMO，設計基於干擾對齊的下行數據傳輸預編碼算法以及分散式的下行預編碼與功率分配聯合最佳化方案，提高上行信道估計精度和下行數據傳輸的吞吐量。另一方面，針對實現垂直扇區化的3D大規模MIMO，設計面向3D物理信道的協作式導頻分配算法以及下行波束控制與功率分配聯合最佳化方案，降低導頻污染的同時最佳化系統的和速率。
結題摘要
在基站處配備大量天線並可同時與大量同信道用戶通信的大規模 MIMO技術，因其可顯著提升系統的頻譜效率，成為5G移動通信的一項關鍵技術，然而其實際套用仍面臨著許多問題：正交導頻序列數量限制所造成的導頻污染問題，實際天線數有限導致各類干擾不可忽略的問題，以及天線數量巨大帶來的信號處理算法複雜度高的問題。本項目圍繞以上問題，對大規模MIMO系統中的預編碼、波束賦形、導頻分配、用戶調度及功率控制等技術方案開展研究，主要包括以下三方面：（1）導頻時移和相移結構下降低導頻污染影響的傳輸方案設計。具體地，提出了一種基於信漏噪比最大準則的下行預編碼與基站功率控制聯合最佳化方案，通過引入轉換因子有效地協調了下行數據和上行導頻傳輸之間的干擾。提出了一種最小化系統總干擾的導頻相位偏移量最佳化方案，並設計了相應的低複雜度導頻分配算法，有效降低了導頻污染水平；（2）三維(3D)-MIMO垂直分裂及多用戶場景下的干擾協調方案。針對基站配備二維面陣天線且引入垂直分裂技術的3D-MIMO系統，提出了一種上行導頻分配和基站接收波束賦形聯合最佳化的方案以及下行垂直波束控制及功率分配的聯合最佳化方法，有效改善了扇區間復用導頻時系統的信道估計精度和頻譜效率。基於3D信道空間相關特性，針對時分雙工和頻分雙工多用戶3D-MIMO系統，分別提出了一種低複雜度的兩步預編碼方案和一種基於雙碼本的有限反饋傳輸框架，在有效降低系統計算複雜度的同時充分獲得了垂直維度處理增益。（3）3D-MIMO用戶3D分布場景下的干擾協調方案。具體地，提出了基於波束形狀匹配和基於最小信漏噪比最大準則的分散式干擾協調方案，通過同時調整天線波束指向及半功率波束寬度，可讓波束更精確地服務不同3D位置的用戶，提升了邊緣用戶及系統總的頻譜效率。 基於上述研究，撰寫學術論文8篇，其中已發表(或錄用)7篇，申請國家發明專利5件，培養碩士研究生6名，其中已畢業5名。本項目研究成果對解決大規模MIMO系統中的各種干擾問題具有重要的指導意義，為其實際套用提供了有益的參考方案。
