本文關(guān)鍵詞： Massive MIMO 物理層安全 導(dǎo)頻污染 導(dǎo)頻分配 預(yù)編碼　出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著移動無線通信業(yè)務(wù)量的迅速增加和用戶對無線應(yīng)用需求的日益增長,移動無線通信經(jīng)歷了前所未有的數(shù)據(jù)大爆發(fā),使得5G網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展。作為5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一的大規(guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO)具有空前的頻譜利用率和能量效率,可以大幅提高系統(tǒng)容量,具有廣闊的發(fā)展前景。Massive MIMO系統(tǒng)相比現(xiàn)已研究成熟的傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng),存在許多新的特點和挑戰(zhàn),其中最大的問題就是隨著基站天線數(shù)增加甚至趨于無窮,Massive MIMO的性能受限于小區(qū)間干擾,而其原因是導(dǎo)頻污染。小區(qū)間干擾會使其他用戶收到本來只應(yīng)目標(biāo)用戶收到的消息,導(dǎo)致信息泄露,引起物理層安全問題。本文基于TDD多小區(qū)多用戶Massive MIMO系統(tǒng)模型,對此系統(tǒng)中與物理層安全相關(guān)的兩個關(guān)鍵問題:導(dǎo)頻污染消除和下行預(yù)編碼設(shè)計進行了研究。這兩個研究點分別從上行和下行兩個角度,消除用戶間干擾,從而保證物理層安全。本文設(shè)計了一種結(jié)合小區(qū)分組和導(dǎo)頻分配的導(dǎo)頻污染消除方案。因為Massive MIMO系統(tǒng)工作在具有信道互易性特征的時分雙工(TDD)模式下,可以通過在上行鏈路發(fā)送導(dǎo)頻信號的方式估計信道,先通過對上行信道估計過程的公式推導(dǎo)解釋了導(dǎo)頻污染的形成原因,然后對幾種已有的的導(dǎo)頻污染消除方案做了簡要介紹,最后設(shè)計了一種小區(qū)分組加導(dǎo)頻分配的方案。此方案通過小區(qū)分組以增加一倍正交導(dǎo)頻的代價將導(dǎo)頻污染減少至原來的1/3,同時也減少了計算量。然后通過導(dǎo)頻分配,使用一種貪婪算法選出使得上行用戶傳輸速率最大的用戶組,進一步減少導(dǎo)頻污染。分別改變用戶的分布半徑、慢衰落系數(shù)中的參數(shù)γ、每個小區(qū)中的用戶數(shù),使用Matlab對系統(tǒng)的下行信道平均容量進行了仿真。從仿真結(jié)果可以看出,本方案有效消除了導(dǎo)頻污染,增大了下行信道平均容量,提升了系統(tǒng)性能。本文還設(shè)計了一種聯(lián)合預(yù)編碼方案。首先通過下行信號發(fā)送過程進行了公式推導(dǎo),引出了下行預(yù)編碼的概念,明確了其在消除小區(qū)間用戶干擾的重要作用,然后介紹了幾種常用線性預(yù)編碼方案,最后設(shè)計了一種基站聯(lián)合預(yù)編碼方案,一次性解決導(dǎo)頻污染和下行信號相互干擾的問題。通過各小區(qū)基站間相互協(xié)作,交互得到的信息設(shè)計聯(lián)合預(yù)編碼矩陣對基站發(fā)出的信號預(yù)處理,以抵消導(dǎo)頻污染造成的影響。先對基站天線數(shù)無窮的情況進行了理論推導(dǎo),然后擴展到天線數(shù)有限的情況,進行理論分析和仿真。分別改變基站天線數(shù)、小區(qū)中用戶的分布半徑、慢衰落系數(shù)中的參數(shù)γ,使用Matlab對系統(tǒng)的平均下行信道容量進行仿真。仿真結(jié)果表明,本方案增大了下行信道平均容量,提升了系統(tǒng)性能。
[Abstract]:With the development of mobile wireless communication business volume increased rapidly and the increasing user demands for wireless applications, has experienced the hitherto unknown data outbreak mobile wireless communication network, makes the 5G rapid development. As one of the key technologies of 5G network large-scale multi input multi output (Massive MIMO) has the unprecedented spectrum utilization rate and energy efficiency can be greatly to improve the system capacity, has broad prospects for the development of.Massive MIMO system has been compared with the traditional MIMO system of mature, there are many new features and challenges, the biggest problem is that with the increase in the number of base station antenna even tends to infinity and the Massive MIMO performance is limited by inter cell interference, and the reason is the pilot pollution. Inter cell the interference will allow other users to receive this should target users receive news, resulting in information disclosure, caused by the physical layer security problem based on TDD. Cellmulti user Massive MIMO system model in this system and the physical layer security related to two key issues: pilot pollution elimination and downlink pre encoding design is studied. The two research points respectively from two angles of the uplink and downlink, eliminate the interference between users, so as to ensure the physical layer security is designed in this paper. Pilot pollution is a combination of community groups and pilot distribution elimination scheme. Because Massive MIMO system with channel reciprocity in time division duplex feature (TDD) mode, through the pilot signal in the uplink transmission way of channel estimation, first through the uplink channel estimation process formula to explain the cause pilot pollution, then several existing pilot pollution elimination scheme is introduced, finally designed a cell group with pilot allocation scheme. This scheme by small packets to Double orthogonal pilot pilot pollution costs will be reduced to the original 1/3, but also reduce the amount of calculation. And then through the pilot distribution, using a greedy algorithm to select the maximum transfer rate of the uplink user group, to further reduce pilot pollution. Change the distribution of user radius respectively, slow fading parameter the coefficient in each cell, the number of users, the use of Matlab system downlink average capacity is simulated. The simulation results show that this scheme can effectively eliminate the pilot pollution, the average capacity of the downlink channel increases, improve system performance. This paper also designed a combined pre encoding scheme. First through the downlink signal transmitting process are deduced, the concept of downlink pre encoding, clear the important role in the elimination of inter cell interference users, and then introduces several commonly used linear pre encoding. The case, finally designed a base station combined pre encoding scheme, solve the mutual interference of guide frequency pollution and downstream signal problems. Through the cooperation of each base station, signal preprocessing information design combined pre encoding matrix interaction on the base stations, in order to offset the impact of pilot pollution. On the first base station antenna the number of the infinity were derived, and then extended to a finite number of antennas, theoretical analysis and simulation. Different base station antenna number, distribution radius of cell users, slow fading parameter coefficient in the use of Matlab on the system average downlink channel capacity simulation. The simulation results show that this scheme. The average capacity of the downlink, and improves the system performance.

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN919.3

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本文編號：1526351