【摘要】：多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)從誕生開始,就因其可以增加空間自由度,提升移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能增益而備受關(guān)注。然而,隨著智能終端及其應(yīng)用的快速發(fā)展,海量的聯(lián)網(wǎng)終端所產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)流量對(duì)現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)造成了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)MIMO技術(shù)已逐漸無(wú)法滿足需求。大規(guī)模MIMO技術(shù)作為傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的延伸,在繼承了傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以外,還極大地提高了系統(tǒng)的頻譜效率,顯著地降低了能源消耗、硬件成本以及空口延遲等等,成為下一代無(wú)線蜂窩通訊系統(tǒng)的熱門候選技術(shù)之一。但是,目前大規(guī)模MIMO技術(shù)的實(shí)用性較差,仍然有許多問(wèn)題亟需解決。其中,隨著天線數(shù)目與用戶數(shù)目的增加,大規(guī)模MIMO系統(tǒng)進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)所需的下行訓(xùn)練與反饋的開銷也將劇增。如何減少這些開銷,是大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)走向?qū)嵱檬滓鉀Q的問(wèn)題。聯(lián)合空分復(fù)用(JSDM)下行傳輸方案的主要思想是利用信道的空間相關(guān)性對(duì)各小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行分組,然后對(duì)各用戶組分別進(jìn)行兩級(jí)的混合預(yù)編碼,能夠有效地減少頻分雙工(FDD)模式下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)在進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)的開銷。其中,用戶分組是實(shí)施JSDM方案的第一步,且傳統(tǒng)JSDM方案是在單小區(qū)場(chǎng)景中進(jìn)行的,所以本文將著重研究多小區(qū)場(chǎng)景中的JSDM用戶分組技術(shù)與干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。在已有的JSDM用戶分組算法中,K-means分組算法因簡(jiǎn)單、有效而使用廣泛,但是該算法采用隨機(jī)選取初始用戶組中心點(diǎn),這對(duì)最終的分組結(jié)果影響很大,容易產(chǎn)生局部最優(yōu)解。針對(duì)此缺陷,本論文提出一種改進(jìn)的K-means用戶分組算法,采用最大距離法選取初始中心值,并使用加權(quán)似然準(zhǔn)則替換原算法中的歐式距離準(zhǔn)則對(duì)用戶的差異性進(jìn)行度量。在經(jīng)過(guò)多次迭代后,算法收斂,用戶可被充分分組。但是,在多小區(qū)場(chǎng)景中,該改進(jìn)的用戶分組算法無(wú)法消除或抑制小區(qū)間干擾。所以,本文后續(xù)又提出了一種多小區(qū)下的JSDM干擾協(xié)調(diào)方案。該方案在JSDM技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用了信道的零空間預(yù)編碼設(shè)計(jì)原理,將蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)用戶的有效信號(hào)投射到其余全部用戶的信道零空間中,繼而可以有效抑制多小區(qū)間干擾。通過(guò)修改已有的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)仿真平臺(tái),對(duì)本論文所提出的改進(jìn)用戶分組算法及零空間干擾協(xié)調(diào)方案的性能進(jìn)行了全面驗(yàn)證和深入分析。仿真結(jié)果表明,在大規(guī)模MIMO組網(wǎng)場(chǎng)景中,改進(jìn)的JSDM分組算法能夠有效地解決由傳統(tǒng)K-means算法隨機(jī)初始化導(dǎo)致的局部最優(yōu)解問(wèn)題,使得用戶分組更為徹底,JSDM下行傳輸方案的性能提升了近20%。此外,基于JSDM方案的零空間干擾協(xié)調(diào)方法有效地抑制多小區(qū)間的干擾,從而小區(qū)邊緣5%頻譜效率和系統(tǒng)的總體吞吐率最高均能提升2.2倍左右。
[Abstract]:Multiple input multiple output (MIMO) technology has attracted much attention since its birth because it can increase the degree of freedom of space and improve the performance gain of mobile communication systems. However, with the rapid development of intelligent terminals and their applications, the huge data traffic generated by massive networked terminals has posed a great challenge to the existing mobile communication networks. Traditional MIMO technology has been unable to meet the demand. As an extension of the traditional MIMO technology, the large-scale MIMO technology not only inherits the advantages of the traditional MIMO technology, but also greatly improves the spectral efficiency of the system, and significantly reduces the energy consumption, hardware cost, empty port delay and so on. It has become one of the popular candidate technologies for the next generation wireless cellular communication system. However, there are still many problems to be solved because of the poor practicability of large-scale MIMO technology. With the increase of the number of antennas and the number of users, the downlink training and feedback overhead of large scale MIMO systems will be greatly increased. How to reduce these overhead is the most important problem for large-scale MIMO transmission technology. The main idea of the joint space division multiplexing (JSDM) downlink transmission scheme is to use the spatial correlation of the channel to group the users in each cell. It can effectively reduce the channel estimation overhead of large scale MIMO systems in FDD mode. User packet is the first step to implement JSDM scheme, and the traditional JSDM scheme is carried out in a single cell scenario. Therefore, this paper will focus on the JSDM user packet technology and interference coordination technology in multi-cell scenarios. Among the existing JSDM user packet algorithms, K-means grouping algorithm is widely used because of its simplicity and efficiency. However, the algorithm adopts random selection of initial user group center points, which has a great influence on the final grouping results and is easy to produce local optimal solutions. To solve this problem, this paper proposes an improved K-means user grouping algorithm, which uses the maximum distance method to select the initial center value, and uses the weighted likelihood criterion to replace the Euclidean distance criterion in the original algorithm to measure the difference of the user. After several iterations, the algorithm converges and users can be fully grouped. However, in multi-cell scenarios, the improved user packet algorithm can not eliminate or suppress inter-cell interference. Therefore, a JSDM interference coordination scheme for multi-cell is proposed in this paper. Based on the JSDM technology, the scheme uses the zero-space precoding design principle of the channel to project the effective signal of each user in the cellular network into the channel null space of all the other users. Then it can effectively suppress multi-cell interference. By modifying the existing long-term evolution (LTE) system simulation platform, the performance of the improved user packet algorithm and the zero-space interference coordination scheme proposed in this paper are verified and analyzed thoroughly. Simulation results show that the improved JSDM packet algorithm can effectively solve the local optimal problem caused by random initialization of traditional K-means algorithm in large-scale MIMO networking scenarios. The performance of the JSDM downlink transmission scheme has been improved by nearly 20%. In addition, the zero-space interference coordination method based on JSDM scheme can effectively suppress the multi-cell interference, thus the spectral efficiency of 5% of the cell edge and the overall throughput of the system can be increased by about 2.2 times.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN919.3

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本文編號(hào)：2138200