大規(guī)模MIMO組網(wǎng)場景中的JSDM用戶分組技術研究.pdf

1、多輸入多輸出(MIMO)技術從誕生開始，就因其可以增加空間自由度，提升移動通信系統(tǒng)的性能增益而備受關注。然而，隨著智能終端及其應用的快速發(fā)展，海量的聯(lián)網(wǎng)終端所產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)流量對現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡造成了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)MIMO技術已逐漸無法滿足需求。大規(guī)模MIMO技術作為傳統(tǒng)MIMO技術的延伸，在繼承了傳統(tǒng)MIMO技術的優(yōu)點以外，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，成為下一代無線蜂窩通訊系統(tǒng)的熱

2、門候選技術之一。但是，目前大規(guī)模MIMO技術的實用性較差，仍然有許多問題亟需解決。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)進行信道估計時所需的下行訓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傳輸技術走向?qū)嵱檬滓鉀Q的問題。
　　聯(lián)合空分復用(JSDM)下行傳輸方案的主要思想是利用信道的空間相關性對各小區(qū)內(nèi)的用戶進行分組，然后對各用戶組分別進行兩級的混合預編碼，能夠有效地減少頻分雙工(FDD)模式下的大

3、規(guī)模MIMO系統(tǒng)在進行信道估計時的開銷。其中，用戶分組是實施JSDM方案的第一步，且傳統(tǒng)JSDM方案是在單小區(qū)場景中進行的，所以本文將著重研究多小區(qū)場景中的JSDM用戶分組技術與干擾協(xié)調(diào)技術。在已有的JSDM用戶分組算法中，K-means分組算法因簡單、有效而使用廣泛，但是該算法采用隨機選取初始用戶組中心點，這對最終的分組結果影響很大，容易產(chǎn)生局部最優(yōu)解。針對此缺陷，本論文提出一種改進的K-means用戶分組算法，采用最大距離法選取初始

4、中心值，并使用加權似然準則替換原算法中的歐式距離準則對用戶的差異性進行度量。在經(jīng)過多次迭代后，算法收斂，用戶可被充分分組。但是，在多小區(qū)場景中，該改進的用戶分組算法無法消除或抑制小區(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技術的基礎上，利用了信道的零空間預編碼設計原理，將蜂窩網(wǎng)絡中的每一個用戶的有效信號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。
　　通過修改已有的長期

5、演進（LTE）系統(tǒng)仿真平臺，對本論文所提出的改進用戶分組算法及零空間干擾協(xié)調(diào)方案的性能進行了全面驗證和深入分析。仿真結果表明，在大規(guī)模MIMO組網(wǎng)場景中，改進的JSDM分組算法能夠有效地解決由傳統(tǒng)K-means算法隨機初始化導致的局部最優(yōu)解問題，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