大规模mimo多用户系统中的导频调度和预编码方法

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1、大规模MIMO多小区TDD系统中的预编码策略和导频调度摘要：上行导频污染是大规模MIMO多小区多用户TDD系统的主要性能瓶颈。本文推导了下行链路中MF、ZF单小区预编码、基于MMSE的多小区预编码以及基于最大化SLNR准则的预编码策略在有导频污染的大规模MIMO下的系统可达和速率渐近性能，发现当基站天线数趋向无穷时，各个策略的等效信干比均收敛到仅与大尺度衰落因子相关的一个比值，由此可以得到一个系统可达和速率的渐近结果。基于此渐近结果，以最大化系统可达和速率为目标，获得了一个导频调度方案，即使得小区间相互干扰较小的用户采用相同的导频而相互干扰较大的用户采用正交的导频，从而在

2、存在导频污染的情况下，可以提升系统的整体性能。理论分析和数值仿真结果都验证了以上结论。关键字：大规模MIMO；导频污染；多小区；TDD系统；预编码中图分类号：TN911.22文献标示码：A文章编号：PrecodingandPilotSchedulinginVeryLargeMIMOMulti-CellTDDSystemsAbstract：TheperformanceofverylargeMIMOmulti-celltimedivisionduplexingsystemisbottleneckedbytheproblemofuplinkpilotcontamination.

3、Theasymptoticachievablesumrateofprecodingschemes,includingMatchedFilter(MF),single-cellZero-Forcing(ZF),multi-cellMinimumMeanSquareError(MMSE)-basedandmaximizeSignal-Leakage-NoiseRatio(SLNR)-based,withlargearraysindownlinkwasinvestigated.Astheantennaofbasestationgrowswithoutlimit,theeffec

4、tivesignal-to-interferenceratioofeachprecoderconvergestoaratioonlyassociatedwithlargescalefadingcoefficients,fromwhichanasymptoticresultofachievablesumrateofsystemcanbeachieved.Apilotschedulingschemewasproposedbymaximizingthesystemachievablesumrate,whichmakingusersamongcellswithweakinterf

5、erenceusingsamepilotswhileuserswithstronginterferenceusingorthogonalpilots.Itcouldenhancetheperformanceofsysteminthepresenceofpilotcontamination.Thetheoreticalanalysisandnumerical resultsbothverifiedtheresults.Keywords:VeryLargeMultiple-InputMultiple-Output;PilotContamination;Multi-Cell;T

6、imeDivisionDuplexingsystem;Precoding1引言多用户MIMO（Multiple-InputMultiple-Output）系统中下行链路模型MIMO广播信道（BroadcastChannels，BC）已经在很多文献中被研究了。已经证明当发射机具有理想信道信息（ChannelStateInformation,CSI）时，MIMO-BC的容量能通过脏纸编码（Dirty-PaperCoding，DPC）获得[1]-[4]。但是在实际系统中，由于信道快速变化使得获得的信道信息的有效时间很短，并且当考虑基站配置大量天线时，脏纸编码的实现因为复杂度几乎

7、是不可行的。寻找到可接受的性能与复杂度折中的次优预编码策略则成为一个重要的研究方向。通常在一个多小区多用户系统中设计预编码时，基站需要CSI，无论是部分的还是完全的。传统的做法是基站向用户发送导频符号，用户做信道估计后，通过特定的反馈信道将CSI反馈回基站。但是当基站天线数趋向无穷时，由于系统的相干时长有限，上述的CSI获取方法显然难以实现。因此，大规模MIMO（VeryLargeMIMO或“MassiveMIMO”）系统中CSI的获取通常是利用信道的互易性。即仅考虑时分双工（TimeDivisionDuplexing,TDD