导频污染解决方案分析_GXH - 副本

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1、导频污染在massiveMIMO中的影响及解决方案前言过去十多年间，多天线系统已经从理论研究阶段转到在现代无线蜂窝系统中的大规模应用。在当今的无线通信领域，无论是在实际系统中还是在理论研究中，小区间的干扰早已经成为一个瓶颈，这个瓶颈严重限制了通信系统的信道容量和吞吐率。为了减少小区间干扰，目前的研究热点是多用户MIMO，干扰对齐技术，以及协作网络。这些技术已经被证明可以有效减少小区间干扰。然而，面对呈指数增长的数据量，包括无线电话业务，以及不断增长的无线数据需求，这些技术并不能从根本上带来系统容量的飞跃，也无法满足用户的需求。最近刚被提出来的大规模MI

2、MO技术使得频谱利用率达到了空前的水平。在这种无线传输方案中，基站端有数量巨大的低功率小天线，天线数目远远超过同时调度的单天线用户数量。大规模MIMO可以使无线通信系统达到很高的吞吐率，当基站的天线数趋近于无穷，信道容量应该是无限大。但是在实际应用的场景中，这并不成立。唯一的限制因素就是导频污染(PilotContamination)。它产生的主要原因是在上行信道估计中，当不同小区的用户使用同一套训练序列，或者非正交的训练序列时，由于相邻小区的用户发送的训练序列非正交，基站估计得到的信道就会被干扰小区的用户所发送的导频所污染,导致基站端进行信道估计的结

3、果是被其他小区的用户发送的导频污染之后估计的结果。一.导频污染解决方案针对导频污染，以下有几种解决方案。方案一，迫零（Zero-forcingZF）预编码算法采用多用户信道矩阵的伪逆作为预编码矩阵。其优点是设计简单，可以使每个用户之间以及每个用户的各路数据流之间的干扰为零，用户之间正交。但要求每个用户的预矩阵位于其它用户矩阵的零空间，因此获得的空间自由度受限。ZF预编码的完全正交化将导致投影方向上的子信道增益的范数减小，从而失去了更多的信道信息。就像ZF接收机是以噪声的增强为代价的一样，因此一般需要基站增大发射功率，功率利用率不高。【4】方案二，多小区

4、基于最小均方差的预编码（mult-cellMMSE-basedprecoding）,依赖于分配给用户的序列的设置。由【2】知频率，时间和导频复用能够减轻导频污染，多小区预编码技术就结合了这种技术。对于一个小区中只有一个用户的场景，我们可以导出可达速率的封闭式表达式，这样我们能够决定导频污染对系统性能的影响到什么程度，而且利用这些表达式我们也能够找出合适的频率、时间、导频复用因素在存在导频的情况下最大化系统的吞吐量。这种方法并不需要联合预编码技术所需求的基站间的协调。在大量训练序列分配中，很多结果表明，这种方法比包括迫零算法在内的单小区预编码获得更高的增

5、益。方案三，一个新的多小区基于最小均方差的预编码（mult-cellMMSE-basedprecoding）可以更进一步的减轻导频污染【3】。由于导频污染来自于非正交训练序列，当设计一个预编码方案时应该考虑训练序列的分配。此方案分为两个阶段，上行链路训练（uplinktraining）和数据传输阶段。上行链路训练阶段包括用户传输训练导频和信道获取信道估计，数据传输阶段是基站通过传输预编码向用户传输数据，它完全把信道估计和预编码分离开了。它有很多优势，除了是一种线性预编码方法外，它有一个来源于直观最优化问题的封闭式表达。下面就方案一、二和三就和速率这个指

6、标做个比较，如下表：表一天线数和速率bits/s/Hz方案15202530Zero-forcing18202328方案二28313436方案三40475154导频污染是通过提升小区内部干扰来严重影响系统性能的，由【4】知，破零预编码的完全正交化将导致投影方向上的子信道增益的范数减小，从而失去了更多的信道信息。其是以噪声的增强为代价的，当使用迫零预编码时，小区内部干扰会随着基站的天线数增大而增加。而方案二和方案三通过导出一个与频率、时间、导频复用因素相关的表达式，通过相关计算得出最合适的值来最大化系统性能，这样它不需要基站间的协调，能够把信道估计和预编码

7、分离开来，降低方案执行的复杂度，减少干扰。而方案三进一步改进了方案二的算法，提高了运行效率，进一步提升了系统性能。而系统干扰越少，系统系能越好，和速率会越大。二.其他算法对系统性能的比较1.双预测迭代最小二乘（IterativeleastsquareswithdualprojectionsILSDP）算法此迭代算法的主要思想基于交替最小二乘法的价值函数的最简化（alternatingleastsquaresminimisationofacostfunction）。其通过使参数交替投影到不同的子空间，从而利用时变信道的时间选择性来降低系统的误比特率（bi

8、terrorrate,BER）,而且它利用多项式能够改善由内插法获得的信道估计。这个算法也允许