基于大規(guī)模天線陣的多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制研究

尚璟軒, 俞　暉, 羅漢文

(上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院,上海 200240)

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基于大規(guī)模天線陣的多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制研究

尚璟軒, 俞暉, 羅漢文

(上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院,上海 200240)

摘要:在基于時(shí)分雙工的大規(guī)模天線陣系統(tǒng)中,導(dǎo)頻污染是阻礙實(shí)現(xiàn)高頻譜效率、高吞吐率的最主要瓶頸之一.傳統(tǒng)的單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制使得用戶受到所有相鄰小區(qū)非正交導(dǎo)頻序列用戶的干擾,進(jìn)而加重導(dǎo)頻污染問(wèn)題.因此, 提出一種新的多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制(MLPS),使得目標(biāo)小區(qū)各用戶的導(dǎo)頻長(zhǎng)度可以更加接近其最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度,從而減弱導(dǎo)頻污染對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)而提升吞吐率的目的.首先,利用Monte-Carlo仿真觀察出系統(tǒng)內(nèi)各用戶最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度的分布情況.然后,基于多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制帶來(lái)的不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻間干擾與導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)干擾,給出一種可行的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和兩種時(shí)分雙工時(shí)序策略,分別用于消除以上兩類干擾.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制,多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制在上行、下行吞吐率上分別有18%與20%的提升.

關(guān)鍵詞:大規(guī)模天線; 導(dǎo)頻長(zhǎng)度; 時(shí)分雙工

0概述

近年來(lái),大規(guī)模天線陣(Massive MIMO)被看作為下一代移動(dòng)通信方案的關(guān)鍵技術(shù)而被大家廣泛討論[1].相比于傳統(tǒng)MIMO,大規(guī)模天線陣通過(guò)在基站端部署遠(yuǎn)多于用戶數(shù)的天線獲得用戶信道的正交性,進(jìn)而基站可以利用相同的時(shí)頻資源服務(wù)各個(gè)移動(dòng)用戶,極大地提升了頻譜效率[2-3].同時(shí),基于用戶信道的正交性[4],簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼,例如最大比合并(MRC),就可以達(dá)到傳統(tǒng)MIMO中使用復(fù)雜非線性預(yù)編碼的效果,例如Dirty Paper Coding(DPC)編碼[5].實(shí)現(xiàn)大規(guī)模天線優(yōu)勢(shì)的前提是:基站需要準(zhǔn)確知道各個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息(CSI).時(shí)分雙工利用信道互惠性,通過(guò)上行信道的導(dǎo)頻序列,基站可以獲得下行信道的狀態(tài)信息,并且序列的長(zhǎng)度與基站天線數(shù)無(wú)關(guān).頻分雙工要求基站發(fā)送下行導(dǎo)頻序列給用戶.由于大規(guī)模天線的使用,導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度成百倍地增加,極大地限制了天線陣的擴(kuò)展性.因此,時(shí)分雙工被認(rèn)為是適合于大規(guī)模天線陣的雙工方式.但是,由于相鄰小區(qū)用戶使用導(dǎo)頻序列的非正交性,導(dǎo)頻污染成為限制時(shí)分雙工大規(guī)模天線陣的主要因素[6].

針對(duì)導(dǎo)頻污染問(wèn)題,已經(jīng)有很多研究工作[6-9].采用了一種智能的導(dǎo)頻分配機(jī)制來(lái)對(duì)抗導(dǎo)頻污染.基站首先獲得每個(gè)導(dǎo)頻序列被污染的程度,通過(guò)依次將被污染最嚴(yán)重的導(dǎo)頻序列分配給信道質(zhì)量最好的用戶的策略最大化最小信干噪比(SINR)[7].利用多小區(qū)協(xié)同信號(hào)處理的方法減小導(dǎo)頻污染,但其由于增加了基站之間信息交換而減弱了頻譜效率[8].利用信道的統(tǒng)計(jì)協(xié)方差信息,通過(guò)一個(gè)貪婪的導(dǎo)頻分配算法減弱導(dǎo)頻污染,但其受限于高復(fù)雜度的計(jì)算[9].采用一種非同步的時(shí)序設(shè)計(jì)能有效地減弱導(dǎo)頻污染,但會(huì)受限于各個(gè)用戶組非同步信息的獲取.所有減弱導(dǎo)頻污染的方案都基于等長(zhǎng)導(dǎo)頻序列,忽略由于不同污染情況和自身信道質(zhì)量以及不同用戶的最優(yōu)導(dǎo)頻序列長(zhǎng)度不同的事實(shí).

基于Monte-Carlo仿真,在導(dǎo)頻污染的情況下,本文作者指出用戶的最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度在幾個(gè)值之間近似于均勻分布.多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制(MLPS)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于此.在傳統(tǒng)方法中,導(dǎo)頻序列必須為同樣的長(zhǎng)度,因此,幾乎所有用戶都要在自身最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度與規(guī)定導(dǎo)頻長(zhǎng)度之間做平衡,以得到最大化總吞吐率.MLPS通過(guò)支持多種長(zhǎng)度的導(dǎo)頻在系統(tǒng)中共存,使得各個(gè)用戶更好地接近其最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度,進(jìn)而提升吞吐率.

多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制的挑戰(zhàn)主要在于:不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻之間的非正交性、導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)南嗷ジ蓴_.對(duì)此,一種可行的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則用于解決前者挑戰(zhàn),兩種時(shí)分雙工策略用于解決后者挑戰(zhàn).具體來(lái)說(shuō),通過(guò)在原有正交短導(dǎo)頻后增加一段指定的額外導(dǎo)頻序列,使增加后的長(zhǎng)導(dǎo)頻正交維度變?yōu)樵械?倍.額外導(dǎo)頻序列矩陣被給出.時(shí)分雙工策略一要求額外導(dǎo)頻傳輸?shù)耐瑫r(shí),基站數(shù)據(jù)以相反方向的鏈路進(jìn)行傳輸.全雙工技術(shù)用于額外導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)傳輸階段,使得長(zhǎng)導(dǎo)頻用戶的信道估計(jì)不會(huì)受到數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?并且單入單出(SISO)信道的干擾被證明在大規(guī)模天線陣情況下趨于0.時(shí)分雙工策略二要求額外導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)在相同方向鏈路傳輸.時(shí)間相錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸策略用于后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸,以消除長(zhǎng)導(dǎo)頻用戶信道估計(jì)中參雜的短導(dǎo)頻信道.

1系統(tǒng)模型

討論的蜂窩網(wǎng)包含L個(gè)六角形小區(qū),每個(gè)小區(qū)擁有一個(gè)全雙工M根天線的基站和K個(gè)時(shí)分半雙工的自主單天線用戶.全雙工是另一個(gè)下一代移動(dòng)通信的潛在技術(shù),通過(guò)使單天線或者天線陣在相同的頻率資源實(shí)現(xiàn)收發(fā)同時(shí)進(jìn)行提升2倍的頻譜效率.大規(guī)模天線陣與全雙工的結(jié)合在近幾年是一種趨勢(shì)[10-11].需要注意到:用戶仍然是時(shí)分雙工,即本文作者提出的方案不需要改變現(xiàn)有的移動(dòng)終端,只需要在基站側(cè)做出改變.

1.1信道模型

1.2信道估計(jì)、預(yù)編碼模型

在大規(guī)模天線系統(tǒng)中,簡(jiǎn)單的線性預(yù)編碼,例如最小均方估計(jì)、最大比合并可與傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)中復(fù)雜的非線性預(yù)編碼獲得同樣的效果,例如球形編碼、DPC編碼[5-6].

2多長(zhǎng)度導(dǎo)頻的增益

簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)的時(shí)分雙工方式的導(dǎo)頻長(zhǎng)度變?yōu)橛脩舾髯宰顑?yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度勢(shì)必引入很多干擾,包括:不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻之間的正交性、導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸帶來(lái)的相互干擾.在本章中,暫時(shí)性忽略這些干擾,研究多長(zhǎng)度導(dǎo)頻給系統(tǒng)帶來(lái)的增益.

2.1系統(tǒng)吞吐率的增益

假設(shè)Th(k,τ)為目標(biāo)小區(qū)第k個(gè)用戶在一個(gè)相干時(shí)間內(nèi)的吞吐率,τ表示其使用的導(dǎo)頻序列長(zhǎng)度.另外,ψk表示與目標(biāo)小區(qū)第k個(gè)用戶使用相同導(dǎo)頻序列φ(k)的相鄰小區(qū)集合.因此,

其中當(dāng)基站天線數(shù)足夠大M→∞時(shí)[3],

因此,多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制給系統(tǒng)的總吞吐率提供如下增益:

其中,K≤τ,τk≤Tc并且Uk表示使用τk長(zhǎng)度導(dǎo)頻用戶的集合.上式表明,在導(dǎo)頻污染的情況下,只要系統(tǒng)可以支持多長(zhǎng)度導(dǎo)頻同時(shí)存在且沒(méi)有相互干擾,用戶就可能更加靠近各自的最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度,總的吞吐率不會(huì)低于只允許單一長(zhǎng)度導(dǎo)頻的機(jī)制.

2.2最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度的分布

基于導(dǎo)頻污染的典型場(chǎng)景[2,9],相干時(shí)間內(nèi)信道使用次數(shù)設(shè)置為Tc=20,利用暴力算法在100次 Monte-Carlo仿真中研究最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度的分布.

圖1　最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度分布

如圖1所示,最優(yōu)的導(dǎo)頻長(zhǎng)度并沒(méi)有集中在一個(gè)值,相反分布于多個(gè)值中,這是多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制相比于傳統(tǒng)單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制存在優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ).傳統(tǒng)單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制中,大部分用戶都會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)置的導(dǎo)頻長(zhǎng)度而損失掉其最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度對(duì)總吞吐率的增益.

總之,一方面,系統(tǒng)內(nèi)用戶的最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度沒(méi)有集中于一個(gè)值而是在幾個(gè)值之間分布;另一方面,如果用戶使用的導(dǎo)頻長(zhǎng)度可以分別靠近各自最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度,系統(tǒng)總吞吐率將會(huì)提升.

結(jié)論1只要系統(tǒng)可以消除多長(zhǎng)度導(dǎo)頻引入的不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻間干擾、導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)相互干擾,系統(tǒng)同時(shí)支持的不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻數(shù)越多,對(duì)總的吞吐率提升越大.

3多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制

上一章描述的多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制的增益是基于忽略其帶來(lái)的額外干擾,包括:不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻之間非正交性的干擾和導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸帶來(lái)的相互干擾.本章提出一種可行的導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則用于消除前者干擾和兩種時(shí)分雙工的時(shí)序策略用于消除后者干擾.多于兩種的導(dǎo)頻長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方案可通過(guò)迭代的方法實(shí)現(xiàn),出于篇幅考慮,本章只介紹兩種長(zhǎng)度的導(dǎo)頻方案.

3.1擴(kuò)展導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

出于導(dǎo)頻正交性考慮,列出導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)滿足的目標(biāo):

植物措施的建設(shè)，將使項(xiàng)目區(qū)的林木覆蓋率由治理前的8.2%提高到15%，從而減輕風(fēng)沙危害，相對(duì)濕度可增加2.9～3.2%，風(fēng)速可減弱16.5～35.1%。由于截流下滲，灌溉補(bǔ)源，地下水位將明顯回升，有效改良水質(zhì)條件，改善水系生態(tài)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的生態(tài)農(nóng)林奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

利用傳統(tǒng)的正交導(dǎo)頻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)短導(dǎo)頻矩陣,根據(jù)各個(gè)用戶的最優(yōu)導(dǎo)頻長(zhǎng)度,選擇最需要使用長(zhǎng)導(dǎo)頻的用戶作為附加導(dǎo)頻序列使用對(duì)象.通過(guò)在被選擇用戶使用的短導(dǎo)頻之后增加一段附加導(dǎo)頻序列,構(gòu)成長(zhǎng)導(dǎo)頻.附加導(dǎo)頻序列的長(zhǎng)度同等于被選擇使用長(zhǎng)導(dǎo)頻的用戶數(shù).通過(guò)此方法,不同長(zhǎng)度導(dǎo)頻之間正交性由短導(dǎo)頻設(shè)計(jì)決定,長(zhǎng)導(dǎo)頻的正交維度擴(kuò)展由附加導(dǎo)頻序列決定.

附加導(dǎo)頻矩陣滿足的條件:

附加導(dǎo)頻選擇方案:

or

其中⊕表示在選擇的短導(dǎo)頻之后增加一段附加導(dǎo)頻的操作.注意到:無(wú)論附加導(dǎo)頻的長(zhǎng)度為多少,長(zhǎng)導(dǎo)頻的正交維度總是短導(dǎo)頻正交維度的2倍,也就是說(shuō),使用長(zhǎng)導(dǎo)頻用戶導(dǎo)頻污染的程度是短導(dǎo)頻用戶的一半.

3.2時(shí)分雙工時(shí)序設(shè)計(jì)

結(jié)合全雙工天線陣(全雙工天線陣的自干擾可以被完全消除),本節(jié)給出兩種時(shí)序設(shè)計(jì),并依次證明通過(guò)給出的時(shí)序設(shè)計(jì),附加導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)臒_可以被完全消除.時(shí)序策略一要求附加導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)在相反方向鏈路上傳輸,通過(guò)改變基站下行波束賦形向量保證長(zhǎng)導(dǎo)頻用戶信道估計(jì)質(zhì)量,進(jìn)而消除干擾.時(shí)序策略二要求附加導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)在相同方向鏈路上傳輸,通過(guò)使用長(zhǎng)短導(dǎo)頻用戶數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間交錯(cuò)的方法,抵消長(zhǎng)導(dǎo)頻用戶信道估計(jì)中來(lái)自短導(dǎo)頻用戶的污染.由于與基站同高度的反射物有限,故基站-基站信道包含一定程度的視線[10].通過(guò)將原有波束賦形向量投影到基站-基站信道矩陣零空間的方法,可消除基站對(duì)于基站的干擾[6].

3.2.1時(shí)序設(shè)計(jì)一

(3) 基站基于(1),(2)步接受的長(zhǎng)導(dǎo)頻序列,對(duì)用戶k∈Ul進(jìn)行信道估計(jì),并利用估計(jì)的結(jié)果計(jì)算波束賦形向量,用戶k∈Usk∈Us進(jìn)行同步的上行、下行數(shù)據(jù)傳輸.

圖2　時(shí)分雙工時(shí)序設(shè)計(jì)一

(1)

由于基站-基站間的影響通過(guò)波束賦形向量的調(diào)整被消除,基站接收到用于k∈Ul信道估計(jì)的序列為:

(2)

利用最小均方估計(jì),得到k∈Ul的信道估計(jì):

比較(1),(2)與[6]中的結(jié)果可得,多長(zhǎng)度導(dǎo)頻的機(jī)制沒(méi)有在信道估計(jì)階段引入多余的干擾,即在后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸階段,長(zhǎng)短導(dǎo)頻用戶可以同步進(jìn)行上行、下行數(shù)據(jù)傳輸.

當(dāng)k∈Ul在發(fā)送附加導(dǎo)頻的同時(shí)k∈Us處于接收狀態(tài),其接收的符號(hào)包括基站發(fā)送的下行數(shù)據(jù)與k∈Ul發(fā)送的附加導(dǎo)頻,表示為:

定理1假設(shè)x,y∈CM×1為2個(gè)獨(dú)立的向量,并服從CN(0,cI)的高斯分布,則:

式(3)中的第二項(xiàng)為經(jīng)過(guò)SISO信道有限能量的附加導(dǎo)頻序列符號(hào),由于其沒(méi)有經(jīng)過(guò)大規(guī)模天線陣的傳輸,其能量不隨天線數(shù)目的增多而增加,基于定理1,可得:

因此,當(dāng)天線數(shù)目足夠多時(shí)(M→∞),第i小區(qū)k∈Us用戶在同時(shí)有附加導(dǎo)頻傳輸影響的下行SINR為:

通過(guò)式(4)與文獻(xiàn)[6]的比較,可知附加導(dǎo)頻傳輸并沒(méi)有影響k∈Us用戶下行SINR,所以時(shí)序設(shè)計(jì)一消除了導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸帶來(lái)的相互干擾.

3.2.2時(shí)序設(shè)計(jì)二

與時(shí)序設(shè)計(jì)一不同之處在于,當(dāng)k∈Ul用戶在發(fā)送附加導(dǎo)頻的同時(shí),k∈Us用戶亦向基站發(fā)送上行數(shù)據(jù)符號(hào),即不保證k∈Ul用戶的信道估計(jì)質(zhì)量,并且其被所有k∈Us用戶的信道所污染.

(2) 基站基于接收的導(dǎo)頻序列,對(duì)用戶k∈Us進(jìn)行信道估計(jì),同時(shí)k∈Us用戶繼續(xù)向基站發(fā)送上行數(shù)據(jù)符號(hào),基站利用估計(jì)的信道對(duì)上行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè).k∈Ul用戶發(fā)送附加導(dǎo)頻序列;

(3) 當(dāng)k∈Ul用戶的附加導(dǎo)頻序列發(fā)送完成,基站利用之前接收的所有數(shù)據(jù)對(duì)k∈Ul用戶進(jìn)行信道估計(jì),并完成k∈Usk∈Ul用戶的下行波束賦形向量的計(jì)算.采用時(shí)間相錯(cuò)的方式進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸,即當(dāng)k∈Us用戶處于上行狀態(tài)時(shí)k∈Us用戶必須處于下行狀態(tài),反之亦然.

圖3　時(shí)分雙工時(shí)序設(shè)計(jì)二

最大比合并(MRC)用于k∈Us上行數(shù)據(jù)符號(hào)的檢測(cè):

基于定理1,當(dāng)天線數(shù)目足夠大時(shí),上式中只有第一項(xiàng)非零.因此,顯然附加導(dǎo)頻的存在對(duì)于k∈Us用戶上行數(shù)據(jù)符號(hào)的檢測(cè)沒(méi)有影響.

基站對(duì)于k∈Ul用戶的信道估計(jì)基于前兩個(gè)階段接收的所有序列,包括k∈Us用戶的短導(dǎo)頻序列、上行數(shù)據(jù)序列以及k∈Ul的長(zhǎng)導(dǎo)頻序列:

其中ajk∈CN(0,1)為修改的數(shù)據(jù)向量與長(zhǎng)導(dǎo)頻序列的內(nèi)積,注意到:k∈Ul用戶的信道估計(jì)被所有k∈Us用戶的信道所污染.

基于對(duì)k∈Us,k∈Ul用戶的信道估計(jì),系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的時(shí)間相錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸,即k∈Us,k∈Ul在相反方向的鏈路上發(fā)送與接收數(shù)據(jù).處于文章篇幅的考慮,只討論k∈Us接收下行數(shù)據(jù),k∈Ul發(fā)送上行數(shù)據(jù)的情況.

k∈Us接收的符號(hào)包括基站發(fā)送的下行符號(hào)與k∈Ul發(fā)送的上行符號(hào),表示為:

如時(shí)序設(shè)計(jì)一所述,來(lái)自SISO信道的干擾在大規(guī)模天線場(chǎng)景中趨于0,因此,k∈Us的下行SINR為:

基于定理1,當(dāng)天線數(shù)足夠大時(shí),上式得第一項(xiàng)趨于0.第二項(xiàng)可分解為3部分:

基于定理1,只有第一部分在天線趨于無(wú)窮時(shí)非零.因此,k∈Ul上行SINR為:

(6)

將式(5)和式(6)與文獻(xiàn)[6]比較可知,時(shí)序設(shè)計(jì)二消除了導(dǎo)頻-數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸帶來(lái)的相互干擾.

4仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1　仿真參數(shù)

實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如圖4～7所示.

圖4　下行SINR的CDF

圖5　上行SINR的CDF

圖6　平均下行容量

圖7　平均上行容量

其中,CDF為累積分布函數(shù).通過(guò)Monte-Carlo仿真得到針對(duì)不同天線數(shù),多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制對(duì)于傳統(tǒng)單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制的增益效果.圖4,5表示出多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制在上行、下行鏈路SINR都優(yōu)于傳統(tǒng)單長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制.圖6,7表示在上下行容量上,多長(zhǎng)度導(dǎo)頻機(jī)制有18%和20%的增益.

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(責(zé)任編輯：顧浩然)

A massive MIMO system based multi-length pilot scheme

SHANG Jingxuan, YU Hui, LUO Hanwen

(School of Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

Abstract:In massive MIMO system,pilot contamination is considered as a challenging problem,which deteriorates channel estimation at base station (BS) and therefore reduces the total throughput.In the conventional single-length pilot schemes,such contamination is severe due to the full reuse of pilot sequences in adjacent cells.Therefore,in this paper,we propose a novel multi-length pilot scheme (MLPS) so that each user equaipment (UE) in the target cell can approach respective optimal pilot length and the total throughput can be increased.First,we illustrate the fact that the optimal pilot lengths of UEs in the same cell are distributed among several values.Then,to eliminate the interferences caused by nonorthogonality of different-length pilots and simultaneous transmission of pilots and data,a feasible pilot design criterion is presented and two time-division strategies are developed.Finally,we evaluate our schemes by extensive simulations,MLPS obtains a gain of up to 18% for uplink throughput and up to 20% for downlink throughput.

Key words:Massive MIMO; pilot contamination; multi-length pilot

中圖分類號(hào):TN 47

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1000-5137(2016)02-0193-09

通信作者:俞暉,中國(guó)上海市閔行區(qū)東川路800號(hào),上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,郵編:200240,E-mail:yuhui@sjtu.edu.cn.

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技重大專項(xiàng)“TD-LTE/FDD-LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM多?；鶐逃眯酒邪l(fā)”(2013ZX030 01007-004)

收稿日期:2015-12-15