5G大规模MIMO系统中的峰均比抑制技术研究

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移动通信发展至今,已经逐渐步入5G时代。5G移动通信系统具有更加丰富的应用场景,能够提供全新的用户体验,同时也对频谱效率和功率效率提出了更高的要求。大规模MIMO系统,通过在基站端部署大规模天线阵列,不仅能够显著地提高系统的频谱效率、改善通信质量,而且可以有效降低用户间干扰,降低基站的发射功率。然而,在该系统中,OFDM信号的高峰均比问题依然亟待解决。为此,本文展开了深入的探究,其主要贡献如下:在大规模MIMO系统中,为了降低用户间干扰,系统需要对原始数据流进行预编码处理。由于基站端部署了大规模天线,理论上,系统中存在无穷多种可行的预编码方案。不同的预编码方案会产生不同的发射信号,因此,寻求一种既能够降低用户间干扰,又能使得发射信号具有较低峰均比的预编码方案,就成为解决大规模MIMO系统峰均比问题的一个重要思路。基于这种思路,本文首先建立了基于预编码的峰均比抑制问题模型。针对该模型,本文提出了两种基于预编码的峰均比抑制技术:(1)利用split-Bregman算法框架,对问题模型进行求解,该算法框架利用分裂技术和传统的Bregman迭代算法,收敛速度快,且具有较低的计算复杂度;(2)利用改进的ADMM算法框架,将发射数据按照天线分为两组分别处理,而在每个天线组内,将发射数据进一步分解为若干个并行的子问题进行处理。仿真结果表明,该技术具有更高的执行效率。在大规模MIMO系统下,由于发射天线和接收天线数量的巨大差异,系统的传输信道之外存在与其完全正交的信道空间,即零空间。同时,为了降低信号的峰均比,传统的剪切技术是一种最为直接的方法,该技术可以表示为原始信号与剪切噪声的叠加。因此,如果能够保证剪切噪声全部分布于传输信道的零空间内,“剪切”后的发射信号就不会有任何的信号畸变。基于这种思路,本文提出零空间变换的概念,并建立了一种基于零空间变换的峰均比抑制问题模型。该模型将剪切噪声的功率最小化作为问题求解目标,以最终发射信号的峰均比作为约束,在保证峰均比条件的同时,降低剪切噪声的功率对接收信号信噪比的影响。最后,针对该问题模型,本文利用ADMM算法框架进行求解。仿真结果表明,所提基于零空间编码的峰均比抑制技术具有较低的复杂度,并且具有更好的误码率性能。
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