无线通信PHY-MassiveMIMO

无线通信PHY技术——MassiveMIMO学生：***导师：***目录1概述2关键问题3安全传输4参考文献SECTION1概述什么是massiveMIMO技术为什么是massiveMIMO技术massiveMIMO和现有MIMO技术的主要区别1概述MassiveMIMO就是在基站侧配置远多于现有的系统的大规模天线阵列的MU-MIMO，来同时服务多个用户，也称为LargeScaleMIMO。采用大规模天线阵列mMIMO，频谱效率比普通宏基站增加3到5倍[1]。最早由美国贝尔实验室研究人员TomasL.Marzetta提出在2010年“Non-cooperativecellularwirelesswithunlimitednumbersofbasestationantennas”。MassiveMIMO简介美国莱斯大学Argos大规模天线阵列原型机TDDMassiveMIMO2.01概述1.频谱效率高提高系统的空间分辨率使得基站覆盖范围内的多个用户在同一时频资源上利用大规模MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信，提升频谱资源在多个用户之间的复用能力，从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率。3.鲁棒性强天线数目远大于UE数目，系统具有很高的空间自由度，系统具有很强的抗干扰能力。4.数据传输速率高当基站天线数目趋于无穷时，加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响全都可以忽略不计[2]。数据传输速率能得到极大提高。MassiveMIMO主要优点2.功率消耗低可形成更窄的波束，集中辐射于更小的空间区域内，从而使基站与UE之间的射频传输链路上的能量效率更高，减少基站发射功率损耗，是构建未来高能效绿色宽带无线通信系统的重要技术。1概述与现在MIMO系统的主要区别：T.L.Marzetta在2010年文献[2]中指出的：“byincreasingthenumberofantennasatthebasestation,wecanaverageouttheeffectsoffading,thermalnoiseandintra-cellinterference.”在分析方法上体现为大数定理、中心极限定理的应用，使得大规模MIMO系统的信号处理方法不需要再采用复杂的非线性设计来避免上述提到的干扰，而只需要简单的线性设计即可实现较好的系统性能。然而随着天线数量的增加，也会引发了新的问题和挑战1、信道测量和建模；2、导频设计以及降低导频污染研究；3、上，下行信道估计、信号反馈、两阶段预编码等研究；4、降低硬件开销的混合预编码结构和方法研究。SECTION2关键问题导频污染信道估计预编码技术信号检测2关键技术导频污染导频污染：TDD系统中上下行各个导频符号之间都是相互正交的，这样对于接收端接收到的相邻小区的干扰信号都可以利用正交性在解码时消除，然而在实际MassiveMIMO系统中，相互正交的导频序列数目取决于信道延迟扩展及信道相干时间，并不能完全满足天线及用户数量增加带来的导频序列数目需求。用户数量的增加使相邻小区间不同用户采用非正交的（相同的）导频训练序列，从而导致基站端对信道估计的结果并非本地用户和基站间的信道，而是被其他小区用户发送的训练序列所污染的估计，进而使得基站接收到的上行导频信息被严重污染。当存在导频污染时，用户与各个小区基站之间的导频信号非正交，多个导频信号相互叠加，使得基站的信道估计将会产生误差。而信道估计的误差将会导致基站侧对传输信号的信号处理过程出现偏差，进而引入了小区间干扰并导致速率饱和效应，导频污染成为限制MassiveMIMO的关键问题。2关键技术信号传输的有效性依赖于信道状态信息(CSI)的准确性。基站侧天线数以及小区内用户数目的增加，导致信道状态信息的获取及准确性成为关键性问题。时分双工(TDD)双工模式频分双工(FDD)双工模式。信道估计在发射端对于传输信号进行处理，优化传输信号，简化接收端复杂程度，提升系统容量及抗干扰能力。线性预编码：匹配滤波器(MF)、迫零预编码(ZF）非线性预编码：脏纸编码(DPC)、矢量预编码(VP)预编码技术主要用于上行链路中恢复多传输天线发送的期望接收信号。设计低功耗且低计算复杂度的接收端较为复杂但具有巨大的实际意义。最大似然检测(MLD)、迫零捡测(ZFD)、最小均方误差检测（MMSED)、连续干扰消除（SIC)等。信号检测SECTION3安全传输文献SecureTransmissioninMulticellMassiveMIMOSystems阅读3安全传输安全传输可以通过物理层安全技术来解决。作为上层加密方法的一种补充或代替技术。物理层安全的基本思想是是从信息传输的直接通道一一信道入手,从根本上切断窃听者的信息来源。主要技术是利用无线信道的固有的特性，通过信道编码、信号处理等手段利用、改造无线信道的一些特征,保障信息可无差错地、有效地传输到目标用户,同时阻断、扰乱窃听者的信息接收,使其无法获取信号或因误码率非常大而不能准确解码信号系统可达保密速率的最大值定义为保密容量。该技术基于香农信息安全理论。被证明具有提供不可攻破、不依赖于计算复杂度“绝对安全”的能力。3安全传输目前常用的抑制窃听者信号接收质量的技术主要有两类：一类对发送信号进行波束赋形，将发射信号对准合法用户的方向，同时降低窃听端的接收信号功率；另一类是人为产生噪声对窃听者进行干扰。窃听者用户有用信号人为噪声3安全传输实验场景：如图主要解决的问题：securedownlinktransmissioninamulticellmassiveMIMOsystem基本方法：Usingmatched-filterprecodingandartificialnoise(AN)generationatthebasestation(BS)inthepresenceofapassivemultiantennaeavesdropper性能衡量指标：ergodicsecrecyrate（遍历保密速率）secrecyoutageprobability（保密中断概率）文献：SecureTransmissioninMulticellMassiveMIMOSystems结论：在考虑系统导频干扰以及小区间干扰的条件下，作者提出结合匹配滤波编码和基站人为噪声产生的方案，在用户和窃听者路径衰落相同的条件下能够获得非零的遍历保密速率；如果窃听端天线较多，则网络安全性能不能保障；随着基站天线的增加链路遍历保密速率逐渐增加。3安全传输问题1：为了简化模型作者设计了多种假设；“weassumethattheeavesdroppercanacquireperfectknowledgeofthechannelstateinformation(CSI)ofalluserdatachannelsandisabletocancelallinterferingusersignals.”“weassumetheeavesdropperispurelypassive.”“weassumethattheeavesdropper’sCSIisnotavailableatthelocalBS.“问题2：在结论中作者提到在窃听端天线较多的情况下，遍历保密速率不能保障。文献：SecureTransmissioninMulticellMassiveMIMOSystemsSECTION4参考文献4参考文献[1][2]MarzettaTL.NoncooperativeCellularWirelesswithUnlimitedNumbersofBaseStationAntennas[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2010,9(11):3590-3600.[3]ZhuJ,SchoberR,BhargavaVK.SecureTransmissioninMulticellMassiveMIMOSystems[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2014,13(9):4766-4781.[4]ZhuJ,SchoberR,BhargavaVK.LinearPrecodingofDataandArtificialNoiseinSecureMassiveMIMOSystems[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2016,15(3):2245-2261.THANKYOUFORWATCHING