基于大规模天线技术的上行多用户资源分配研究

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大规模天线技术因其对提升频谱效率、能量效率和在减小用户间干扰方面的巨大优势而成为第五代移动通信系统(5G)的关键技术之一。在大规模天线的上行传输中,基站通常配备数十乃至上百根天线,使得用户的传输环境大大改善,在相同时频资源下系统同时服务的用户数可以达到数十。当小区内用户数量足够多时,如何在同时考虑算法复杂度、用户间公平性和用户业务优先级等因素的前提下,将有限的时频资源在用户间进行分配,是影响大规模天线上行传输性能的关键因素之一。基于以上的问题,本文对大规模天线技术的上行多用户资源分配进行了研究。本文首先介绍了大规模天线技术上行多用户资源分配的研究背景、意义和现状,重点对大规模天线技术的起源——多入多出技术(Multiple input multiple output,MIMO)的系统模型和信道容量,以及实现信道容量的关键传输技术和经典多用户调度算法进行了介绍。基于上述调研,本文提出了一个基于信道相关性的低复杂度上行用户分组及资源分配算法。算法利用提出的基于信道相关性和发射功率的传输质量因子,来估计复用用户间的干扰,以此来避免精确的用户信干噪比计算。算法在决定初始用户所分配的时频资源数时,考虑了上行功率控制。仿真结果表明,所提算法以可接受的性能损失实现了多用户分组复杂性的有效降低。基于5G所要求的增强移动宽带(enhanced Mobile Broadband,eMBB)和高可靠低延时通信(Ultra-Reliable and Low Latency Communications,URLLC)业务共存的新场景,本文利用大规模天线支持大量用户空分复用时频资源的优势,提出了上行eMBB和URLLC用户共存的两种方案并通过仿真对比各自性能的优劣;同时为了衡量调度算法所能实现的URLLC用户对系统资源的利用效率,提出了URLLC用户剩余吞吐量这一性能指标,仿真结果表明,所提指标能够真实反映URLLC对系统资源的利用效率。最后本文对所做的贡献以及未来的研究方向进行了总结和展望。
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