【摘 要】
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由于全球智能移动终端数量的迅速增多以及万物互联的慢慢普及,现有的通信速率不足以满足当下这个信息爆炸时代的需求。如今5G的部署在世界各国正在如火如荼地进行,同时一些通信强国也已经启动了 6G项目的设计与研发。早在2018年10月,我国就已经开始了 6G相关的研发工作。整个1G到5G的系统技术都是基于蜂窝网的,由此作为突破点,“去蜂窝”网络架构成为了 6G主要变革方向之一,并得到了学术界越来越多的关注
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由于全球智能移动终端数量的迅速增多以及万物互联的慢慢普及,现有的通信速率不足以满足当下这个信息爆炸时代的需求。如今5G的部署在世界各国正在如火如荼地进行,同时一些通信强国也已经启动了 6G项目的设计与研发。早在2018年10月,我国就已经开始了 6G相关的研发工作。整个1G到5G的系统技术都是基于蜂窝网的,由此作为突破点,“去蜂窝”网络架构成为了 6G主要变革方向之一,并得到了学术界越来越多的关注与研究。在分布式天线系统的基础上产生了一种非常具有前景的去蜂窝大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)技术。本文主要研究了去蜂窝大规模MIMO系统中的安全问题、导频分配、以及接入点(Access Point,AP)选择问题。对于去蜂窝大规模MIMO系统中安全问题的研究,本文分析了去蜂窝大规模MIMO含有主动窃听用户的系统模型。该模型考虑了 AP选择、导频污染、以及功率分配,并且AP处具有多个天线,这样的模型更具有普适性。此外本文还着重分析并推导了此模型下的上行导频传输与下行数据传输阶段,推导出了传输表达式以及用户可达速率的闭式表达式。本文还分析了系统的保密性能,推导出了 AP发送信号与正常用户接收到信号的互信息下限与攻击者的互信息上限,定义并分析了被窃听用户的保密率。在导频分配方面,本文分析了一个考虑AP选择、导频污染、功率分配,但没考虑主动窃听的去蜂窝大规模MIMO系统。分析了此模型下的信道估计与上下行数据传输阶段,给出了此模型下的用户可达速率的闭式表达式,同时也分析了当AP数量趋于无穷时系统的理论性能。分析并推导了此模型下的旨在提升用户体验下限的导频功率控制算法以及Max-Min功率控制算法。提出了一种基于加权计数的导频分配算法来降低系统内的导频污染从而提升系统性能,该算法的主要思想是尽量让位置较近的用户分到不同的导频,同时优先分配信道质量较差用户的导频,并对导频使用次数进行加权计数。仿真结果表明,所提算法对系统性能提升显著,并且复杂度低,在实际应用中是可行的。对于AP选择问题的研究,本文提出了一种基于大尺度衰落与弱者优先的AP选择算法。对于具体的选择问题,该算法的主要思想是基于大尺度衰落的,考虑到每个AP的功率有限,因此为了避免某个AP被过量使用,该算法维护了一个AP使用次数数组。在进行AP选择时,会让信道质量差的用户优先选择,同时维护一个用户已选择AP大尺度衰落之和的最小值,当某个用户已选择AP的信道增益大于此最小值且正在选择的AP使用次数已超过平均值时就不再考虑此AP了。当正在选择的AP的使用次数小于一定阈值或者在后面本不该选择的AP中找不到更优值是就为用户选择此AP。仿真结果表明,本文所提的算法相对于主流算法对系统性能提升效果显著,并且也具有较低的复杂度,使得其实际应用成为可能。
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