[發明專利]一種大規模MIMO系統中基于大尺度衰落的導頻分配方法

在審

• 申請號: 201410706401.9
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104410480A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 張海霞;韓希婷;周曉天;郭帥帥;董冠男
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04B7/04
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種大規模MIMO系統中基于大尺度衰落的導頻分配方法，屬于通信系統領域。

背景技術

隨著用戶對高速數據服務的需求不斷增加，以及不斷增加的小區用戶數，移動通信網絡對頻譜資源的需求也日益增加。大規模MIMO系統通過在基站上部署大量的天線以及傳輸過程中采用時分雙工(TDD)操作，實現了信道容量和頻譜效率的大幅度提升，從而引起了無線通信領域的廣泛關注。在TDD通信機制中，上行訓練和數據傳輸都在同一段相干時間內完成。因而利用信道互易性，信道狀態信息(CSI)可以通過上行訓練得到。

由于用于信道估計的正交導頻序列的個數是有限的，無法保證分配給所有用戶的導頻序列都相互正交，從到導致獲得的信道估計受到了使用同導頻用戶信道的干擾，即“導頻污染”。研究結果表明，當基站上的天線數趨于無窮大時，非相關噪聲和快衰落對信道估計的影響將會消失，導頻污染成為了大規模MIMO系統中影響通信質量的主要瓶頸。從TDD通信機制的過程來看，導頻污染的影響可以通過優化的導頻分配、智能信道估計以及導頻污染預編碼等方面的技術得到緩解。

研究結果表明，當基站上的天線數趨于無窮大時，有效的上行信號干擾噪聲比(SINR)是一個依賴于用戶隨機位置和大尺度衰落的隨機量。基于上述背景，本發明考慮公平性準則，以最小SINR最大化為目標，給出了基于大尺度衰落的導頻分配方案。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種大規模MIMO系統中基于大尺度衰落的導頻分配方法，該方法有效減小導頻污染效應的影響，提高系統公平性，使得所有期望用戶中最小的SINR最大化，同時對于給定的SINR目標，能夠使達到這個目標的用戶比例最大；以及現有緩解導頻污染效應的方法難以實現和算法復雜等問題。

發明概述

一種大規模MIMO系統中基于大尺度衰落的導頻分配方法，利用用戶的大尺度衰落系數，確定期望用戶受干擾程度的強弱；按期望用戶受干擾程度由強到弱的次序，以SINR最大化為目標，采用基于貪婪策略的用戶調度算法確定用戶分組，以此進行導頻分配。假定該大規模MIMO系統包括L個同步的小區，每個小區含有一個配置有M根天線的基站和K個單天線用戶終端，通信過程采用TDD模式；并假定這L個小區以中心對稱方式分布，中心小區的用戶為期望用戶，且中心小區編號為小區1。為中心小區中的K個用戶，這K個期望用戶相比，距離中心小區基站較遠的用戶受到的干擾更強；對于L-1個干擾小區中的干擾用戶，距離基站較近的用戶對期望用戶的干擾更強。

發明詳述

一種大規模MIMO系統中基于大尺度衰落的導頻分配方法，包含以下步驟：

步驟1、獲取小區j中用戶k到中心小區中基站的大尺度衰落系數β_jk，j∈{1,…,L},k∈{1,…,K}，其中L是小區的個數，K是每個小區中用戶的個數，且L和K的取值范圍是大于1的整數；

步驟2、根據步驟1所獲得的大尺度衰落系數，對期望用戶按大尺度衰落系數從小到大排序依次編號，從而確定期望用戶的受干擾程度強弱；

步驟3、根據步驟1所獲得的大尺度衰落系數和步驟2中獲得的期望用戶受干擾程度的排序編號，以SINR最大化為準則，采用貪婪用戶調度算法，按受干擾程度從強到弱的次序進行用戶調度，獲得K個用戶分組，即得到分組結果；

步驟4、根據步驟3中的分組結果，基站對各個分組進行導頻分配，同一組內的用戶分配相同的上行導頻訓練序列，不同用戶組之間的用戶分配相互正交的導頻序列。

根據本發明優選地，所述步驟2中，期望用戶的受干擾程度由該用戶的大尺度衰落系數定性的給出：如對于用戶k₁和用戶k₂，如果則用戶k₁的受干擾程度要比用戶k₂的受干擾程度強。

根據本發明優選地，所述步驟3中所述分組過程，以SINR最大化為準則，分別從每個小區中選擇一個用戶，組成L個用戶的組合是第k個用戶組中從第l個小區中選出用戶的用戶編號，其中是第l個小區用戶編號的集合；這樣的用戶組共有K個，記為組內用戶分配同一個導頻序列，屬于不同組的用戶之間分配相互正交的導頻序列，從而保證同小區用戶之間互不干擾，不同小區之間只有分配到同一組的用戶相互干擾；

在大規模MIMO系統中，采用TDD技術時，用戶的SINR表示為：

根據本發明優選地，所述步驟3中貪婪用戶調度算法包括步驟如下：

步驟31、初始化第l個小區的用戶編號為自然編號初始化k＝1,j＝2；