[发明专利]一种大规模MIMO系统中基于大尺度衰落的导频分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO系统中基于大尺度衰落的导频分配方法，属于通信系统领域。

背景技术

随着用户对高速数据服务的需求不断增加，以及不断增加的小区用户数，移动通信网络对频谱资源的需求也日益增加。大规模MIMO系统通过在基站上部署大量的天线以及传输过程中采用时分双工(TDD)操作，实现了信道容量和频谱效率的大幅度提升，从而引起了无线通信领域的广泛关注。在TDD通信机制中，上行训练和数据传输都在同一段相干时间内完成。因而利用信道互易性，信道状态信息(CSI)可以通过上行训练得到。

由于用于信道估计的正交导频序列的个数是有限的，无法保证分配给所有用户的导频序列都相互正交，从到导致获得的信道估计受到了使用同导频用户信道的干扰，即“导频污染”。研究结果表明，当基站上的天线数趋于无穷大时，非相关噪声和快衰落对信道估计的影响将会消失，导频污染成为了大规模MIMO系统中影响通信质量的主要瓶颈。从TDD通信机制的过程来看，导频污染的影响可以通过优化的导频分配、智能信道估计以及导频污染预编码等方面的技术得到缓解。

研究结果表明，当基站上的天线数趋于无穷大时，有效的上行信号干扰噪声比(SINR)是一个依赖于用户随机位置和大尺度衰落的随机量。基于上述背景，本发明考虑公平性准则，以最小SINR最大化为目标，给出了基于大尺度衰落的导频分配方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种大规模MIMO系统中基于大尺度衰落的导频分配方法，该方法有效减小导频污染效应的影响，提高系统公平性，使得所有期望用户中最小的SINR最大化，同时对于给定的SINR目标，能够使达到这个目标的用户比例最大；以及现有缓解导频污染效应的方法难以实现和算法复杂等问题。

发明概述

一种大规模MIMO系统中基于大尺度衰落的导频分配方法，利用用户的大尺度衰落系数，确定期望用户受干扰程度的强弱；按期望用户受干扰程度由强到弱的次序，以SINR最大化为目标，采用基于贪婪策略的用户调度算法确定用户分组，以此进行导频分配。假定该大规模MIMO系统包括L个同步的小区，每个小区含有一个配置有M根天线的基站和K个单天线用户终端，通信过程采用TDD模式；并假定这L个小区以中心对称方式分布，中心小区的用户为期望用户，且中心小区编号为小区1。为中心小区中的K个用户，这K个期望用户相比，距离中心小区基站较远的用户受到的干扰更强；对于L-1个干扰小区中的干扰用户，距离基站较近的用户对期望用户的干扰更强。

发明详述

一种大规模MIMO系统中基于大尺度衰落的导频分配方法，包含以下步骤：

步骤1、获取小区j中用户k到中心小区中基站的大尺度衰落系数β_jk，j∈{1,…,L},k∈{1,…,K}，其中L是小区的个数，K是每个小区中用户的个数，且L和K的取值范围是大于1的整数；

步骤2、根据步骤1所获得的大尺度衰落系数，对期望用户按大尺度衰落系数从小到大排序依次编号，从而确定期望用户的受干扰程度强弱；

步骤3、根据步骤1所获得的大尺度衰落系数和步骤2中获得的期望用户受干扰程度的排序编号，以SINR最大化为准则，采用贪婪用户调度算法，按受干扰程度从强到弱的次序进行用户调度，获得K个用户分组，即得到分组结果；

步骤4、根据步骤3中的分组结果，基站对各个分组进行导频分配，同一组内的用户分配相同的上行导频训练序列，不同用户组之间的用户分配相互正交的导频序列。

根据本发明优选地，所述步骤2中，期望用户的受干扰程度由该用户的大尺度衰落系数定性的给出：如对于用户k₁和用户k₂，如果则用户k₁的受干扰程度要比用户k₂的受干扰程度强。

根据本发明优选地，所述步骤3中所述分组过程，以SINR最大化为准则，分别从每个小区中选择一个用户，组成L个用户的组合是第k个用户组中从第l个小区中选出用户的用户编号，其中是第l个小区用户编号的集合；这样的用户组共有K个，记为组内用户分配同一个导频序列，属于不同组的用户之间分配相互正交的导频序列，从而保证同小区用户之间互不干扰，不同小区之间只有分配到同一组的用户相互干扰；

在大规模MIMO系统中，采用TDD技术时，用户的SINR表示为：

根据本发明优选地，所述步骤3中贪婪用户调度算法包括步骤如下：

步骤31、初始化第l个小区的用户编号为自然编号初始化k＝1,j＝2；