[发明专利]一种能效最优的多小区大规模MIMO系统的导频调度方法

说明书

本发明公开了一种能效最优的多小区大规模MIMO系统的导频调度方法。主要包括首先分析多小区大规模MIMO TDD系统的能效，对其进行最优处理。进而在能效最优的系统中，提出一种基于最大化最小信干噪比的导频调度策略。接着，考虑到每个小区在系统中的地位是均等的，结合小区的均等特性和SA算法对调度策略进行优化，在性能允许下大幅缩减调度开销。导频调度是解决导频污染问题的重要手段，该调度策略对系统性能有很好的提升效果。与未考虑能效的导频调度系统相比，能效最优的调度系统极大地削减了计算开销。

技术领域

本发明为在能效最优的基础上进行大规模MIMO系统导频调度的一种方法，属于无线通信领域。

背景技术

近年来，信息和通信技术(ICT)产业正朝着第五代移动通信系统(5G)飞速发展。5G网络真正意义上实现了网络的可延展性、多功能性和高效性，使得万事万物可以高速连接。从技术层面上来说，5G网络应当提供高达20Gbps的峰值数据速率和超过100Mbps的平均数据速率。而在大规模MIMO通信系统中，基站端用大规模天线阵列代替原有的多天线，在不增加发送功率和系统带宽的前提下，信道容量获得大幅度提升。

能耗问题在5G网络的规划过程中备受关注，到2020年ICT产业每年将排放超过2.5亿吨的温室气体。为了保证可持续发展，5G网络应当维持在一个较低的能耗水平去获取尽可能大的容量增益。在此背景下，能效(EE)成为建设5G蜂窝网络关键指标，EE的定义是单位焦耳的能量传输的信号比特数。获得高能效的关键是提高空间复用率，即在单位面积上实现更多的并行传输，解决这个问题的有效办法之一便是大规模MIMO技术。

作为5G关键技术之一的大规模MIMO系统，其性能主要受限于导频污染。导频污染的本质是不同小区对同一导频序列的复用而引起的小区间干扰。当基站天线数较少，干扰、噪声和导频污染共同影响系统性能；而当基站天线数远大于与小区基站通信的用户数时，干扰和噪声等因素均可忽略不计，导频污染却越发突出成为系统性能的唯一影响因素，而导频调度是缓解这一问题的有效方法。

发明内容

技术方案：本发明采用的技术方案为一种应用于大规模MIMO多小区TDD系统的能效最优基础上的导频调度方法，旨在保证系统高能效的基础上，最大限度降低导频调污染的危害。本发明采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：基于5G蜂窝网络对能效的高要求，考虑大规模MIMO多小区TDD系统的能效，综合小区基站天线数、发射功率、每小区用户数这三个影响因子，对系统能效进行最大化处理。下行链路能效的表达式为

其中，K是每小区用户数；L是小区数；SINR_jk是信干噪比；E_TP是下行发射能量；η∈(0,1]是功率放大器的效率E_CP是单小区的电路能量消耗。调节各影响因子可以获得最优EE及该情况下的各个参数值。

步骤2：在能效最优的大规模MIMO系统中，采用一种基于最大化最小信干噪比的导频调度策略降低导频污染对系统性能的损害，调度准则具体表述为

其中，是所有可选分配方案的最大化最小信干噪比的集合，B代表所有导频分配方案，其任一元素B＝{B₁,B₂,…,B_j,…,B_L}，B_j表示j小区所有用户使用的导频序列的次序(导频次序)。

步骤3：利用小区的均等特性结合SA算法对调度策略进行优化。首先，考虑到系统每个小区都是均等的，将原先的方案作如下简化：首先，从K！中分配方案中挑选出i(i≤L)种供选择，表述成当i＝L时，表明L个小区所使用的导频次序都不同，当i＜L至少有两个小区共用一套导频次序；然后，将选出的i种导频次序分给所有小区。这一步表述成综合上面两步，导频方案总数降至