[发明专利]基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法

权利要求书

1.一种基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)用户数据预处理，依次对所有用户进行编号，各个基站均获得所有用户到自己的距离信息，并将这些距离信息传递给基站控制器；

12)子联盟结构的建立，基站控制器根据各个基站获得的所有用户距离信息，通过联盟博弈方法将所有用户归入P个互不相交的子联盟；所述的子联盟结构的建立包括以下步骤：

31)初始化操作，设时间t＝0，所有用户的搜索次数初始值α_jk＝0，将所有用户随机归入P个子联盟作为初始联盟状态

32)依据联盟博弈方法不断的调整联盟结构，直至方法结束获得P个子联盟结构；

所述的依据联盟博弈方法不断的调整联盟结构包括以下步骤：

41)从用户(1,1)开始，对所有的用户依次循环进行搜索；

判断用户(j,k)对于所有子联盟的退盟或入盟的条件是否满足；

411)判断用户(j,k)对于所有子联盟的退盟条件是否满足，

4111)从开始，对中所有的子联盟依次进行搜索，判断用户(j,k)加入以后是否绝对增加自己的效用函数，其退盟判断式如下：

4112)若子联盟不满足用户(j,k)的退盟判断式，则继续针对子联盟进行退盟判断式的判断；

4113)若搜索到最后一个子联盟仍不满足退盟判断式，则继续针对下一个用户进行搜索；

4114)若子联盟满足用户(j,k)的退盟判断式，则搜索次数α_jk加1，

α_jk＝α_jk+1，

再进行判断用户(j,k)对于子联盟的入盟条件是否满足；

412)判断用户(j,k)对于子联盟的入盟条件是否满足；

4121)针对所有的用户，判断用户(j,k)的加入是否满足不会减小联盟中各用户的效用函数，其入盟判断式表示如下：

4122)若子联盟不满足入盟判断式，且α_jk≤τ_jk，α_jk为用户(j,k)的当前搜索次数，τ_jk为用户(j,k)的搜索次数阈值，则继续针对子联盟进行退盟判断式的判断；

4123)若子联盟不满足入盟判断式，且α_jk＞τ_jk，则继续针对下一个用户进行搜索；

4124)若子联盟满足入盟判断式，且α_jk＞τ_jk，则继续针对下一个用户进行搜索；

4125)若子联盟满足入盟判断式，且α_jk≤τ_jk，则用户(j,k)加入子联盟更新联盟结构令时间t＝t+1；

42)方法是否结束的判断，检查所有用户对于所有子联盟的退盟和入盟的条件是否满足，若所有用户对于所有子联盟的退盟和入盟条件都不满足或则联盟博弈方法结束，获得P个子联盟结构；

否则继续针对下一个用户进行搜索；

13)导频分配结果的获得，基站控制器根据P个互不相交的子联盟，对同一子联盟的用户分配使用同一个上行导频训练序列，不同子联盟的用户分配相互正交的导频序列，再将此导频分配结果通过各基站分发给每个用户。

2.根据权利要求1所述的基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法，其特征在于，所述的用户数据预处理包括以下步骤：

21)设小区数量为L个，每个基站配置有M根天线，大规模MIMO系统共有N个用户，

设第j个小区的基站j服务K_j个用户，j∈{1,2,L,L}，

22)依次对N个用户进行编号，第j个小区的第k个用户表示为(j,k)，N个用户组成集合

23)设可用的相互正交的上行导频训练序列数目为P，发送信息时每一帧的帧长为Q；

24)各个基站获得每个用户到自己的距离信息，

设小区i中的基站i位置坐标为(x_BSi,y_BSi)，其中i∈{1,2,L,L},

用户(j,k)的位置坐标是(x_jk,y_jk)，则用户(j,k)到基站i的距离d_{BSi_jk}计算公式如下：

3.根据权利要求1所述的基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法，其特征在于，还包括对所有用户均进行效用函数的定义，所有用户效用函数的定义均相同，其定义如下：

效用函数的定义为

其中：为用户(j,k)的系统上行频谱效率，α_jk为用户(j,k)的当前搜索次数，为用户(j,k)的搜索次数阈值且

其中：

为基站对接收到的信号采用最大比合并时的用户(j,k)的上行接收信干噪比；

为基站对接收到的信号采用迫零合并时的用户(j,k)的上行接收信干噪比；

其中：β_jlm＝1/(d_{BSj_lm})^α，

d_{BSj_lm}为用户(l,m)到基站j的距离信息，α为路径损失指数，代表联盟结构中第j个小区的第k个用户所属的子联盟，p_d为所有用户的数据发送功率，p_p为所有用户的导频发送功率，σ²为加性高斯白噪声的方差。