[发明专利]基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法

说明书

本发明涉及基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法，与现有技术相比解决了导频分配方法分析场景与实际应用场景差距较大的缺陷。本发明包括以下步骤：用户数据预处理；子联盟结构的建立；导频分配结果的获得。本发明将联盟博弈的思想引入到基于用户分组的导频分配中，既适用于小区形状不规则且每小区用户数不固定(用户随机分布)的场景，又能有效的减轻导频污染，可以缓解现有解决导频污染效应的方法难以实际应用的问题。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体来说是基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法。

背景技术

大规模MIMO是5G移动通信的关键技术之一，是指基站配置大量的天线，天线数目通常有几十、几百甚至几千根，是现有MIMO系统天线数目的1-2个数量级及以上。大规模MIMO除了可以大幅提高系统频谱效率和能量效率，还能获得十分精准的空间区分度以及相对廉价的硬件实现等好处。

大规模MIMO优良性能的获得有一个关键的假设，即收发器要获得可靠的信道状态信息。已有研究表明，对于TDD大规模MIMO的信道估计，根据大数定理当基站天线数很大时非相关噪声和快衰落效应的影响可以忽略，影响TDD大规模MIMO系统信道状态信息准确获取的主要因素是由于相邻(或者临近)小区用户重复使用导频(由于导频数目有限)引起的“导频污染”，也就是说导频污染是制约TDD大规模MIMO系统性能的瓶颈。

现有的减轻导频污染的方法中，合理的用户导频分配是一种有效的方法。然而已有的用户导频分配方法为了便于讨论，其分析均是假设小区形状规则(多为正六边形)且每小区用户数固定的场景。如图2所示，实际移动通信基站所形成的小区形状受地形、建筑物等诸多因素的影响，不可能是规则形状、各小区大小也不可能都一样，而且由于用户的移动性每小区用户数也无法固定不变。

针对这些实际场景，已有的用户导频分配方法不再适用。因此如何设计出适用于小区形状不规则且每小区用户数不固定(用户随机分布)场景的导频分配方法对于TDD大规模MIMO的推广和应用具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中导频分配方法分析场景与实际应用场景差距较大的缺陷，提供一种基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于联盟博弈的TDD大规模MIMO系统导频分配方法，包括以下步骤：

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；

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；

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。

所述的用户数据预处理包括以下步骤：

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}，

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

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；

各个基站获得每个用户到自己的距离信息，