[发明专利]一种时分双工大规模MIMO系统中的传输功率和导频联合优化方案

说明书

针对时分双工大大规模MIMO系统的导频污染问题，我们提出了一种时分双工大规模MIMO系统中的传输功率和导频联合优化方案，以减轻导频污染并平衡相互干扰。由于导频之前即时信道状态信息的未知，我们利用时间相关信道的高斯‑马尔可夫过程，并使用卡尔曼滤波器不仅降低导频污染，而且提供先验估计值。随后，导出速率的确定性近似作为先验信道估计和先验估计误差的函数，并且制定了实现最大化‑最小的速率。在此基础上提出启发式导频分配方案。仿真数值结果证实了该方案提供的改进率。

技术领域

本发明属于时分双工大规模MIMO技术领域，为了缓解导频污染和数据干扰对用户传输性能的影响，基于用户导频功率和数据功率的联合优化方法，提出新的导频分配方案，有效降低导频污染，提高系统性能

技术背景

大规模MIMO被广泛认为是无线通信的关键技术，它通过使用数百甚至更多的天线提供高频谱效率和能量效率。目前的很多研究工作都是针对时分双工模式下的大规模MIMO展开的，其估计上行链路上的信道响应，基于信道互易性可用于上行链路接收组合和下行链路发射预编码。因此，不需要反馈，而且还只需要较少的训练开销，使得导频序列的所需长度与活动用户的数量成正比，然而，导频数量及其匮乏，所以在多小区时分双工大规模MIMO系统中，多小区高复用导频序列，导致相邻小区中的非正交上行导频序列产生导频污染，导频污染极其限制MIMO系统的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，一种时分双工大规模MIMO系统中的传输功率和导频联合优化方案，通过联合分配导频功率和数据功率，提出新的导频分配方案，以减轻导频污染并平衡相互干扰，提高上行链路的数据传输速率，同时提高系统的SINR性能。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方法：

提供一种时分双工大规模MIMO系统中的传输功率和导频联合优化方案，包括以下步骤：

步骤1、大规模MIMO系统和信道模型

由L个小区组成的多蜂窝大规模MIMO系统，其中每个小区配备有大量天线N的基站服务K个单天线用户。所有的基站和用户应该完全同步，并且其中每个小区内的用户的上行链路导频是相互正交，并且从一个小区重用到另一个小区。s_k＝[s_k1,s_k2,…,s_kτ]是长度为τ的导频序列，其中τ≥K，k＝1,…,K满足和k≠k′，因此，在第t个时隙时，基站j(j＝1,…,L)接收到的信号矩阵为可写为下式：

其中，是第t个时隙小区l(l＝1,…,L)的用户k到基站的信道；是用户k_l的发射功率，N₀是加性高斯白噪声向量，相互独立且服从分布。

下面是导频序列分配表，其中，被分配第k个导频的所有用户的集合标记做其中表示第L个小区被分配到第k个导频信号的用户。

导频序列分配表

步骤2、基于卡尔曼滤波器的信道估计

为了估计在小区j中的用户m,m＝1,…,K的信道的信号,上式可以被写为：

其中n′_0,t是服从分布的独立同分布变量组成的等效噪声，它直接表明，在信道估计阶段，不存在小区内干扰但是存在不可忽略的小区间导频污染。

步骤3、可实现的上行数据速率