[发明专利]大规模MIMO系统中基于用户位置和分类的导频分配方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO中基于用户位置和用户分类的导频分配。本发明通过用户到基站的AOA和路径损耗将用户进行分类，然后按照规则进行导频分配；首先基于路径损耗和到达角设计目标函数，计算出通信系统中所有用户的目标函数；设置阈值，将所有用户的目标函数与所设阈值进行比较，并将用户分成两类：小于阈值的用户被认为是高干扰用户，反之低干扰用户；然后为高干扰用户分配正交导频，低干扰用户由于干扰很低，按目标函数大小进行排序并分别分配导频。相较于传统导频分配方案只考虑目标小区的性能，本发明中的导频分配方案考虑整个通信系统中所有小区的性能。通过仿真结果可以看出，本发明所提导频分配方案有效提升了系统整体性能。

技术领域

本发明属于信息与通信工程技术领域，涉及无线通信系统中的大规模MIMO技术，具体是大规模MIMO系统中的一种基于用户位置信息的导频分配方案。

背景技术

大规模MIMO技术是目前无线通信领域的一个研究热点。相对于传统MIMO，大规模MIMO在频谱效率和能效方面有显著的提高。大规模MIMO也因此被认为是5G无线通信的关键技术之一。

基站(BS)处准确估计出信道状态信息(CSI)对于在大规模MIMO中实现高频谱效率是至关重要的。上行通信时，用户向基站发送导频信号，基站使用收到的导频序列进行信道估计。由于时频资源的短缺，可供使用的正交导频序列的数量是有限的。因此必须在用户间复用导频序列，这导致信道估计结果不可避免的受到使用相同导频序列用户的干扰，这就是大规模MIMO系统中的导频污染问题。目前，导频污染问题是限制大规模MIMO系统性能的瓶颈问题。

目前有许多方法可以减轻导频污染。如设计新的导频分配方案、采用信道估计等等。本发明采用的是一种基于用户位置和用户分类的导频分配方案。

发明内容

本发明以缓解大规模MIMO系统中的导频污染为着眼点，以提高信道估计精确程度为目标，提出了一种基于用户位置信息的导频分配方案。该方案通过用户到基站的AOA和路径损耗将用户进行分类，然后按照一定规则进行导频分配。具体：基于路径损耗和到达角设计目标函数，计算出通信系统中所有用户的目标函数；设置合理阈值，将所有用户的目标函数与所设阈值进行比较，并将用户分成两类：小于阈值的用户被认为是高干扰用户，反之低干扰用户；为高干扰用户分配正交导频，低干扰用户由于干扰很低，按目标函数大小进行排序并分别分配导频。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：

步骤1.确定系统模型并进行问题描述；

1-1.大规模MIMO系统模型

考虑一个多用户大规模MIMO系统，系统中包含L个小区。每个多用户小区有K个单天线用户及1个配置有M根天线的基站。用户在小区中随机生成，小区基站则位于小区中心。系统模型如图1所示。本发明使用大规模MIMO系统中的时分双工(Time DivisionDuplexing,TDD)协议。

本发明使用如下的多径信道模型

其中，h_lkj为第l个小区中的第k个用户到第j个小区基站的M×1维上行信道矢量，P为到达路径的数量，为第p条路径的到达角，θ∈[0,2π]。a(θ)为天线导向矢量，如下式所示

其中，D为天线间距，基站天线为均匀分布阵列，λ为信号波长。为第p条路径的信道系数。β_lkj为第l个小区中的第k个用户到第j个小区基站间的大尺度衰落系数，由下式给出:

其中d_lkj为第l个小区中的第k个用户到第j个小区基站的距离，γ为路径损耗系数，α为常数，由下式给出