本發(fā)明屬于通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種導頻分配方法，具體涉及在時分雙工模式下的一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多小區(qū)聯(lián)合的導頻分配方法。
背景技術(shù)：
：多輸入多輸出MIMO(MultipleInputMultipleOutput)技術(shù)指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。大規(guī)模MIMO指基站端配置幾十根甚至上百根天線，同時服務(wù)于多個移動終端的一種技術(shù)，作為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一，在多小區(qū)通信場景中，要得到信道狀態(tài)信息，一般采用傳統(tǒng)的基于導頻訓練序列的方式估計信道，理論上隨著基站端天線數(shù)的增長，小區(qū)內(nèi)干擾和非相關(guān)噪聲逐漸趨于零，信道容量應該不斷增長，但是由于信道相干時間的限制，沒有足夠長的相干時間來為不同的小區(qū)的用戶都分配正交的導頻序列，相同的導頻組會被相鄰的小區(qū)的用戶復用，這樣在進行信道估計時，由于基站端無法區(qū)分接收到的導頻信號，來自于本小區(qū)的用戶還是相鄰小區(qū)的其他用戶，因此就會產(chǎn)生導頻污染，大規(guī)模天線陣列的優(yōu)勢就會被減弱，這也成為大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的性能瓶頸。為了克服導頻污染帶來性能瓶頸，目前解決導頻污染的方法主要有以下三類：(1)高效的信道估計；(2)考慮導頻污染的多小區(qū)協(xié)作預編碼方法；(3)導頻調(diào)度及分配方法。其中導頻調(diào)度及分配方法，指的是通過改變發(fā)送導頻的位置，或者通過合理的分配不同的導頻給不同的用戶，來減小導頻污染的這樣一種方法。傳統(tǒng)的導頻調(diào)度及分配方法典型的是隨機導頻分配方法，通過將第k個導頻分配給每個小區(qū)中第k個用戶，這樣的分配方法實現(xiàn)時間復雜度低，但是存在系統(tǒng)平均信道容量性能較差的問題。為了克服隨機導頻分配方法存在的平均信道容量差的問題，作者liKu2016年在IEEEInternationalConferenceOnCommunicationSoft-wareandNetworks(ICCSN)發(fā)表文章“LowComplexityPilotAllocationinMassiveMIMOSystem”提出了一種基于貪婪的導頻分配策略，首先獲得分配同一導頻用戶所有可能的組合情況，然后通過計算每一種情況下的系統(tǒng)平均信道容量，不斷選出平均信道容量最大的一組用戶分配相同的導頻，此方法在基站天線數(shù)非常大的情況下，可以獲得比較好的系統(tǒng)平均信道容量性能，但是其性能和最優(yōu)分配下的系統(tǒng)平均信道容量性能還有一定差距，而且當用戶數(shù)較大時，復雜度也比較高。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的存在不足，提出了一種大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多小區(qū)聯(lián)合的導頻分配方法，用于解決現(xiàn)有導頻分配方法中存在的系統(tǒng)平均信道容量低和時間復雜度高的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)思路是：首先通過基站之間得信息交互，獲得所有基站和用戶的位置信息，然后計算出所有用戶到基站的大尺度衰落信息，構(gòu)造出有用信息集合和潛在干擾集合，最后根據(jù)用戶信道質(zhì)量條件，給信道條件差的用戶優(yōu)先分配導頻，并保證其遭受的干擾較小，以此來提升系統(tǒng)平均信道容量性能，并降低時間復雜度。根據(jù)上述技術(shù)思路，實現(xiàn)本發(fā)明目的采取的技術(shù)方案包括如下步驟：(1)設(shè)小區(qū)數(shù)量為L，每個小區(qū)包括一個基站和K個單天線用戶，其中，L≥2，K≥2，每個基站和用戶各包括一個正交導頻組F＝{φ1,…,φp,…,φK}，φp為第p個導頻，p的取值為1～K；(2)每個基站和用戶之間先進行信息交互，基站獲得小區(qū)的用戶位置信息，然后基站之間進行基站位置信息和用戶位置信息交互，得到所有的用戶位置信息U和基站位置信息B；(3)根據(jù)用戶位置信息U和基站位置信息B，計算所有用戶的大尺度衰落βi(i,k)，得到有用信息集合其中i代表第i個小區(qū)，k代表第k個用戶；(4)根據(jù)用戶位置信息U和基站位置信息B，計算除第i個小區(qū)的用戶外的其他L-1個小區(qū)的用戶的大尺度衰落βi(j,k)，得到潛在干擾集合其中j代表第j個小區(qū)；(5)根據(jù)有用信息集合α和潛在干擾集合αij，給所有用戶分配導頻信息，實現(xiàn)步驟為：(5a)從有用信息集合α中選取βi(i,k)最小值對應的用戶user(i,k)，并給該用戶分配導頻φp；(5b)從潛在干擾集合αij中選取和用戶user(i,k)對應的潛在干擾集合αij，再從該潛在干擾集合αij選取每個小區(qū)中對用戶user(i,k)干擾最小的用戶，并對其分配導頻φp；(5c)從有用信息集合α和潛在干擾信息集合αij中將已經(jīng)分配過導頻的用戶信息去除，實現(xiàn)對有用信息集合α和潛在干擾信息集合αij進行更新；(5d)判斷p與K是否相等，若是，表明所有用戶的導頻已經(jīng)分配完，否則，更新p＝p+1，并執(zhí)行步驟(5a)-(5d)，直到所有用戶的導頻分配完畢。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：本發(fā)明由于在進行導頻分配的過程中，采用通過計算得到的有用信息集合和潛在干擾集合，對有用信息集合中值最小元素對應的用戶和對該用戶干擾最小的用戶優(yōu)先進行導頻分配，既考慮了所有用戶的信道條件，又使得信道條件差的用戶遭受較小的干擾，與現(xiàn)有技術(shù)中基于貪婪的導頻分配方法相比，有效地提升了系統(tǒng)的平均信道容量，同時降低了導頻分配的時間復雜度。附圖說明圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)流程框圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)平均信道容量與基站天線數(shù)關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)平均信道容量與邊緣信噪比SNR關(guān)系圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：步驟1，設(shè)置通信場景參數(shù)。設(shè)小區(qū)數(shù)量L＝3，每個小區(qū)包括一個基站和K＝3個單天線用戶，每個基站和用戶各包括一個正交導頻組F＝{φ1,…,φp,…,φ3}，φp為第p個導頻，p的取值為1～3。步驟2，每個基站和用戶之間先進行信息交互，基站獲得小區(qū)的用戶位置信息，然后基站之間進行基站位置信息和用戶位置信息交互，得到所有的用戶位置信息U和基站位置信息B。每個基站先和基站所在小區(qū)的用戶之間進行交互，基站獲得用戶位置信息，然后每個基站將本基站的位置信息和小區(qū)的用戶的位置信息和其他的基站進行信息交互，使得每個基站都能得到所有用戶的位置信息U和基站位置信息B。步驟3，根據(jù)用戶位置信息U和基站位置信息B，計算所有用戶的大尺度衰落βi(i,k)，得到有用信息集合βi(i,k)計算公式如下：其中zi(j,k)為第j個小區(qū)的第k個用戶到第i個小區(qū)基站陰影衰落，并且服從對數(shù)分布，即10log10(zi(j,k))是均值為0，標準差為σshadow的高斯分布，di(j,k)是第j個小區(qū)的用戶k到第i個小區(qū)基站的距離，R代表小區(qū)半徑，γ為路徑損耗。步驟4，根據(jù)用戶位置信息U和基站位置信息B，計算除第i個小區(qū)的用戶外的其他L-1個用戶的大尺度衰落βi(j,k)，得到潛在干擾集合βi(j,k)計算公式如下：步驟5，根據(jù)有用信息集合α和潛在干擾集合αij，給所有用戶分配導頻信息，實現(xiàn)步驟為：(5a)從有用信息集合α中選取βi(i,k)最小值對應的用戶user(i,k)，假設(shè)βi(i,k)最小值為β3(3,1)，對應用戶為第3小區(qū)的用戶1，并給該用戶分配導頻φp；(5b)從潛在干擾集合αij中選取第3小區(qū)的用戶1對應的潛在干擾集合α3j，然后從潛在干擾集合α3j選取其他小區(qū)對第3小區(qū)的用戶1干擾最小的項假如為β3(1,1)和β3(2,2)，則給第1小區(qū)的用戶1和第2小區(qū)的用戶2分配同一導頻φp；(5c)從有用信息集合α和潛在干擾信息集合αij將已經(jīng)分配過導頻的用戶信息去除，實現(xiàn)對有用信息集合α和潛在干擾信息集合αij進行更新，從有用信息集合α和潛在干擾信息集合αij中去除已經(jīng)分配導頻過的用戶對應的βi(i,k)和βi(j,k)，用于保證已經(jīng)分配過導頻的用戶，不再參與下一次分配。(5d)判斷p是否等于3，若是，表明所有用戶的導頻已經(jīng)分配完，否則，更新p＝p+1，并執(zhí)行步驟(5a)-(5d)，直到所有用戶的導頻分配完畢。本發(fā)明和基于貪婪的導頻分配方法相比，有效的提升了系統(tǒng)平均信道容量，同時本發(fā)明的時間復雜度為O(KL2logK)，而要獲得最優(yōu)分配方案采用窮盡搜索的方法的時間復雜度為O((K！)L)，基于貪婪的導頻分配方法的時間復雜度為O(KL)，說明本發(fā)明有效的降低了時間復雜度，尤其在用戶數(shù)K大的情況下，降低時間復雜度的效果越明顯。以下結(jié)合仿真實驗，對本發(fā)明的技術(shù)效果作進一步說明：仿真條件：考慮L個小區(qū)，每一個小區(qū)包含一個基站和K個單天線用戶，每個基站配備M根天線，靠近基站周圍半徑r米內(nèi)無用戶，參數(shù)設(shè)置如下表：小區(qū)數(shù)L＝3基站天線數(shù)M50≤M≤800每個小區(qū)的用戶數(shù)KK＝3,8小區(qū)半徑RR＝500限制半徑rr＝30路徑損耗γγ＝3.8對數(shù)陰影衰落系數(shù)σshadow8dB仿真內(nèi)容：對本發(fā)明、傳統(tǒng)的隨機導頻分配方法、基于貪婪的導頻分配方法、和最優(yōu)分配下的窮搜方法進行仿真，其結(jié)果如圖2和圖3所示；參照圖2：針對邊緣信噪比SNR＝20dB，用戶數(shù)K＝3和用戶數(shù)K＝8兩種情況下，平均信道容量隨基站天線數(shù)變化進行仿真，結(jié)果如圖2(a)和圖2(b)所示；由圖2(a)可見，用戶數(shù)K＝3時，隨著基站天線數(shù)M從50～800不斷增長，本發(fā)明、傳統(tǒng)的隨機導頻分配方法、基于貪婪的導頻分配方法、和最優(yōu)分配下的窮搜方法下的平均信道容量也在不斷增長，在相同天線數(shù)下，本發(fā)明的平均信道容量性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的隨機導頻分配方法和基于貪婪的導頻分配方法，并可獲得接近最優(yōu)分配方法下的系統(tǒng)平均信道容量性能，說明本發(fā)明能有效的提升系統(tǒng)平均信道容量；結(jié)合圖2(a)和圖2(b)，用戶數(shù)K＝8時，在相同的基站天線數(shù)下，相比于用戶數(shù)K＝3情況下，傳統(tǒng)隨機分配方法下平均信道容量幾乎不變，基于貪婪的分配方法下平均信道容量增幅較小，本發(fā)明下平均信道容量有明顯的增長，隨用戶數(shù)增多本發(fā)明提升系統(tǒng)平均容量幅度越大。參照圖3：針對用戶數(shù)K＝3，基站天線數(shù)M＝800情況下，平均信道容量隨邊緣信噪比SNR變化進行仿真，其結(jié)果如圖3所示；由圖3可見，隨邊緣信噪比SNR在范圍0～20dB不斷增長，本發(fā)明、傳統(tǒng)的隨機導頻分配方法和基于貪婪的導頻分配方法下的平均信道容量均隨著邊緣信噪比SNR增長而增長，邊緣信噪比SNR大于20dB后，三種方法下的平均信道容量增幅趨于平緩，在同一信噪比SNR下，本發(fā)明的系統(tǒng)平均信道容量明顯優(yōu)于其他兩種方法。當前第1頁1 2 3