本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，涉及一種基于大規(guī)模MIMO的多小區(qū)導(dǎo)頻分配方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)使原來(lái)的LTE技術(shù)越來(lái)越不能滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，大規(guī)模MIMO因其巨大的潛能在5G無(wú)線通信中有著很好的應(yīng)用前景。

對(duì)于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)而言，準(zhǔn)確的信道估計(jì)對(duì)獲取較高的系統(tǒng)容量是至關(guān)重要的。然而，由于相干時(shí)間短或者存在大量的用戶，導(dǎo)頻數(shù)量有限，分布在相鄰小區(qū)的用戶不可避免地重復(fù)利用相同的導(dǎo)頻序列?；驹讷@取用戶信道估計(jì)時(shí)受到相鄰小區(qū)使用相同導(dǎo)頻序列的用戶干擾，這就是所謂的導(dǎo)頻污染。研究結(jié)果表明，當(dāng)基站的天線數(shù)趨于無(wú)窮大時(shí)，用戶的上行信號(hào)干擾噪聲比(SINR)是一個(gè)依賴于用戶隨機(jī)位置和大尺度衰落的隨機(jī)量。

在傳統(tǒng)的大規(guī)模MIMO導(dǎo)頻分配方案中，基站將導(dǎo)頻隨機(jī)分配給本小區(qū)的用戶，由此所產(chǎn)生的導(dǎo)頻污染便可以通過(guò)改變基站配置、調(diào)整天線、優(yōu)化導(dǎo)頻分配方案等來(lái)緩解。

有學(xué)者采用導(dǎo)頻時(shí)移的方法來(lái)減輕導(dǎo)頻污染，通過(guò)將某個(gè)小區(qū)內(nèi)的導(dǎo)頻時(shí)隙對(duì)齊到相鄰小區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)隙，在不同小區(qū)同步傳輸方案下有效地抑制了導(dǎo)頻污染，但該方案同時(shí)也引入了導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)的相互干擾。另有學(xué)者提出了一種導(dǎo)頻序列分配策略，其具體思路是為小區(qū)中心的用戶分配相同的導(dǎo)頻，而對(duì)于小區(qū)邊緣用戶則采用正交導(dǎo)頻，從而減輕導(dǎo)頻污染，提升系統(tǒng)的容量，然而當(dāng)小區(qū)邊緣的用戶數(shù)量相對(duì)較大時(shí)，獲取所需正交導(dǎo)頻序列的數(shù)量將是一個(gè)很難解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是使目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度較差的用戶受到相鄰小區(qū)采用相同導(dǎo)頻而引起的干擾最小化，并且考慮在干擾值相同的情況下如何處理用戶分組問(wèn)題，均衡目標(biāo)小區(qū)中的每個(gè)用戶的SINR，讓每個(gè)用戶都能享受到均等的服務(wù)質(zhì)量，而不會(huì)出現(xiàn)信道狀況較差的用戶接收不到基站發(fā)送的信號(hào)，同時(shí)減小了導(dǎo)頻污染的影響，降低算法復(fù)雜度等問(wèn)題。發(fā)明概述

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種基于大規(guī)模MIMO的多小區(qū)導(dǎo)頻分配方法，具體包含以下步驟：

一、采用每7個(gè)小區(qū)作為一組分簇，每簇的中心視為目標(biāo)小區(qū)，記標(biāo)號(hào)為j＝1，周圍相鄰小區(qū)依次標(biāo)記為2～7，導(dǎo)頻干擾僅存在于簇內(nèi)，不同簇之間不存在干擾；

二、對(duì)于目標(biāo)小區(qū)中的用戶，求取每個(gè)用戶到本小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)β_11k，k∈{1,2ΛK}；

三、對(duì)目標(biāo)小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進(jìn)行排列，得到其在本小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度順序，即如果滿足則表示用戶k₁的信號(hào)強(qiáng)度比用戶k₂大，標(biāo)記信號(hào)強(qiáng)度最小的用戶為

四、按照信號(hào)強(qiáng)度順序，依次選擇目標(biāo)小區(qū)中的用戶，根據(jù)式下面公式計(jì)算目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度最弱的用戶與相鄰小區(qū)j’(2≤k′≤7)中用戶之間的干擾度量值，即

ζ_jk,j′k′值越大則表示如果兩用戶間采用相同導(dǎo)頻時(shí)帶來(lái)的相互干擾越大；

五、從每個(gè)小區(qū)選擇干擾度量值最小的用戶：

六、根據(jù)步驟五，從每個(gè)小區(qū)中選擇的一個(gè)用戶和目標(biāo)小區(qū)中序號(hào)為的用戶組成一組，這樣的用戶一共7個(gè)，并且給它們分配相同的導(dǎo)頻

七、重復(fù)步驟二到六，依次給每個(gè)分組的7個(gè)用戶分配導(dǎo)頻直到所有導(dǎo)頻分配給所有的用戶。

進(jìn)一步，步驟三中，所述對(duì)目標(biāo)小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進(jìn)行排列是做升序排列。

步驟五中，如果同一小區(qū)中兩個(gè)用戶與目標(biāo)小區(qū)中的同一個(gè)用戶產(chǎn)生的干擾度量值相同并且最小，則進(jìn)行如下步驟：

步驟51：如果目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度為的用戶與相鄰的第l(l∈{1,2ΛL})個(gè)小區(qū)中兩個(gè)用戶k₁和k₂產(chǎn)生相同的最小干擾度量值，則根據(jù)步驟三中的排序，選擇緊排在后面信號(hào)強(qiáng)度比其大的用戶，記為

步驟52：計(jì)算其與第l個(gè)小區(qū)中兩個(gè)用戶k₁和k₂產(chǎn)生的干擾度量值，選擇干擾度量值較小的用戶和用戶一組，則另一個(gè)用戶與作為一組。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1，本發(fā)明可以使目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度較差的用戶受到相鄰小區(qū)采用相同導(dǎo)頻而引起的干擾最小化，并且全面考慮在干擾值相同的情況下如何處理用戶分組問(wèn)題。

2，通過(guò)計(jì)算不同小區(qū)間用戶的干擾值進(jìn)行用戶分組，緩解了導(dǎo)頻污染問(wèn)題，使得不同小區(qū)可以復(fù)用有限的導(dǎo)頻資源，同時(shí)均衡了目標(biāo)小區(qū)中的用戶SINR，讓每個(gè)用戶都能享受到均等的服務(wù)質(zhì)量，而不會(huì)出現(xiàn)信道狀況較差的用戶接收不到基站發(fā)送的信號(hào)。

附圖說(shuō)明

圖1為7個(gè)標(biāo)號(hào)小區(qū)系統(tǒng)的示意圖。

圖2相鄰小區(qū)用戶間同頻干擾示意圖。

圖3為本發(fā)明專利導(dǎo)頻分配流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳盡的說(shuō)明。

如圖1所示，該圖顯示了標(biāo)號(hào)1～7的小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)圖，此圖為本發(fā)明所適用的多小區(qū)系統(tǒng)圖。

考慮L個(gè)六邊形小區(qū)組成的一個(gè)多用戶多小區(qū)Massive MIMO系統(tǒng)，每個(gè)小區(qū)由一個(gè)M根天線的基站和K(K＜＜M)個(gè)單天線用戶組成。第j個(gè)小區(qū)的第k個(gè)用戶到第l個(gè)小區(qū)基站的信道可以建模為

其中，g_ljk表示由小尺度衰落系數(shù)組成的M×1維向量，而β_ljk表示大尺度衰落系數(shù)，它和用戶與基站間的距離及陰影衰落有關(guān)，可以表示為

s_ljk表示陰影衰落，r_ljk表示第j個(gè)小區(qū)內(nèi)第k個(gè)用戶到第l個(gè)基站的距離，R為小區(qū)半徑，α為路徑損耗因子。考慮Massive MIMO系統(tǒng)采用TDD雙工模式，假設(shè)導(dǎo)頻序Φ＝[φ₁,φ₂,Λφ_K]^T∈C^K×τ，導(dǎo)頻長(zhǎng)度為τ，且兩兩相互正交由于導(dǎo)頻資源有限，相同的導(dǎo)頻組在相鄰小區(qū)復(fù)用。

用戶的上行信號(hào)干擾噪聲比(SINR)是一個(gè)依賴于用戶隨機(jī)位置和大尺度衰落的隨機(jī)量，用戶k在第j個(gè)小區(qū)的上行信干噪比(SINR)可表示為：

其中，表示與干擾不相關(guān)的噪聲功率，并且隨著基站天線數(shù)的增加，其值的影響會(huì)越來(lái)越??；表示導(dǎo)頻復(fù)用導(dǎo)致的導(dǎo)頻污染，I_jk表示與第j個(gè)小區(qū)中的k用戶采用相同導(dǎo)頻的用戶集合，I_jk＝{j′k′:p_j′k′＝p_jk}\{jk}

圖2就相鄰小區(qū)間用戶如果采用相同的導(dǎo)頻所產(chǎn)生的干擾示意圖，用戶間的干擾度量值就是基于此圖來(lái)計(jì)算的。本發(fā)明基于基站易于追蹤用戶大尺度衰落信息，充分利用了用戶大尺度衰落系數(shù)的信息，通過(guò)計(jì)算不同小區(qū)間用戶的干擾值進(jìn)行用戶分組，緩解了導(dǎo)頻污染問(wèn)題，同時(shí)均衡了目標(biāo)小區(qū)中的用戶SINR，當(dāng)目標(biāo)小區(qū)中用戶與相鄰小區(qū)用戶產(chǎn)生相同的干擾值時(shí)，就考慮緊排在此目標(biāo)用戶的下一個(gè)，通過(guò)計(jì)算它與相鄰小區(qū)的那兩個(gè)用戶的干擾值大小，判斷用戶分組情況，并且此種算法復(fù)雜度低，具有一定的實(shí)用性。

本發(fā)明將目標(biāo)小區(qū)中用戶按大尺度衰落系數(shù)排序，從而得到他們的信號(hào)強(qiáng)度順序，按照干擾值最小化的順序，依次從每個(gè)小區(qū)選擇相應(yīng)的用戶，實(shí)現(xiàn)用戶分組，對(duì)每組中的用戶進(jìn)行分配相同的導(dǎo)頻。如圖3所示，詳細(xì)的步驟如下：

步驟一：規(guī)劃每7個(gè)小區(qū)作為一組分簇，每簇的中心視為目標(biāo)小區(qū)，記標(biāo)號(hào)為j＝1，周圍相鄰小區(qū)依次標(biāo)記為2～7，如圖1所示。導(dǎo)頻干擾僅存在于簇內(nèi)，不同簇之間不存在干擾；

步驟二：對(duì)于目標(biāo)小區(qū)中的用戶，求取每個(gè)用戶到本小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)β_11k，k∈{1,2ΛK}；

步驟三：對(duì)目標(biāo)小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進(jìn)行升序排列，從而得到他們?cè)诒拘^(qū)信號(hào)強(qiáng)度順序，即如果滿足則表示用戶k₁的信號(hào)強(qiáng)度比用戶k₂大。標(biāo)記信號(hào)強(qiáng)度最小的用戶為

步驟四：

按照信號(hào)強(qiáng)度順序，依次選擇目標(biāo)小區(qū)中的用戶，根據(jù)式(3)首先計(jì)算目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度最弱的用戶與相鄰小區(qū)j’(2≤k′≤7)中用戶之間的干擾度量值，如圖2所示，即

ζ_jk,j′k′值越大則表示如果兩用戶間采用相同導(dǎo)頻時(shí)帶來(lái)的相互干擾越大；

步驟五：

從每個(gè)小區(qū)選擇干擾度量值最小的用戶：

如果同一小區(qū)中兩個(gè)用戶與目標(biāo)小區(qū)中的同一個(gè)用戶產(chǎn)生的干擾度量值相同并且最小，則進(jìn)行如下步驟：

步驟51：如果目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)強(qiáng)度為的用戶與相鄰的第l(l∈{1,2ΛL})個(gè)小區(qū)中兩個(gè)用戶k₁和k₂產(chǎn)生相同的最小干擾度量值，則根據(jù)步驟三中的排序，選擇緊排在后面信號(hào)強(qiáng)度比其大的用戶，記為

步驟52：計(jì)算其與第l個(gè)小區(qū)中兩個(gè)用戶k₁和k₂產(chǎn)生的干擾度量值，選擇干擾度量值較小的用戶和用戶一組，則另一個(gè)用戶與作為一組；

步驟六：根據(jù)步驟五從每個(gè)小區(qū)中選擇的一個(gè)用戶和目標(biāo)小區(qū)中序號(hào)為的用戶組成一組，這樣的用戶一共7個(gè)，并且給它們分配相同的導(dǎo)頻

步驟七：重復(fù)步驟2-6，依次給每個(gè)分組的7個(gè)用戶分配導(dǎo)頻直到所有導(dǎo)頻分配給所有的用戶。