[发明专利]一种大规模MIMO系统中多小区联合的导频分配方法

说明书

本发明提出了一种大规模MIMO系统中多小区联合的导频分配方法，用于解决现有导频分配方法中存在的系统平均信道容量低和时间复杂度高的技术问题，实现步骤为：1.设置通信场景参数；2.通过基站和用户，基站之间的信息交互，获得所有基站和所有用户的位置信息；3.根据基站和用户的位置信息，计算出所有用户的大尺度衰落信息，得到有用信息集合和潜在干扰集合；4.不断根据有用信息集合和潜在干扰集合，对有用信息集合中值最小元素对应的用户和对该用户干扰最小的用户优先进行导频分配，然后更新有用信息集合和潜在干扰集合，直到所有用户的导频分配完毕。本发明有效地提升了系统平均信道容量，降低了导频分配的时间复杂度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种导频分配方法，具体涉及在时分双工模式下的一种大规模MIMO系统中多小区联合的导频分配方法。

背景技术

多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。大规模MIMO指基站端配置几十根甚至上百根天线，同时服务于多个移动终端的一种技术，作为5G的关键技术之一，在多小区通信场景中，要得到信道状态信息，一般采用传统的基于导频训练序列的方式估计信道，理论上随着基站端天线数的增长，小区内干扰和非相关噪声逐渐趋于零，信道容量应该不断增长，但是由于信道相干时间的限制，没有足够长的相干时间来为不同的小区的用户都分配正交的导频序列，相同的导频组会被相邻的小区的用户复用，这样在进行信道估计时，由于基站端无法区分接收到的导频信号，来自于本小区的用户还是相邻小区的其他用户，因此就会产生导频污染，大规模天线阵列的优势就会被减弱，这也成为大规模MIMO系统的性能瓶颈。

为了克服导频污染带来性能瓶颈，目前解决导频污染的方法主要有以下三类：(1)高效的信道估计；(2)考虑导频污染的多小区协作预编码方法；(3)导频调度及分配方法。其中导频调度及分配方法，指的是通过改变发送导频的位置，或者通过合理的分配不同的导频给不同的用户，来减小导频污染的这样一种方法。传统的导频调度及分配方法典型的是随机导频分配方法，通过将第k个导频分配给每个小区中第k个用户，这样的分配方法实现时间复杂度低，但是存在系统平均信道容量性能较差的问题。为了克服随机导频分配方法存在的平均信道容量差的问题，作者li Ku 2016年在IEEE International Conference OnCommunication Soft-ware and Networks(ICCSN)发表文章“Low Complexity PilotAllocation in Massive MIMO System”提出了一种基于贪婪的导频分配策略，首先获得分配同一导频用户所有可能的组合情况，然后通过计算每一种情况下的系统平均信道容量，不断选出平均信道容量最大的一组用户分配相同的导频，此方法在基站天线数非常大的情况下，可以获得比较好的系统平均信道容量性能，但是其性能和最优分配下的系统平均信道容量性能还有一定差距，而且当用户数较大时，复杂度也比较高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的存在不足，提出了一种大规模MIMO系统中多小区联合的导频分配方法，用于解决现有导频分配方法中存在的系统平均信道容量低和时间复杂度高的技术问题。

本发明的技术思路是：首先通过基站之间得信息交互，获得所有基站和用户的位置信息，然后计算出所有用户到基站的大尺度衰落信息，构造出有用信息集合和潜在干扰集合，最后根据用户信道质量条件，给信道条件差的用户优先分配导频，并保证其遭受的干扰较小，以此来提升系统平均信道容量性能，并降低时间复杂度。

根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案包括如下步骤：

(1)设小区数量为L，每个小区包括一个基站和K个单天线用户，其中，L≥2，K≥2，每个基站和用户各包括一个正交导频组F＝{φ₁,…,φ_p,…,φ_K}，φ_p为第p个导频，p的取值为1～K；