链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方法技术方案

本发明专利技术公开了链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方案，即针对链状网大规模MIMO多小区TDD系统特点，提出了一种新的导频污染减轻方案。方案中将每个小区分成左区和右区，并将正交的导频序列分成三组。三组导频序列组依次、循环地分配给链状网中的各个左、右区域用户，从而实现目标用户与其相邻近区域用户安排正交导频序列，而目标用户与较远区域用户复用导频序列，从而减轻了导频污染。仿真结果表明，本方案由于节省了上行信道估计时间，其吞吐量优于导频功率控制法，而且本文方案相对于导频列举法，计算量小，具有一定的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方法
本专利技术具体涉及链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方案，属于无线通信上行信道估计

技术介绍
大规模MIMO(“Large-ScaleMIMO”或“MassiveMIMO”)技术，通过直接增加基站的天线数就可增加系统容量、降低用户发射功率。并且随着基站天线数的增加，噪声和小区内的干扰都能被忽略。1.导频污染问题分析大规模MIMO多小区TDD(Time-divisionDuplex)系统的上行信道估计中，每个小区内采用相互正交的导频，小区间采用相同的导频序列组。所有小区用户同时发送长度为τ(τ≥N)的导频向量。若所有小区第k个用户同时发送导频(满足归一化条件)，基站和用户处平均功率(发射期间)分别为pf和ρr，此时第i个基站的接收信号为：其中ginl为第l个小区的第n个用户至第i个小区基站的信道向量，zi为M×τ的相互独立的加性噪声。第i个基站的第k个用户信道参数估计值为其中从式(2)的第二项中可以看出，估计出的信道参数存在其他小区对目标小区估计的干扰，即导频污染(PilotContamination)。它产生的主要原因是在上行信道估计中，当不同小区的用户使用同一套导频序列或者非正交的导频序列，导致基站端进行信道估计的结果并非本地用户和基站之间的信道，而是被其他小区发送非正交导频序列的用户污染之后的估计。假设每个用户发送的上行数据功率相同。根据式(2)得到的信道参数，基站侧对上行数据进行MRC(Maximum-ratiocombining)合并。当基站天线M→∞时，第i个基站对第k个用户的上行数据ski估计值的信干比SIR(SignaltoInterferenceRatio)为可以看出，主要受其他小区采用相同导频或非正交导频序列用户的信道慢衰落系数βikl影响。当分配相同导频的干扰用户到目标小区距离越远，其慢衰落系数越小，值就越大。同样，假设每个基站发送的下行数据功率相同。根据式(2)得到的信道参数，基站侧对下行数据进行线性预编码。当基站天线M→∞时，第i个基站的第k个用户下行接收数据估计值的信干比为可以看出，当基站天线M→∞时，与有所不同，它与慢衰落系数βlki有关，即与目标用户到干扰小区基站的距离密切相关。目标用户到干扰小区基站的慢衰落系数越小，值就越大。从上述分析可以看出，导频污染严重限制了信干比的值，从而也限制了大规模MIMO通信系统可以达到的信道容量。2、相关研究方案针对大规模MIMO上行信道估计存在的导频污染问题，国内外研究者已经进行相关研究。王海荣等(王海荣,王玉辉,黄永明,杨绿溪.大规模MIMO蜂窝网络系统中的导频污染减轻方法[J].通信学报，2014,35(1):24-33.)将蜂窝网络中的所有小区划分为两类，同一类内部的各小区采用相同的导频序列组，而不同类之间的小区采用导频功率控制法，减轻同一类内部的各小区导频污染。该方案具有一定的实用性，但仅适用于蜂窝网络。王海荣等(王海荣,王玉辉,黄永明,杨绿溪.大规模MIMO多小区TDD系统中的导频污染减轻方法[J].信号处理,2013,29(2):171-180.)在一维多小区模型中错开相邻小区导频序列发送时间，从而避免相邻小区的导频污染。该方案信道估计时间较长，且信干比受限于同时发送导频小区的干扰。NEUMANNDavid等(NEUMANNDavid,etal..Pilotcoordinationforlarge-scalemulti-cellTDDsystems[C].201418thInternationalITGWorkshoponSmartAntennas(WSA),Erlangen,Germany,2014:1-6.)根据大规模MIMO系统数据传输的信干比仅与慢衰落系数有关这一结论，列举出所有小区所有导频分配可能的情况，计算每种可能情况下的系统总速率。让系统总速率达到最大的那组导频分配，就是最优导频分配。该方案随着小区数、用户数的增大，算法计算量随之增大。从以上现有的算法来看，任何一种导频污染减轻方案都是要付出代价的。而且导频污染实际系统中是不可能完全消除的，只能通过有效方法减轻导频污染。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，减轻导频污染，本专利技术提出链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方案的主要步骤为：1、初始场景设置：1-1)在图1链状网多小区大规模MIMO系统模型中，设置系统采用TDD模式。1-2)设置L个非协作的小区使用相同频带。1-3)在每个小区中心设置基站,基站有M根天线。1-4)以基站为中心，每个小区设置分为左区和右区。每个小区设置N个单天线用户，均匀地分布在小区内，即每个小区左区和右区的用户数相同，均为2、方案实现步骤：2-1)设置每个小区的左区和右区有相同的用户数。即设置每个小区的左区用户编号为右区用户编号为2-2)在系统进行上行信道估计时，第k个用户采用长度为的导频序列导频序列满足归一化条件说明：归一化条件中，上标+表示矩阵的共轭转置，Ψx表示第x个用户的1×τ的导频序列，Ψy表示第y个用户的1×τ的导频序列。因为导频序列是正交的，所以即当x＝y时，δxy＝[1]，当x≠y时，δxy＝[0]。2-3)将长度为τ的导频序列分成三组，即得到相互正交的导频序列组2-4)如图1所示。将三组导频序列组依次、循环地进行分配。即第i个小区的右区用户采用导频序列组则第(i+1)小区的左区用户采用导频序列组第i个小区的左区用户与第(i+1)小区的右区用户复用导频序列组以此类推。即目标用户与其相邻区域的近距离用户安排正交导频序列，而目标用户与较远区域用户复用导频序列。2-5)如图1所示。对于复用导频序列组的用户，安排第i个小区的左区第个用户与第(i+1)小区的右区第个用户使用相同的导频序列。例如第i个小区的左区第1个用户与第(i+1)小区的右区第个用户使用相同的导频序列。以此类推。有益效果本方案对链状网大规模MIMO多小区TDD系统特点，在上行信道估计时将长度为的导频序列分成相互正交的导频序列组，使得目标用户与其相邻的近距离用户安排正交导频序列，而目标用户与较远距离用户复用导频序列，有效减轻了导频污染。当基站天线M→∞时，本文新方案的主要受较远距离且被安排相同导频序列用户到目标小区的信道慢衰落系数影响，主要受目标用户到被安排相同导频序列用户的小区基站的信道慢衰落系数影响，有效提高了信干比。仿真结果表明，本方案更加适合于小区用户数多的情况，且简单易行，更具有实际应用意义。附图说明图1为链状网多小区大规模MIMO系统模型：每个小区基站设在小区中心,基站有M根天线。以基站为中心，将每个小区分为左区和右区。每个小区有N个单天线用户，均匀地分布在小区内，即每个小区左区和右区的用户数相同，均为图2为相干时间内TDD传输协议：在相干时间内有T个OFDM符号。图2中相干时间内TDD传输协议分为四部分：①τup个上行数据的传输；②τ个上行导频序列的传输；③信道估计、上行数据和预编码矩阵的处理等，共计为一个符号；④τdown个下行数据的传输。因此每个相干时间内T＝τup+1+τ+τdown。图3为小区数、慢衰落系数一定，用户数不同的情况下小区用户上行吞吐量比较(L＝5，b1＝0.5；b2本文档来自技高网...

【技术保护点】
链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方案，其特征在于，包括以下步骤：1)初始场景设置：1‑1)在图1链状网多小区大规模MIMO系统模型中，设置系统采用TDD模式；1‑2)设置L个非协作的小区使用相同频带；1‑3)在每个小区中心设置基站,基站有M根天线；1‑4)以基站为中心，每个小区设置分为左区和右区，每个小区设置N个单天线用户，均匀地分布在小区内，即每个小区左区和右区的用户数相同，均为2)方案实现步骤：2‑1)设置每个小区的左区和右区有相同的用户数，即设置每个小区的左区用户编号为右区用户编号为2‑2)在系统进行上行信道估计时，采用长度为τ的导频向量且满足归一化条件2‑3)将长度为τ的导频序列分成三组，即得到相互正交的导频序列组2‑4)将三组导频序列组依次、循环地进行分配，即第i个小区的右区用户采用导频序列组则第(i+1)小区的左区用户采用导频序列组第i个小区的左区用户与第(i+1)小区的右区用户复用导频序列组以此类推，即目标用户与其相邻区域的近距离用户安排正交导频序列，而目标用户与较远区域用户复用导频序列；2‑5)对于复用导频序列组的用户，令安排第i个小区的左区第k个用户与第(i+1)小区的右区第个用户使用相同的导频序列，例如第i个小区的左区第1个用户与第(i+1)小区的右区第个用户使用相同的导频序列，以此类推。...

【技术特征摘要】
1.链状网大规模MIMO系统中导频污染减轻方法，其特征在于，包括以下步骤：1)初始场景设置：1-1)在链状网多小区大规模MIMO系统模型中，设置系统采用TDD模式；1-2)设置L个非协作的小区使用相同频带；1-3)在每个小区中心设置基站,基站有M根天线；1-4)以基站为中心，每个小区设置分为左区和右区，每个小区设置N个单天线用户，均匀地分布在小区内，即每个小区左区和右区的用户数相同，均为2)方案实现步骤：2-1)设置每个小区的左区和右区有相同的用户数，即设置每个小区的左区用户编号为右区用户编号为2-2)在系统进行上行信道估计时，第k个用户采用长度为τ的导频序列导频序列满足归一化条件归一化条件中，上标+表示矩阵的共轭转置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翠芳，曾桂根，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32