一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法，属于移动通信技术领域。本方法利用抗导频污染因子区分信道环境好的用户，将符合条件的用户与相邻小区的用户复用同一个导频；而信道环境差的边缘用户则单独分配一个完全正交的导频，避免导频污染。同时，推导了阈值的最大值与最小值，在实际的环境中可以根据导频的长度，用户的实际体验等，在最大值与最小值之间取一个合适的阈值，减轻导频污染带来的危害使系统效率达到最优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，涉及一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法。
技术介绍
MIMO技术是4g的关键技术之一，2010年，贝尔实验室的Marzetta在此基础上提出，在基站侧设置大量的天线，由此形成了大规模MIMO(Massive MIMO)无线通信系统。大规模MIMO其高效的能量效率和频率效率获得了广泛的关注，使其成为未来“5G”通信的关键技术。MIMO系统中可实现的速率很大程度上取决信道的状态信息，在大规模MIMO中通常是用TDD系统的互易性来获取信道的状态信息。因为在移动通信系统中终端用户常常不断移动，导致信道相干时间长度有限，由于天线数目的增加，频分双工(Frequency Division Duplexing，FDD)模式的信道反馈时间将远远大于信道的相干时间，不再适合大规模MIMO系统中。因此只考虑在TDD系统。信道相干时间长度有限，限制了相互正交的导频序列长度，不能保证相邻蜂窝小区中终端的导频序列全部正交，因此导频需要复用。但是目标基站不能识别本小区和其他干扰小区中终端用户复用的导频信号，影响了目标基站对上行信道的估计，导致下行预编码矩阵信息遭到了破坏，严重影响了系统的频谱效率，形成了“导频污染”。导频污染问题严重影响了大规模MIMO系统的效率，成为制约大规模MIMO系统的瓶颈。针对上述问题，有人提出了一种基于特征值分解的信道估计方案：该方案主要采用基站处接收到信号的协方差矩阵和信道向量的正交性来估计系统通信过程中的信道状态信息，因而能有效的提高信道估计精度并且对导频污染有一定的抵抗力；然而这一算法考虑到得是在理想的情况下，需要系统中基站的天线数和接收到的数据量趋于无穷，若不满足条件则估计效果将受很大的影响。还有人提出了一种基于快速傅立叶变换(FFT)的导频估计方法：基站通过识别不同终端信号的到达角，保证使用相同导频的终端用户尽量有非重叠的到达角，在角度域区分可能会产生导频污染的终端用户，合理分配导频给不同位置的终端用户，以此来减轻导频污染的危害；该方案需要保证各个终端的到达信号的拓展角，在一个小的范围内，否则会严重影响系统性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法，该方法利用抗导频污染因子区分信道环境好的用户，将符合条件的用户与相邻小区的用户复用同一个导频；而信道环境差的边缘用户则单独分配一个完全正交的导频，避免导频污染。同时，推导了阈值的最大值与最小值，在实际的环境中可以根据导频的长度，用户的实际体验等，在最大值与最小值之间取一个合适的阈值，减轻导频污染带来的危害使系统效率到达最优。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法，该方法包括以下步骤：S1：计算每个小区内用户与相邻小区用户的抗导频污染因子；S2：在小区A中找出抗导频污染因子最大的用户m，查看相邻小区用户的各个抗导频污染因子，找出与之对应的抗导频污染因子最大的用户，比较这几个抗导频污染因子与阈值的大小，如果大于阈值，分配相同的导频；S3：每分配循环一次，删掉已经分配的用户，重新计算剩下用户的抗导频污染因子，选出小区A最大的抗导频污染因子，重复步骤S2；S4：当抗导频污染因子大的用户都分配完毕，剩下的都是信道条件较差的边缘区域用户，继续重复步骤S1，检查抗导频污染因子是否大于阈值，若大于阈值，检查另外一个小区中是否有符合的用户，如果有，则分配这三个用户相同的导频，如果没有就把同一个导频分配给这两个用户；S5：如果小区中最大的抗导频污染因子都小于阈值则直接单独分配一个正交导频；S6：不断地重复上述步骤，检查所有小区中的所有用户，是否分配完毕，如果未完成，继续分配；如果全都分配完毕，任务完成。进一步，在步骤S2中，所述阀值的选取采用以下方法：当两个终端在小区边缘的时候，假设终端用户k和终端用户m分配同一导频，此时终端受到的导频污染最为严重，用户抗导频污染因子最小，得到μmin；当两个终端用户分别在边界的时候，很明显此时阈值取得极大值μmax；因为阈值的大小影响系统中导频复用系数和导频污染影响大小，选取一个合适的临界值作为阈值，当抗导频污染因子小于这个预定的阈值，则认为用户之间不能分配同一导频，若果分配了同一导频则认为导频污染严重存在影响了用户的体验；当用户间的抗导频污染因子大于预设的阈值，此时就可以分配同一导频给用户；可以根据导频的复用因子以及用户的体验选取一个在[μmin,μmax]选取一个合适的值作为阈值；所述导频复用因子α，α表示相邻小区用户复用同一导频的次数，在包含三个小区的系统中，导频长度为τ(K＜τ＜2K)的导频，所有导频的平均复用次数满足导频复用因子α影响系统效率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术充分考虑到了导频的长度，以及用户的位置，从这两个方面考虑减轻导频污染带来的影响。提出优先分配信道环境好的用户，如果相邻小区用户之间的抗导频污染因子大于预设的阈值，就可以认为用户之间复用相同的导频，并不会影响系统的效率，信道环境好的用户之间复用同一导频带来的影响小于信道环境差的用户。优先分配信道环境好的用户，再考虑信道环境差的用户，如果此时用户的抗导频污染因子小于预设的阈值，则单独分配一个正交导频用户，避免导频污染。考虑到导频的长度，通过合理的复用导频，使系统的效率达到最优。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术实施例的小区示意图；图2为本专利技术实施例的相邻小区用户抗导频因子最小示意图；图3为本专利技术实施例的相邻小区用户抗导频因子最大示意图；图4为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图4为本专利技术所述方法的流程示意图，如图所示，本专利技术提供的方法包括以下步骤：S1：计算每个小区内用户与相邻小区用户的抗导频污染因子；S2：在小区A中找出抗导频污染因子最大的用户m，查看相邻小区用户的各个抗导频污染因子，找出与之对应的抗导频污染因子最大的用户，比较这几个抗导频污染因子与阈值的大小，如果大于阈值，分配相同的导频；S3：每分配循环一次，删掉已经分配的用户，重新计算剩下用户的抗导频污染因子，选出小区A最大的抗导频污染因子，重复步骤S2；S4：当抗导频污染因子大的用户都分配完毕，剩下的都是信道条件较差的边缘区域用户，继续重复步骤S1，检查抗导频污染因子是否大于阈值，若大于阈值，检查另外一个小区中是否有符合的用户，如果有，则分配这三个用户相同的导频，如果没有就把同一个导频分配给这两个用户；S5：如果小区中最大的抗导频污染因子都小于阈值则直接单独分配一个正交导频；S6：不断地重复上述步骤，检查所有小区中的所有用户，是否分配完毕，如果未完成，继续分配；如果全都分配完毕，任务完成。下面对本专利技术的技术方案进行详细说明：系统模型：在TDD模式下，L个小区组成的大规模MIMO蜂窝系统，每个小区配备M根天线，每个小区中有K个工作的单天线用户，同一个小区内用户采用完全正交，长度为τ的导频序列(K＜τ＜2K)作为导频的长度，相邻小区间复用同一套导频。小区l中移动终端使用的正交导频序列为φl＝[φl1……φlk…本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：计算每个小区内用户与相邻小区用户的抗导频污染因子；S2：在小区A中找出抗导频污染因子最大的用户m，查看相邻小区用户的各个抗导频污染因子，找出与之对应的抗导频污染因子最大的用户，比较这几个抗导频污染因子与阈值的大小，如果大于阈值，分配相同的导频；S3：每分配循环一次，删掉已经分配的用户，重新计算剩下用户的抗导频污染因子，选出小区A最大的抗导频污染因子，重复步骤S2；S4：当抗导频污染因子大的用户都分配完毕，剩下的都是信道条件较差的边缘区域用户，继续重复步骤S1，检查抗导频污染因子是否大于阈值，若大于阈值，检查另外一个小区中是否有符合的用户，如果有，则分配这三个用户相同的导频，如果没有就把同一个导频分配给这两个用户；S5：如果小区中最大的抗导频污染因子都小于阈值则直接单独分配一个正交导频；S6：不断地重复上述步骤，检查所有小区中的所有用户，是否分配完毕，如果未完成，继续分配；如果全都分配完毕，任务完成。

【技术特征摘要】
1.一种基于大规模MIMO系统中减轻导频污染的导频分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：计算每个小区内用户与相邻小区用户的抗导频污染因子；S2：在小区A中找出抗导频污染因子最大的用户m，查看相邻小区用户的各个抗导频污染因子，找出与之对应的抗导频污染因子最大的用户，比较这几个抗导频污染因子与阈值的大小，如果大于阈值，分配相同的导频；S3：每分配循环一次，删掉已经分配的用户，重新计算剩下用户的抗导频污染因子，选出小区A最大的抗导频污染因子，重复步骤S2；S4：当抗导频污染因子大的用户都分配完毕，剩下的都是信道条件较差的边缘区域用户，继续重复步骤S1，检查抗导频污染因子是否大于阈值，若大于阈值，检查另外一个小区中是否有符合的用户，如果有，则分配这三个用户相同的导频，如果没有就把同一个导频分配给这两个用户；S5：如果小区中最大的抗导频污染因子都小于阈值则直接单独分配一个正交导频；S6：不断地重复上述步骤，检查所有小区中的所有用户，是否分配完毕，如果未完成，继续分配；如果全都分配完毕...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴二荣，李国梁，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50