一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，该方法能够以较低的复杂度实现与穷举遍历方法基本一致的系统性能，有效减弱了导频污染的影响，能够以较低的复杂度在最大化系统和速率性能的同时兼顾用户间的公平性，由于方法的复杂度较低，更有利于现实应用。

A low complexity pilot allocation method based on user switching

The invention relates to a pilot distribution method of user exchange based on low complexity, this method can system performance to achieve lower complexity and exhaustive traversal methods are basically the same, weakened the effect of pilot pollution, with low complexity in the system and the maximum rate of performance at the same time the fairness among the users, due to the low complexity, more conducive to the practical application.

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法
本专利技术涉及一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，属于通信系统

技术介绍
导频污染问题是大规模天线系统MassiveMIMO系统中一个被广泛研究的问题，它是一种用户共用导频所引起的干扰问题，一般发生在MassiveMIMO系统中的TDD模式中。在TDD模式中，上、下行信道具有互易性，因此，可以用上行估计到的信道来作为下行传输的信道。由于在信道的相干时间内既要进行导频的发送又要进行信息的传输，因此导频的长度是有限的，这限制了系统中可用导频的个数，从而使得相邻小区间不可避免地复用导频，导频污染成为MassiveMIMO中一个不可回避的问题。以最大化用户速率乘积为优化目标的导频分配可以有效减弱导频污染的影响，并且可以在最大化系统和速率的同时兼顾用户之间的公平性。但是，解决该优化问题传统的方法是穷举遍历的方法，穷举遍历的方法是指将导频分配所有的可能性遍历一遍，从中选择出用户速率乘积最大的导频分配方案。该方案可以实现问题的最优解，但是，实施起来具有极高的复杂度。另外一种基于贪婪的导频分配方法可以以较低的复杂度求解优化问题，其基本思想是每次迭代将每个小区中选出一个用户的可能性遍历一遍，选出使得用户组合中用户速率乘积最大的一个组合作为该次迭代的最优解，然后从系统中去除掉选出的用户，继续进行迭代直到所有的用户都被分配完导频为止。但是这种基于贪婪的分配策略只能实现局部最优的性能。
技术实现思路
针对优化目标为最大化系统用户速率乘积的导频分配问题，本专利技术提出了一种基于用户交换的导频分配方法。该方法可以实现与穷举遍历方法基本一致的系统性能，但是实施的复杂度被大大减小，更有利于现实应用。本专利技术的技术方案为：一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，适用于MassiveMIMO系统，所述MassiveMIMO系统包括L个等同的六边形小区，每个小区包括1个中心基站和K个用户，1个中心基站同时服务K个用户，同一小区中的用户用的是相互正交的导频，小区间的用户复用导频，所述MassiveMIMO系统中可供分配的导频数为K个，具体步骤包括：(1)根据用户到中心基站的距离,获取MassiveMIMO系统中各小区中的各个用户到各中心基站的大尺度衰落信息i，j∈[1，2，…，L]，k∈[1，2，…，K]，是指i小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(2)对导频分配问题构建目标函数，目标函数maxU(P)为最大化MassiveMIMO系统内所有用户的速率的乘积，如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，为l小区中使用第k个导频的用户的速率，l∈[1，2，…，L]，是指l小区中的用户k到l小区中的中心基站的大尺度衰落因子；是指l小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(3)利用贪婪策略每次选出一个用户速率乘积最大的导频组，迭代K次完成导频分配作为初始的导频组；使用相同导频的用户的集合为一个导频组且每个导频组内的用户来自不同的小区，Pk表示使用导频K的导频组；MassiveMIMO系统中共有K个导频组，即P1，P2，…，PK,每个导频组中有L个用户；(4)从步骤(3)中得到的初始的导频组开始，导频组间两两进行用户交换：如果两个导频组之间用户交换后，用户速率乘积大于交换前的用户速率乘积，则进行交换，否则，不交换，直至所有的导频组完成用户交换。根据本专利技术优选的，所述步骤(3)，具体步骤包括：A、从每个小区中任意选出一个用户，并求出选出的L个用户的速率乘积；B、步骤A中求取的速率乘积的最大值对应的L个用户作为导频组P1；C、根据步骤A、B的方法，从剩余的用户中，依次得到导频组P2，…，Pk，…，PK；D、求取的导频组P1，P2，…，PK作为初始导频组状态。根据本专利技术优选的，所述步骤(4)，具体步骤包括：E、步骤(3)求取的导频组P1，P2，…，PK作为基于用户交换的导频分配方法的初始状态；F、设置迭代计数器l，初始化l＝1；G、任意两个导频组之间进行l小区中的用户交换：如果用户交换后，用户速率乘积大于交换前的用户速率乘积，则进行交换，否则，不交换；H、判断l是否等于L，是的话，结束，否则，l加1，返回步骤G。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过最大化系统的用户速率的乘积，实现了一种兼顾系统有效性和公平性的导频分配方案。与现有的导频分配方式相比，本专利技术考虑的导频分配方案既最大化了系统的整体性能又兼顾了用户间的公平性。2、本专利技术通过一种基于用户交换的导频分配方法可以实现与穷举遍历方法基本一致的系统性能。与穷举遍历方法相比，该基于用户交换的导频分配方法具备较低的复杂度。本专利技术所用的L个小区，每个小区中K个用户系统模型中，使用穷举方法时需要进行(K！)L-1次遍历，但是基于用户交换的导频分配方法只需进行次遍历和次用户交换，其中n为用于交换进行的轮数，大大降低了系统的复杂度。附图说明图1是本专利技术中基于用户交换的导频分配方法的实施步骤框图；图2是实施例中n＝1时系统用户速率乘积的仿真效果图；图3是实施例中n＝2时系统用户速率乘积的仿真效果图。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例对本专利技术作进一步限定，但不限于此。实施例一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，适用于MassiveMIMO系统，所述MassiveMIMO系统如图1所示，包括3个等同的六边形小区，每个小区包括1个中心基站和5个用户,1个中心基站同时服务5个用户，该系统模型图中简单描述了系统中小区用户及中心基站的配置情况。从模型图中可以看出由于共用相同的导频，在上行导频估计时基站会同时收到相互干扰的导频信息，这种相互干扰就会造成导频污染；具体步骤包括：(1)根据用户到中心基站的距离,获取MassiveMIMO系统中各小区中的各个用户到各中心基站的大尺度衰落信息i，j∈[1，2，…，L]，k∈[1，2，…，K]，是指i小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(2)对导频分配问题构建目标函数，目标函数maxU(P)为最大化MassiveMIMO系统内所有用户的速率的乘积，如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，为l小区中使用第k个导频的用户的速率，l∈[1，2，…，L]，是指l小区中的用户k到l小区中的中心基站的大尺度衰落因子；是指l小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(3)利用贪婪策略每次选出一个用户速率乘积最大的导频组，迭代K次完成导频分配作为初始的导频组；具体步骤包括：A、从每个小区中任意选出一个用户，并求出选出的L个用户的速率乘积；B、步骤A中求取的速率乘积的最大值对应的L个用户作为导频组P1；C、根据步骤A、B的方法，从剩余的用户中，依次得到导频组P2，…，Pk，…，PK；D、求取的导频组P1，P2，…，PK作为初始导频组状态。使用相同导频的用户的集合为一个导频组且每个导频组内的用户来自不同的小区，Pk表示使用导频K的导频组；MassiveMIMO系统中共有K个导频组，即P1，P2，…，PK,每个导频组中有L个用户；(4)从步骤(3)中得到的初始的导频组开始，导频组间两两进行用户交换：如果两个导频组之间用户交换后，用户速率乘积大于交换前的用户速率乘积，则进行交换，否则，不交换，直至所有的导频组完成用户交换。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，适用于Massive MIMO系统，所述Massive MIMO系统包括L个等同的六边形小区，每个小区包括1个中心基站和K个用户，1个中心基站同时服务K个用户，同一小区中的用户用的是相互正交的导频，小区间的用户复用导频，所述Massive MIMO系统中可供分配的导频数为K个，其特征在于，具体步骤包括：(1)根据用户到中心基站的距离,获取Massive MIMO系统中各小区中的各个用户到各中心基站的大尺度衰落信息

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度的基于用户交换的导频分配方法，适用于MassiveMIMO系统，所述MassiveMIMO系统包括L个等同的六边形小区，每个小区包括1个中心基站和K个用户，1个中心基站同时服务K个用户，同一小区中的用户用的是相互正交的导频，小区间的用户复用导频，所述MassiveMIMO系统中可供分配的导频数为K个，其特征在于，具体步骤包括：(1)根据用户到中心基站的距离,获取MassiveMIMO系统中各小区中的各个用户到各中心基站的大尺度衰落信息是指i小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(2)对导频分配问题构建目标函数，目标函数maxU(P)为最大化MassiveMIMO系统内所有用户的速率的乘积，如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，为l小区中使用第k个导频的用户的速率，l∈[1，2，…，L]，是指l小区中的用户k到l小区中的中心基站的大尺度衰落因子；是指l小区中的用户k到j小区中的中心基站的大尺度衰落因子；(3)利用贪婪策略每次选出一个用户速率乘积最大的导频组，迭代K次完成导频分配作为初始的导频组；使用相同导频的用户的集合为一个导频组且每个导频组内的用户来自不同的小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海霞，刘见花，袁东风，周晓天，郭帅帅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37