一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法，包括以下步骤：步骤(1)采集基站与基站内用户之间的信道状态信息；步骤(2)初始化迭代所需相关参数；步骤(3)从参数化分布中随机抽取候选解；步骤(4)选择当前最优候选解；步骤(5)判断是否达到最大迭代次数，若达到，停止并输出导频分配矩阵；步骤(6)未达到则基于精英抽取更新参数并跳转到步骤(3)。本发明专利技术基于互熵优化工具，提出一种用于减轻大规模MIMO系统中导频污染带来的影响的导频分配方法，实现了系统可获得信息速率的最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法
本专利技术属于无线通信与通信信号处理
，尤其涉及一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法。
技术介绍
大规模MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多入多出)技术通过在基站采用大量的天线构成巨型天线阵列，能够极大的提升蜂窝移动网络的频谱效率与能量效率，是5G移动通信网络的物理层核心技术。基于大规模MIMO技术，能够消除非相关噪声以及基站内干扰。然而由于正交导频在多个基站中被复用，由此产生的基站间干扰是无法消除的，这种现象通常被称为“导频污染”(pilotcontamination)。导频污染会降低用户的信号与干扰噪声比，从而降低系统的可获得信息速率。由于信道的相干时间很短，能够获得的导频序列的数目受到限制。因此当基站数目以及基站内的用户数目增加时，在多个基站中进行导频复用是不可避免的。在这样的背景下，为实现大规模MIMO通信系统的部署，导频污染带来的系统可获得信息速率降低问题需被认真对待。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术基于互熵优化理论，提出一种用于减轻大规模MIMO系统中导频污染带来的影响的导频分配方法，实现了系统可获得信息速率的最大化。本专利技术公开了一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法，包括如下步骤：步骤1，对所有Q个蜂窝小区信道状态信息进行采集，每个小区内含有K个用户终端，分别采集第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT与第q个基站间的大尺度信道系数β<p,k>,q，其中p,q＝1,2,...,Q，第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT记为UT<p,k>；步骤2，初始化参数：初始化采样规模S、分位数系数ρ、当前迭代指数n，最大迭代次数N，并初始化Q个K阶概率矩阵中的每个元素其中是分配第l个导频序列给用户终端UT<q,k>的概率。初始化精英采样数表示向上取整操作。初始化最大系统信息速率rbest＝0，最优导频分配矩阵Abest＝φ；步骤3，定义导频分配用户指示矩阵A的概率分布P(·；π)，设置采样指示数s＝1到S，从P(·；π)中随机抽取导频分配指示矩阵As，计算系统总信息速率r(As)的值，得到对其进行降序排列得到r(A[1])≥r(A[2])≥…≥r(A[S])；步骤4，比较r(A[1])与rbest的值，如果r(A[1])＞rbest，则最大系统总信息速率rbest＝r(A[1])，最优导频分配矩阵Abest＝A[1]；步骤5，判断迭代指数n是否达到最大迭代次数N，若达到，跳转到步骤7；步骤6，若未达到，迭代指数n加1，更新参数和跳转到步骤3；步骤7，输出导频分配结果。在步骤2中，初始化采样规模S＝50、分位数系数ρ＝0.2，当前迭代指数n＝1，最大迭代次数N＝20。在步骤3中，导频分配用户指示矩阵A的概率分布P(·；π)定义为：其中是指示变量，As为第s个随机抽取的导频分配指示矩阵，当As的第(q,k)个元素值为l时，的值为1，否则为0。在步骤3中，通过下式计算r(As)的值：其中，表示不同的蜂窝小区内与UT<p,k>使用相同的导频序列的用户集合。β<p,k>,q表示用户终端UT<p,k>与第q个基站间的大尺度信道系数，β<q,l>,p表示用户终端UT<q,l>与第p个基站间的大尺度信道系数，为全体实数。通过如下公式计算β<p,k>,q：其中d<p,k>,q是用户终端UT<p,k>与第q个基站间的距离，α为传输指数，通常取值为3-5之间，s<p,k>,q表示标准差为σshadowdB的阴影对数正态项。在步骤6中，按照以下方法来计算参数其中η的值为按照以下方法更新参数其中，为平滑更新参数，一般设置为0.5。有益效果：本专利技术中提出一种用于大规模MIMO蜂窝通信系统的导频分配方法，通过导频干扰抑制技术消除了小区间的严重导频干扰现象，并利用互熵优化算法实现了高效的导频分配，最大化系统可获得信息速率。通过实验表明，本专利技术中提出的方法能够取得优异的性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本专利技术的场景示意图。图2a～图2c为不同基站天线数目时的实时系统信息速率。图3为平均获得的系统信息速率。图4为本专利技术流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术考虑的基于时分复用的大规模MIMO系统中的下行通信场景，包含有Q个蜂窝小区，每个蜂窝小区中有一个装备有M根天线的基站(basestation，BS)与K个均匀分布的单天线用户终端(userterminal，UT)，M、K取值为自然数，其中M＞＞K。为表述方便，第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT被称为UT<p,k>，那么UT<p,k与第q个基站间的信道增益向量可表示为：其中与分别为UT<p,k>与第q个基站间的大尺度信道系数与小尺度衰落向量。h<p,k>,q中的元素为独立同分布零均值循环对称复高斯的随机变量。β<p,k>,q被建模为：其中d<p,k>,q是UT<p,k>与第q个基站间的距离，α为传输指数，通常取值为3-5之间。s<p,k>,q表示标准差为σshadowdB的阴影对数正态项。在时分复用网络中，基站可通过导频辅助的信道估计来获得信道状态信息。然而，由于能够使用的正交导频序列的数目是受限的，正交导频序列序列需要在多个蜂窝小区内被重复使用。假定这样的一个正交导频序列的长度为τ，能够使用的导频数目为S且S≥K，所有能够使用的正交导频序列构成的集合为Φ。这里，表示具有归一化正交列向量的导频矩阵因此有ΦHΦ＝ΙS。为将导频分配给每个UT，引入变量ap,k∈{1,2,3,...,S}来表示导频序列被分给UT<p,k>。直观上的导频分配方法是保证在同一个蜂窝小区内任意一个导频序列没有被重复使用的前提下随机分配导频序列给UT<p,k>。因此，整个系统的导频分配指示矩阵可表示为给定一个导频分配指示矩阵A，UT<p,k>的上行SINR(信号与干扰加噪声比，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)可表示为：其中是非相关的干扰与噪声功率，表示不同的蜂窝小区内与UT<p,k>使用相同的导频序列的用户集合，式中的除号表示导频污染。相应的，上行链路中用户UT<p,k>的各态历经可获取信息速率可表示为：其中μ0是分配给信道估计的时隙部分，表示计算小规模衰落本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，对所有Q个蜂窝小区信道状态信息进行采集，每个小区内含有K个用户终端，分别采集第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT与第q个基站间的大尺度信道系数β<p,k>,q，其中p,q＝1,2,...,Q，第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT记为UT<p,k>；步骤2，初始化参数：初始化采样规模S、分位数系数ρ、当前迭代指数n，最大迭代次数N，并初始化Q个K阶概率矩阵

【技术特征摘要】
1.一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的新型导频分配方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，对所有Q个蜂窝小区信道状态信息进行采集，每个小区内含有K个用户终端，分别采集第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT与第q个基站间的大尺度信道系数β&lt;p,k&gt;,q，其中p,q＝1,2,...,Q，第p个蜂窝小区内的第k个用户终端UT记为UT&lt;p,k&gt;；步骤2，初始化参数：初始化采样规模S、分位数系数ρ、当前迭代指数n，最大迭代次数N，并初始化Q个K阶概率矩阵中的每个元素其中是分配第l个导频序列给用户终端UT&lt;q,k&gt;的概率；初始化精英采样数表示向上取整操作；初始化最大系统信息速率rbest＝0，最优导频分配矩阵Abest＝φ；步骤3，定义导频分配用户指示矩阵A的概率分布P(·；π)，设置采样指示数s＝1到S，从P(·；π)中随机抽取导频分配指示矩阵As，计算系统总信息速率r(As)的值，得到对其进行降序排列得到r(A[1])≥r(A[2])≥…≥r(A[S])；步骤4，比较r(A[1])与rbest的值，如果r(A[1])＞rbest，则最大系统总信息速率rbest＝r(A[1])，最优导频分配矩阵Abest＝A[1]；步骤5，判断迭代指数n是否达到最大迭代次数N，若达到，跳转到步骤7；步骤6，若未达到，迭代指数n加1，更新参数和跳转到步骤3；步骤7，输出导频分配结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，初始化采样规模S＝50、分位数系数ρ＝0.2，当前迭代指...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹏锐，陈曦，钟橙，于俊，
申请(专利权)人：江苏省邮电规划设计院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32