一种导频发送功率分配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种导频发送功率分配方法及装置，包括：建立大规模MIMO和异构网络系统模型，以最小化用户间干扰为目标，结合穷举法完成用户导频序列的分配；使用窄带多径信道获取宏基站端的导频信号Y

【技术实现步骤摘要】
一种导频发送功率分配方法及装置
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种导频发送功率分配方法及装置。
技术介绍
随着第五代移动通信系统(5G)的发展，非正交多址(NOMA)、全双工(FD)技术、波束成形(beamforming)、大规模MIMO和超密集异构网络(HetNet)等作为5G中的关键技术，近年来受到了工业界、学术界和研究界的广泛关注。其中，大规模MIMO在基站(BS)端配置大量天线阵列，可以在水平和垂直两个维度上动态地调整发射信号，从而有效地减少干扰，提高无线通信的效率。HetNet是由多层通信网络组成的异构网络，组成成分通常包括宏小区、微小区、微微小区等多层小区和宏用户、微用户、微微用户等多种用户类型，各种用户可通过空间和频谱复用提高网络容量。在大规模MIMO和异构网络系统中，由于相干时间内导频序列的时频资源有限，系统中的所有用户不能都使用正交导频序列，而使用相同导频序列的用户之间则无可避免的会出现严重的干扰。这些干扰降低了系统同时为更多用户提供服务的能力，并减缓了信息和通信技术的标准化和产业化进程。因此，导频干扰问题亟待解决。从导频协调分配的角度出发，有研究人员提出了基于非重叠到达角(AOA)贝叶斯估计的导频污染消除方法。同时，假设正交导频序列被分配给具有相同AOA的用户，具有不同AOA的用户则复用相同导频序列，导频序列可以根据系统中用户和BS之间的距离来分配。但是，此方法仅考虑了导频序列的分配，而忽视了导频发送信号的合理控制。从控制导频发射功率的角度来看，有研究人员提出当用户数和天线数较少时，可以通过降低在相邻小区中使用相同导频的用户的发射功率来减轻干扰，并给出了导频和数据功率之间的最优功率分配比。但是，此方法未考虑用户发送信号和导频序列时之间的功率差异。因此，基于现有的研究和5G通信系统的发展，如果要进一步提高大规模MIMO和异构网络系统的容量和效率，可以考虑一种应用于此系统上行链路中的导频发送功率分配方法及装置。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术在一个次优导频序列分配算法的基础上，根据注水算法对上行链路中的导频发送功率进行优化分配，减轻了大规模MIMO和超密集异构网络通信系统中存在的干扰，在保证了高准确性信道估计和不提升复杂度的同时，提高了系统容量，改善了系统性能。第一方面，本专利技术提供了一种导频发送功率分配方法，所述方法包括：S1：建立大规模MIMO和异构网络系统模型，以最小化用户间干扰为目标，结合穷举法完成用户导频序列的分配；S2：使用窄带多径信道获取宏基站端的导频信号Yl，得到估计信道结合基于位置感知的信道估计方法得出更精确的信道估计S3：获取宏基站端的接收信号，通过匹配滤波检测获取宏用户的信号，进一步获得信干噪比SINRl,l,k；S4：总功率不变时，根据注水原理，在宏用户端完成导频发送功率的分配，得到信道容量Cl,k。优选地，所述步骤S1具体包括：S11：假设系统中有L个宏小区，每个宏小区中有P个微小区，其中每个宏小区包含1个多天线宏基站和Km个单天线宏用户，每个微小区包括1个单天线微基站和1个单天线微用户，由此建立大规模MIMO和异构网络系统模型；S12：在宏基站端，对于第l个宏小区中的第k个目标宏用户和第n个干扰用户，二者之间的干扰可通过In,l,k来衡量，具体表示为：其中，θn,l和θk,l表示第n个干扰用户和第k个目标宏用户到第l个宏基站的到达角(AOA)，dn,l表示第n个干扰用户和第l个宏基站之间的距离，t(θ)＝[cos(θ)sin(θ)]T表示方向矢量，γ表示路径损耗指数；在微基站端，对于第l个宏小区中的第ks个目标微用户和第n个干扰用户，有其中表示第ks个微基站和第n个干扰用户之间的距离。将每个宏小区均分为12个扇区，每个扇区内随机分布1个宏用户。使用相同导频序列的用户之间的干扰I应最小，以此为分配准则，对系统中的宏用和微用户进行导频序列分配，可确定一种次优的导频序列分配方法，将有限正交导频序列合理地分配给所有宏用户和微用户。优选地，所述步骤S2具体包括：S21：第j个宏小区内的第k个用户到第l个宏基站的窄带信道模型可表示为：其中，Q表示第j个宏小区内的第k个用户到第l个宏基站端的多径数量，βl,j,k,q表示第q条路径上的大尺度衰落系数，θl,j,k,q表示第q条路径上的到达角(AOA)且θ∈[θmin,θmax]，a(θl,j,k,q)表示AOA对应的导向矢量，a(θ)可具体表示为：其中M表示基站的天线数量，λ表示波长，D≤λ/2表示基站端的天线间隔，第l个宏基站接收到的导频序列为：其中，pl,j,k、p′l,j,k和分别表示第j个宏小区内的第km个宏用户、第ks个微用户到第l个宏基站的导频发送功率和信道矢量，表示第km个宏用户使用的导频序列，(sk∈{1,2,...,Km})表示第ks个微用户复用的导频序列，表示加性高斯白噪声(AWGN)；针对第j个宏小区内的第k个宏用户，通过最小二乘估计，获得其到第l个宏基站的信道估计矢量：其中，表示信道估计中的加性高斯白噪声；S22：当M较大时，a(θ)可被看作频率为的单频信号，其N点离散傅里叶变换可表示为X(k)，最大值为M，即max[X(k)]＝M。令klim＝argmax|X(k)|,并将其另记为其中表示对gN(θ)做整数取整运算，并可表示为：假设的N点快速傅里叶变换记为F。如果X(k)要无限逼近或取得最大值M，那么F中的值就需要尽可能集中在区间I(kmin,kmax)中，该区间可表示为：其中，将F中位于区间I(kmin,kmax)外的值置0，并记为对做逆傅里叶变换，即：令即获得了更为精确的信道估计矢量优选地，所述步骤S3具体包括：假设宏用户的信号发送功率均相等，微用户的信号发送功率同样均相等。第l个宏基站接收到的用户信号表示为：其中，pm、ps和xl,j,k、x′l,j,k分别表示第j个宏小区内的宏用户、微用户到第l个宏基站的信号发送功率和信号序列，且E{|xl,j,k|2}＝E{|x′l,j,k|2}＝1，表示AWGN向量；在第l个宏基站使用匹配滤波检测(Matched-filterDetector)，则第j个宏小区内的第k个宏用户发送到第l个宏基站的检测信号为：第j个宏小区内的第k个宏用户的信干噪比为：优选地，所述步骤S4具体包括：基于注水算法原理，即为达到最大系统容量，应给信道质量更好的用户分配更多的功率，根据此思路进行导频发送功率分配：首先，对于第l个宏基站，为了保证导频序列发送功率分配方法的公平性，每个宏用户都需要被分配一定的功率以保证导频序列可以被成功发送。但是，如果宏用户被分配过多的功率也将会对其他用户产生不必要的干扰，因此根据相关文献可将每个宏用户被分配功率限定在区间[pm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：/nS1：建立大规模MIMO和异构网络系统模型，以最小化用户间干扰为目标，结合穷举法完成用户导频序列的分配；/nS2：使用窄带多径信道获取宏基站端的导频信号Y

【技术特征摘要】
1.一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：建立大规模MIMO和异构网络系统模型，以最小化用户间干扰为目标，结合穷举法完成用户导频序列的分配；
S2：使用窄带多径信道获取宏基站端的导频信号Yl，得到估计信道结合基于位置感知的信道估计方法得出更精确的信道估计
S3：获取宏基站端的接收信号，通过匹配滤波检测获取宏用户的信号，进一步获得信干噪比SINRl,l,k；
S4：总功率不变时，根据注水原理，在宏用户端完成导频发送功率的分配，得到信道容量Cl,k。


2.根据权利要求1所述的一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11：根据系统参数：宏小区个数L，微小区个数P，单天线宏用户个数Km，单天线微用户个数建立大规模MIMO和异构网络系统模型；
S12：在宏基站端，对于第l个宏小区中的第k个目标宏用户和第n个干扰用户，二者之间的干扰可通过In,l,k来衡量；在微基站端，对于第l个宏小区中的第ks个目标微用户和第n个干扰用户，有其中表示第ks个微基站和第n个干扰用户之间的距离；使用相同导频序列的用户之间的干扰I应最小，以此为分配准则，可确定一种次优的导频序列分配方法。


3.根据权利要求1所述的一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21：获得第l个宏基站接收到的导频序列针对第j个宏小区内的第k个宏用户，通过最小二乘估计，获得其到第l个宏基站的信道估计矢量
S22：当M较大时，窄带信道模型中的导向矢量a(θ)可被看作频率为的单频信号，其N点离散傅里叶变换可表示为X(k)，最大值为M，即max[X(k)]＝M，令klim＝argmax|X(k)|,并将其另记为其中表示对gN(θ)做整数取整运算，可表示为：



假设的N点快速傅里叶变换记为F，如果X(k)要无限逼近或取得最大值M，那么F中的值需要尽可能集中在区间I(kmin,kmax)中，将F中位于区间I(kmin,kmax)外的值置0，然后记为对做逆傅里叶变换，即：



令即获得了更为精确的信道估计矢量


4.根据权利要求1所述的一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
假设宏用户的信号发送功率均相等，微用户的信号发送功率同样均相等，可得第l个宏基站接收到的用户信号在第l个宏基站使用匹配滤波检测，可得第j个宏小区内的第k个宏用户发送到第l个宏基站的检测信号进一步可得到第j个宏小区内的第k个宏用户的信干噪比为SINRl,l,k。


5.根据权利要求1所述的一种导频发送功率分配方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
结合注水算法，为达到最大系统容量，给信道质量更好的用户分配更多的功率，基于此思路对宏用户进行导频发送功率分配。


6.一种导频发送功率分配装置，其特征在于，所述装置包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠勇，郭亚博，朱政宇，路新华，刘飞，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41