CN106850173A - 一种基于大规模mimo的多小区导频分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大规模MIMO的多小区导频分配方法，首先采用每7个小区作为一组分簇，假设导频干扰仅存在于簇内，不同簇之间不存在干扰，求取每个用户到本小区基站的大尺度衰落系数β_11k。对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行排列，得到其在本小区信号强度顺序，按照信号强度顺序，依次选择目标小区中的用户，计算目标小区中信号强度最弱的用户k_min 与相邻小区j’中用户之间的干扰度量值。从每个小区选择干扰度量值最小的用户，这样的用户一共7个，给它们分配相同的导频重复上述步骤直到所有导频分配给所有的用户。本发明通过计算不同小区间用户的干扰值进行用户分组，缓解了导频污染问题，同时均衡了目标小区中的用户SINR，并且算法复杂度低。

Description

一种基于大规模MIMO的多小区导频分配方法

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种基于大规模MIMO的多小区导频分配方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，大数据时代的到来使原来的LTE技术越来越不能满足用户对网络的需求，大规模MIMO因其巨大的潜能在5G无线通信中有着很好的应用前景。

对于大规模MIMO***而言，准确的信道估计对获取较高的***容量是至关重要的。然而，由于相干时间短或者存在大量的用户，导频数量有限，分布在相邻小区的用户不可避免地重复利用相同的导频序列。基站在获取用户信道估计时受到相邻小区使用相同导频序列的用户干扰，这就是所谓的导频污染。研究结果表明，当基站的天线数趋于无穷大时，用户的上行信号干扰噪声比(SINR)是一个依赖于用户随机位置和大尺度衰落的随机量。

在传统的大规模MIMO导频分配方案中，基站将导频随机分配给本小区的用户，由此所产生的导频污染便可以通过改变基站配置、调整天线、优化导频分配方案等来缓解。

有学者采用导频时移的方法来减轻导频污染，通过将某个小区内的导频时隙对齐到相邻小区的数据时隙，在不同小区同步传输方案下有效地抑制了导频污染，但该方案同时也引入了导频与数据的相互干扰。另有学者提出了一种导频序列分配策略，其具体思路是为小区中心的用户分配相同的导频，而对于小区边缘用户则采用正交导频，从而减轻导频污染，提升***的容量，然而当小区边缘的用户数量相对较大时，获取所需正交导频序列的数量将是一个很难解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是使目标小区中信号强度较差的用户受到相邻小区采用相同导频而引起的干扰最小化，并且考虑在干扰值相同的情况下如何处理用户分组问题，均衡目标小区中的每个用户的SINR，让每个用户都能享受到均等的服务质量，而不会出现信道状况较差的用户接收不到基站发送的信号，同时减小了导频污染的影响，降低算法复杂度等问题。发明概述

为达到上述目的，本发明提出的技术方案是一种基于大规模MIMO的多小区导频分配方法，具体包含以下步骤：

一、采用每7个小区作为一组分簇，每簇的中心视为目标小区，记标号为j＝1，周围相邻小区依次标记为2～7，导频干扰仅存在于簇内，不同簇之间不存在干扰；

二、对于目标小区中的用户，求取每个用户到本小区基站的大尺度衰落系数β_11k，k∈{1,2ΛK}；

三、对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行排列，得到其在本小区信号强度顺序，即如果满足则表示用户k₁的信号强度比用户k₂大，标记信号强度最小的用户为

四、按照信号强度顺序，依次选择目标小区中的用户，根据式下面公式计算目标小区中信号强度最弱的用户与相邻小区j’(2≤k′≤7)中用户之间的干扰度量值，即

ζ_jk,j′k′值越大则表示如果两用户间采用相同导频时带来的相互干扰越大；

五、从每个小区选择干扰度量值最小的用户：

六、根据步骤五，从每个小区中选择的一个用户和目标小区中序号为的用户组成一组，这样的用户一共7个，并且给它们分配相同的导频

七、重复步骤二到六，依次给每个分组的7个用户分配导频直到所有导频分配给所有的用户。

进一步，步骤三中，所述对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行排列是做升序排列。

步骤五中，如果同一小区中两个用户与目标小区中的同一个用户产生的干扰度量值相同并且最小，则进行如下步骤：

步骤51：如果目标小区中信号强度为的用户与相邻的第l(l∈{1,2ΛL})个小区中两个用户k₁和k₂产生相同的最小干扰度量值，则根据步骤三中的排序，选择紧排在后面信号强度比其大的用户，记为

步骤52：计算其与第l个小区中两个用户k₁和k₂产生的干扰度量值，选择干扰度量值较小的用户和用户一组，则另一个用户与作为一组。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1，本发明可以使目标小区中信号强度较差的用户受到相邻小区采用相同导频而引起的干扰最小化，并且全面考虑在干扰值相同的情况下如何处理用户分组问题。

2，通过计算不同小区间用户的干扰值进行用户分组，缓解了导频污染问题，使得不同小区可以复用有限的导频资源，同时均衡了目标小区中的用户SINR，让每个用户都能享受到均等的服务质量，而不会出现信道状况较差的用户接收不到基站发送的信号。

附图说明

图1为7个标号小区***的示意图。

图2相邻小区用户间同频干扰示意图。

图3为本发明专利导频分配流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步详尽的说明。

如图1所示，该图显示了标号1～7的小区大规模MIMO***图，此图为本发明所适用的多小区***图。

考虑L个六边形小区组成的一个多用户多小区Massive MIMO***，每个小区由一个M根天线的基站和K(K＜＜M)个单天线用户组成。第j个小区的第k个用户到第l个小区基站的信道可以建模为

其中，g_ljk表示由小尺度衰落系数组成的M×1维向量，而β_ljk表示大尺度衰落系数，它和用户与基站间的距离及阴影衰落有关，可以表示为

s_ljk表示阴影衰落，r_ljk表示第j个小区内第k个用户到第l个基站的距离，R为小区半径，α为路径损耗因子。考虑Massive MIMO***采用TDD双工模式，假设导频序Φ＝[φ₁,φ₂,Λφ_K]^T∈C^K×τ，导频长度为τ，且两两相互正交由于导频资源有限，相同的导频组在相邻小区复用。

用户的上行信号干扰噪声比(SINR)是一个依赖于用户随机位置和大尺度衰落的随机量，用户k在第j个小区的上行信干噪比(SINR)可表示为：

其中，表示与干扰不相关的噪声功率，并且随着基站天线数的增加，其值的影响会越来越小；表示导频复用导致的导频污染，I_jk表示与第j个小区中的k用户采用相同导频的用户集合，I_jk＝{j′k′:p_j′k′＝p_jk}\{jk}

图2就相邻小区间用户如果采用相同的导频所产生的干扰示意图，用户间的干扰度量值就是基于此图来计算的。本发明基于基站易于追踪用户大尺度衰落信息，充分利用了用户大尺度衰落系数的信息，通过计算不同小区间用户的干扰值进行用户分组，缓解了导频污染问题，同时均衡了目标小区中的用户SINR，当目标小区中用户与相邻小区用户产生相同的干扰值时，就考虑紧排在此目标用户的下一个，通过计算它与相邻小区的那两个用户的干扰值大小，判断用户分组情况，并且此种算法复杂度低，具有一定的实用性。

本发明将目标小区中用户按大尺度衰落系数排序，从而得到他们的信号强度顺序，按照干扰值最小化的顺序，依次从每个小区选择相应的用户，实现用户分组，对每组中的用户进行分配相同的导频。如图3所示，详细的步骤如下：

步骤一：规划每7个小区作为一组分簇，每簇的中心视为目标小区，记标号为j＝1，周围相邻小区依次标记为2～7，如图1所示。导频干扰仅存在于簇内，不同簇之间不存在干扰；

步骤二：对于目标小区中的用户，求取每个用户到本小区基站的大尺度衰落系数β_11k，k∈{1,2ΛK}；

步骤三：对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行升序排列，从而得到他们在本小区信号强度顺序，即如果满足则表示用户k₁的信号强度比用户k₂大。标记信号强度最小的用户为

步骤四：

按照信号强度顺序，依次选择目标小区中的用户，根据式(3)首先计算目标小区中信号强度最弱的用户与相邻小区j’(2≤k′≤7)中用户之间的干扰度量值，如图2所示，即

ζ_jk,j′k′值越大则表示如果两用户间采用相同导频时带来的相互干扰越大；

步骤五：

从每个小区选择干扰度量值最小的用户：

如果同一小区中两个用户与目标小区中的同一个用户产生的干扰度量值相同并且最小，则进行如下步骤：

步骤51：如果目标小区中信号强度为的用户与相邻的第l(l∈{1,2ΛL})个小区中两个用户k₁和k₂产生相同的最小干扰度量值，则根据步骤三中的排序，选择紧排在后面信号强度比其大的用户，记为

步骤52：计算其与第l个小区中两个用户k₁和k₂产生的干扰度量值，选择干扰度量值较小的用户和用户一组，则另一个用户与作为一组；

步骤六：根据步骤五从每个小区中选择的一个用户和目标小区中序号为的用户组成一组，这样的用户一共7个，并且给它们分配相同的导频

步骤七：重复步骤2-6，依次给每个分组的7个用户分配导频直到所有导频分配给所有的用户。

Claims (3)

1.一种基于大规模MIMO的多小区导频分配方法，其特征在于包含以下步骤：

一、采用每7个小区作为一组分簇，每簇的中心视为目标小区，记标号为j＝1，周围相邻小区依次标记为2～7，导频干扰仅存在于簇内，不同簇之间不存在干扰；

二、对于目标小区中的用户，求取每个用户到本小区基站的大尺度衰落系数β_11k，k∈{1,2ΛK}；

三、对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行排列，得到其在本小区信号强度顺序，即如果满足则表示用户k₁的信号强度比用户k₂大，标记信号强度最小的用户为

四、按照信号强度顺序，依次选择目标小区中的用户，根据式下面公式计算目标小区中信号强度最弱的用户与相邻小区j’(2≤k′≤7)中用户之间的干扰度量值，即

${\mathrm{\ζ}}_{jk,j^{\′}{k}^{\′}}={\mathrm{\β}}_{{\mathrm{jj}}^{\′}{k}^{\′}}^2/{\mathrm{\β}}_{jjk}^2+{\mathrm{\β}}_{j^{\′}jk}^2/{\mathrm{\β}}_{j^{\′}{j}^{\′}{k}^{\′}}^2$

ζ_jk,j′k′值越大则表示如果两用户间采用相同导频时带来的相互干扰越大；

五、从每个小区选择干扰度量值最小的用户：

$\begin{array}{cc}{k}_{j^{\′}}^{\′}=\arg \underset{k^{\′}\∈\{1,2,\mathrm{...},K\}\backslash k_{\min }}{\underset{j^{\′}\∈\{2,3,\mathrm{...},7\},}{\min }}{\mathrm{\ζ}}_{j^{\′}{k}^{\′},1k_{\min }}={\mathrm{\β}}_{1j^{\′}{k}^{\′}}^2/{\mathrm{\β}}_{11k_{\min }}^2+{\mathrm{\β}}_{j^{\′}1k_{\min }}^2/{\mathrm{\β}}_{j^{\′}{j}^{\′}{k}^{\′}}^2& j^{\′}\∈\{2,3,\mathrm{...},7\}\end{array};$

六、根据步骤五，从每个小区中选择的一个用户和目标小区中序号为的用户组成一组，这样的用户一共7个，并且给它们分配相同的导频

七、重复步骤二到六，依次给每个分组的7个用户分配导频直到所有导频分配给所有的用户。

2.根据权利要求1所述的基于大规模MIMO的多小区导频分配方法，其特征在于，步骤三中所述对目标小区中的用户按大尺度衰落系数进行排列是做升序排列。

3.根据权利要求1所述的基于大规模MIMO的多小区导频分配方法，其特征在于，步骤五中如果同一小区中两个用户与目标小区中的同一个用户产生的干扰度量值相同并且最小，则进行如下步骤：

步骤51：如果目标小区中信号强度为的用户与相邻的第l(l∈{1,2ΛL})个小区中两个用户k₁和k₂产生相同的最小干扰度量值，则根据步骤三中的排序，选择紧排在后面信号强度比其大的用户，记为

步骤52：计算其与第l个小区中两个用户k₁和k₂产生的干扰度量值，选择干扰度量值较小的用户和用户一组，则另一个用户与作为一组。