CN114221745A - 一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法及*** - Google Patents

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CN114221745A CN202111612736.0A CN202111612736A CN114221745A CN 114221745 A CN114221745 A CN 114221745A CN 202111612736 A CN202111612736 A CN 202111612736A CN 114221745 A CN114221745 A CN 114221745A
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曹海燕
胡志蕊
何美霖
郑长亮
魏超
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Abstract

本发明公开了一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法及***，方法包括如下步骤：步骤S1，将用户类别划分为完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户；步骤S2，把导频集合分割为互不重叠的两个子集，其中第一子集的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量；步骤S3，为参考小区的I类用户随机分配第一子集的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享第一子集的正交导频；步骤S4，为参考小区的II类用户随机分配第二子集的正交导频，其他小区的II类用户配成导频复用对的，与参考小区的II类用户共享一个正交导频。本发明能有效避免导频污染对***容量的影响，降低***的误码率。

Description

一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法及***
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及无线通信***中的大规模天线***的导频分配、干扰抑制等技术，更具体是涉及一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法及***。
背景技术
随着人们对多媒体数字业务需求的不断增长，移动通信***对频谱效率和能量效率也提出了更高的要求。为了满足这些需求，5G关键技术包括如下几个方面：利用大规模天线技术提升***的频谱效率；采用毫米波频谱扩展***的带宽；部署多层密集网络提升***区域频谱复用度。其中，采用了大规模天线阵列的通信***称为大规模MIMO***。它不仅可以补偿毫米波段信号传播严重衰落，而且是实现多层密集网络无线回程与干扰控制的重要手段。可见，大规模天线技术是5G移动通信***的关键基础技术之一，能为5G的成功应用奠定重要的基础作用。
然而，由于大规模天线***中用户总数总是大于正交导频的数量，小区间需要复用导频，而小区间的导频复用产生的导频污染成为了大规模天线***的性能瓶颈。因此，小区间需要合理的复用导频，以减轻导频干扰。目前，还未出现有效的、低复杂度、接近于现实应用的导频污染减轻技术方案。
另一方面，现有研究表明，用户信号的调制方式对***误码性能有着重要的影响，因此也影响了导频复用的程度。
此于上述现状，本发明将用户信号的调制方式作为另一维度考虑整个导频分配的技术方案。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法及***。首先，本发明按照一个与调制阶数、基站密度等参数有个的划分门限，将用户分为两类，分别为：完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户。然后，对I类用户采用随机导频分配策略，对II类用户按照一定的原则找出可以复用导频的用户对，以避开导频污染，提高***容量，降低***误码率，并且具有较低的复杂度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，包括如下步骤：
步骤S1，将用户类别划分为完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户；
步骤S2：把导频集合分割为互不重叠的两个子集，其中第一子集的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量；
步骤S3，为参考小区的I类用户随机分配第一子集的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享第一子集的正交导频；
步骤S4，为参考小区的II类用户随机分配第二子集的正交导频，其他小区的II类用户配成导频复用对的，与参考小区的II类用户共享一个正交导频。
优选的，步骤S1中，若ρ大于小区半径R，则所有用户都是I类用户。
优选的，步骤S1具体如下：用户类别的划分：首先，根据公式(1)中的ρ，将各个小区中的M个用户分为两类。与服务基站距离小于ρ的用户为导频完全复用用户，称为I类用户；与服务基站距离大于或等于ρ的用户，称为II类用户。其中，
Figure BDA0003435563640000021
此处假定在一个多小区大规模MIMO***中，有L个小区，M个正交导频数量。每个用户发送上行导频信号，基站接收导频信号后估计信道。之后，用户采用正交幅度(QAM)调制方式处理要发送的数据信号。N表示用户发送数据信号所采用的QAM调制阶数，R表示小区半径，α表示路径损耗指数，λ表示基站密度。
优选的，步骤S2具体如下：把导频集合分割为互不重叠的两个子集：
Figure BDA0003435563640000022
和
Figure BDA0003435563640000023
其中，集合
Figure BDA0003435563640000031
中的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量。
优选的，步骤S3具体如下：I类用户的导频分配：为参考小区的I类用户随机分配集合
Figure BDA0003435563640000032
中的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享集合
Figure BDA0003435563640000033
中的正交导频。
优选的，步骤S4：为参考小区的II类用户随机分配导频集合
Figure BDA0003435563640000034
中的导频；当其他小区的II类用户，在C的范围内且不在
Figure BDA0003435563640000035
的范围内的时候，可以与参考小区的参考用户UE0使用相同的导频。其中，C表示以小区l的基站BSl为中心，以r0为半径的圆的内部，r0表示小区l中可以复用导频的用户距离其服务基站BSl的最远距离。
Figure BDA0003435563640000036
表示参考用户UE0所使用的导频禁止在该区域内被复用，
Figure BDA0003435563640000037
是以基站BS0为圆心，以r2为半径的圆的内部。r0根据公式(2)计算得到：
Figure BDA0003435563640000038
其中，r1＝D(BSl,UE0)，D(·,·)表示两点之间的距离。r2由公式(3)计算得到：
Figure BDA0003435563640000039
BS0表示参考小区的参考基站。
本发明还公开了一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，包括如下模块：
用户类别划分模块：将用户类别划分为完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户；
导频集合分割模块：把导频集合分割为互不重叠的两个子集，其中第一子集的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量；
I类用户导频分配模块：为参考小区的I类用户随机分配第一子集的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享第一子集的正交导频；
II类用户导频分配模块：为参考小区的II类用户随机分配第二子集的正交导频，其他小区的II类用户配成导频复用对的，与参考小区的II类用户共享一个正交导频。
本发明有益效果如下：
本发明一种多小区大规模天线***的导频分配技术方案，其减轻了导频污染的影响，并提高了***吞吐量、降低误码率。
附图说明
图1为本发明实施例一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***框图。
图2为本发明实施例一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法流程图。
图3为大规模MIMO***的***模型及步骤S4中的区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明，但本发明并不限于以下实施例。
本发明在实施过程中主要包括用户分类，导频集合划分和导频分配三个个主要阶段。具体如下详述：
实施例一
如图1所示，本实施例一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，包括如下模块：
用户类别划分模块：用户类别的划分：首先，根据公式(1)中的ρ，将各个小区中的M个用户分为两类。与服务基站距离小于ρ的用户为导频完全复用用户，称为I类用户；与服务基站距离大于或等于ρ的用户，称为II类用户。其中，
Figure BDA0003435563640000041
此处假定在一个多小区大规模MIMO***中，有L个小区，M个正交导频数量。每个用户发送上行导频信号，基站接收导频信号后估计信道。之后，用户采用正交幅度(QAM)调制方式处理要发送的数据信号。N表示用户发送数据信号所采用的QAM调制阶数，R表示小区半径，α表示路径损耗指数，λ表示基站密度。
若ρ大于小区半径R，则所有用户都是I类用户。
导频集合分割模块：把导频集合分割为互不重叠的两个子集：
Figure BDA0003435563640000042
和
Figure BDA0003435563640000043
其中，集合
Figure BDA0003435563640000051
中的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量。
I类用户导频分配模块：I类用户的导频分配：为参考小区的I类用户随机分配集合
Figure BDA0003435563640000052
中的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享集合
Figure BDA0003435563640000053
中的正交导频。
II类用户导频分配模块：为参考小区的II类用户随机分配导频集合
Figure BDA0003435563640000054
中的导频；当其他小区l的II类用户，在C的范围内且不在
Figure BDA0003435563640000055
的范围内的时候，可以与参考小区的参考用户UE0使用相同的导频。其中，C表示以小区l的基站BSl为中心，以r0为半径的圆的内部，r0表示小区l中可以复用导频的用户距离其服务基站BSl的最远距离。
Figure BDA0003435563640000056
表示参考用户UE0所使用的导频禁止在该区域内被复用，
Figure BDA0003435563640000057
是以基站BS0为圆心，以r2为半径的圆的内部。r0根据公式(2)计算得到：
Figure BDA0003435563640000058
其中，r1＝D(BSl,UE0)，D(·,·)表示两点之间的距离。r2由公式(3)计算得到：
Figure BDA0003435563640000059
BS0表示参考小区的参考基站。
实施例二
如图2-3所示，针对多小区大规模MIMO***，本实施例一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，包括如下步骤：
步骤S1：用户类别的划分：首先，根据公式(1)中的ρ，将各个小区中的M个用户分为两类。与服务基站距离小于ρ的用户为导频完全复用用户，称为I类用户；与服务基站距离大于或等于ρ的用户，称为II类用户。其中，
Figure BDA00034355636400000510
此处假定在一个多小区大规模MIMO***中，有L个小区，M个正交导频数量。每个用户发送上行导频信号，基站接收导频信号后估计信道。之后，用户采用正交幅度(QAM)调制方式处理要发送的数据信号。N表示用户发送数据信号所采用的QAM调制阶数，R表示小区半径，α表示路径损耗指数，λ表示基站密度。
步骤S2：把导频集合分割为互不重叠的两个子集：
Figure BDA0003435563640000061
和
Figure BDA0003435563640000062
其中，集合
Figure BDA0003435563640000063
中的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量。
步骤S3：I类用户的导频分配：为参考小区的I类用户随机分配集合
Figure BDA0003435563640000064
中的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享集合
Figure BDA0003435563640000065
中的正交导频。
步骤S4：为参考小区的II类用户随机分配导频集合
Figure BDA0003435563640000066
中的导频；当其他小区的II类用户，在C的范围内且不在
Figure BDA0003435563640000067
的范围内的时候，可以与参考小区的参考用户UE0使用相同的导频，比如：图2中UE3在这个范围内，可以与UE0复用导频。而UE1不在C的范围内，不能与UE0复用导频；UE2在
Figure BDA0003435563640000068
的范围内，不能与UE0复用导频；图2中，小圆圈的内部为C，r0表示小区l中可以复用导频的用户距离其服务基站BSl的最远距离。大圆圈的内部为
Figure BDA0003435563640000069
表示参考用户UE0所使用的导频禁止在该区域内被复用，
Figure BDA00034355636400000610
是以基站BS0为圆心，以r2为半径的圆的内部。r0根据公式(2)计算得到：
Figure BDA00034355636400000611
其中，r1＝D(BSl,UE0)，D(·,·)表示两点之间的距离。r2由公式(3)计算得到：
Figure BDA00034355636400000612
BS0表示参考小区的参考基站。
综上，本发明公开了一种多小区***中结合调制阶数的导频分配技术方法，适用于大规模MIMO***，属于通信技术领域。本发明先按照一个与调制阶数、基站密度等参数有个的划分门限，将用户分为两类，一类为可以完全复用导频的I类用户；另一类为不能完全复用导频的II类用户。然后根据I类用户的数量，将导频集合分成两个不重叠的子集。再为I类用户分配一个导频子集合中的导频。最后按照一定的规则，找到可以互相复用导频的II类用户。在设计实现多小区大规模MIMO***的导频分配方案时，可以根据本发明提出的技术方案能有效避免导频污染对***容量的影响，降低***的误码率。

Claims (10)

1.一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1，将用户类别划分为完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户；
步骤S2，把导频集合分割为互不重叠的两个子集，其中第一子集的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量；
步骤S3，为参考小区的I类用户随机分配第一子集的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享第一子集的正交导频；
步骤S4，为参考小区的II类用户随机分配第二子集的正交导频，其他小区的II类用户配成导频复用对的，与参考小区的II类用户共享一个正交导频。
2.根据权利要求1所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于，步骤S1中，若ρ大于小区半径R，则所有用户都是I类用户。
3.如权利要求1或2所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于，步骤S1具体如下，根据式(1)中的ρ，将各个小区中的M个用户分为两类，与服务基站距离小于ρ的用户为导频完全复用用户，称为I类用户，与服务基站距离大于或等于ρ的用户，称为II类用户，其中，
Figure FDA0003435563630000011
假定在一个多小区大规模MIMO***中，有L个小区，M个正交导频数量；每个用户发送上行导频信号，基站接收导频信号后估计信道；用户采用正交幅度调制方式处理要发送的数据信号；N表示用户发送数据信号所采用的正交幅度调制阶数，R表示小区半径，α表示路径损耗指数，λ表示基站密度。
4.如权利要求3所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于，步骤S2具体如下，把导频集合分割为互不重叠的两个子集：
Figure FDA0003435563630000012
和
Figure FDA0003435563630000013
其中，集合
Figure FDA0003435563630000014
中的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量。
5.如权利要求4所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于，步骤S3具体如下，为参考小区的I类用户随机分配集合
Figure FDA0003435563630000015
中的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享集合
Figure FDA0003435563630000021
中的正交导频。
6.如权利要求5所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配方法，其特征在于，步骤S4具体如下，当其他小区的II类用户，在C的范围内且不在
Figure FDA0003435563630000022
的范围内的时候，能与参考小区的参考用户UE0使用相同的导频；其中，C表示以小区编号l的基站BSl为中心，以r0为半径的圆的内部，r0表示小区编号l中可以复用导频的用户距离其服务基站BSl的最远距离；
Figure FDA0003435563630000023
表示参考用户UE0所使用的导频禁止在该区域内被复用，
Figure FDA0003435563630000024
是以基站BS0为圆心，以r2为半径的圆的内部；r0根据式(2)计算得到：
Figure FDA0003435563630000025
其中，r1＝D(BSl,UE0)，D(·,·)表示两点之间的距离；r2由式(3)计算得到：
Figure FDA0003435563630000026
BS0表示参考小区的参考基站。
7.一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，其特征在于包括如下模块：
用户类别划分模块：将用户类别划分为完全复用导频的I类用户和不能完全复用导频的II类用户；
导频集合分割模块：把导频集合分割为互不重叠的两个子集，其中第一子集的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量；
I类用户导频分配模块：为参考小区的I类用户随机分配第一子集的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享第一子集的正交导频；
II类用户导频分配模块：为参考小区的II类用户随机分配第二子集的正交导频，其他小区的II类用户配成导频复用对的，与参考小区的II类用户共享一个正交导频。
8.如权利要求7所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，其特征在于，用户类别划分模块具体如下，根据式(1)中的ρ，将各个小区中的M个用户分为两类，与服务基站距离小于ρ的用户为导频完全复用用户，称为I类用户，与服务基站距离大于或等于ρ的用户，称为II类用户，其中，
Figure FDA0003435563630000031
假定在一个多小区大规模MIMO***中，有L个小区，M个正交导频数量；每个用户发送上行导频信号，基站接收导频信号后估计信道；用户采用正交幅度调制方式处理要发送的数据信号；N表示用户发送数据信号所采用的正交幅度调制阶数，R表示小区半径，α表示路径损耗指数，λ表示基站密度。
9.如权利要求8所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，其特征在于，导频集合分割模块具体如下，把导频集合分割为互不重叠的两个子集：
Figure FDA0003435563630000032
和
Figure FDA0003435563630000033
其中，集合
Figure FDA0003435563630000034
中的正交导频的数量等于参考小区的I类用户的数量。
10.如权利要求9所述一种多小区***中结合调制阶数的导频分配***，其特征在于，I类用户导频分配模块具体如下，为参考小区的I类用户随机分配集合
Figure FDA0003435563630000035
中的正交导频，其他小区的I类用户与参考小区的I类用户共享集合
Figure FDA0003435563630000036
中的正交导频；
和/或，
II类用户导频分配模块具体如下，当其他小区的II类用户，在C的范围内且不在
Figure FDA0003435563630000037
的范围内的时候，能与参考小区的参考用户UE0使用相同的导频；其中，C表示以小区编号l的基站BSl为中心，以r0为半径的圆的内部，r0表示小区编号l中可以复用导频的用户距离其服务基站BSl的最远距离；
Figure FDA0003435563630000038
表示参考用户UE0所使用的导频禁止在该区域内被复用，
Figure FDA0003435563630000039
是以基站BS0为圆心，以r2为半径的圆的内部；r0根据式(2)计算得到：
Figure FDA00034355636300000310
其中，r1＝D(BSl,UE0)，D(·,·)表示两点之间的距离；r2由式(3)计算得到：
Figure FDA00034355636300000311
BS0表示参考小区的参考基站。
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