一种大规模多输入多输出系统中导频序列的分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线信道估计，尤其涉及无线通信导频的分配方法。
【背景技术】
[0002] 大规模多输入多输出（Massive Multiple-Input Multiple-Output ,Massive Μηω)，也被称作为大规模多天线，是指在基站配置的输入和输出天线的数量远大于服务用 户数的一种传输机制，就是为基站安装几百根天线（128根、256根或者更多），从而实现使用 大量的天线同时为同一名用户收发数据。在不改变传统蜂窝系统的基础上，大规模多天线 系统通过利用良好的空间自由度，能够有效地降低用户间干扰和小区间干扰、并大幅提升 频谱效率;并且通过利用MMO分集与复用技术，可以降低数据发送功率、提高传输效率、并 有效地提升能量效率。除此之外，得益于大规模多天线系统的信道渐进的正交性，只需采用 复杂度较低的线性预编码和检测算法，如匹配滤波算法(Matched-Filt er，MF)，就可以获得 非常好的传输性能。因此，大规模多天线技术有望在未来第五代移动通信系统中扮演重要 角色。
[0003] 根据传输机制的不同，可以将大规模多天线分为时分双工（Time Division Duplexing, TDD)模式和频分双工(Frequency Division Duplexing ,FDD)模式。在TDD模式 中，上下行信道具有对称性，因此只需要估计上行信道就可以获得下行信道的估计值。而 FDD模式中上下行信道截然不同，需要单独进行估计并进行反馈，由此导致H)D信道估计的 复杂度非常高，反馈信息量非常庞大。所以针对大规模多天线的信道估计的研究集中在TDD 大规模多天线上。
[0004] 为了获知信道对传输数据的影响以保证正确的数据传输，大规模多天线系统中需 要利用正交导频序列来获得信道的估计值。就是在传输信号时，在包含信息的信号中插入 已知的导频序列，在接收信号时，通过确定已知的正交导频序列在信道中所受到的影响来 估计信道对包含信息的信号的影响。其中，所有用户的导频序列相互正交，这样才能区分不 同用户的信道。但是，受到相干时间长度的限制，导频序列长度无法长到能够保证所有用户 的导频序列是相互正交的，因此必需在不同小区间复用导频序列。这就导致了目标小区用 户的信道估计值受到相邻小区内使用相同导频序列的用户的干扰，被干扰的估计值进一步 影响上下行数据的传输，这一现象称之为导频污染(Pilot Contamination)。而导频污染成 了限制大规模多天线系统性能的主要瓶颈。
[0005] 目前主要有三类方法用来解决或降低大规模多天线系统中面临的导频污染问题：
[0006] 第一类方法是预编码方法。这类方法假设基站可以获知部分信道信息，如大尺度 衰落，信道协方差矩阵等，同时基站之间具备协作和共享的能力。在设计预编码的时候将全 局的信道信息考虑进来，对受到污染的信道估计值进行变换获得更加适应信道条件的预编 码信息，提高数据传输的准确性。
[0007] 第二类方法是根据信道条件分配导频序列。这类方法也假设基站可以获知部分信 道信息，以小区为单位，基站可以将自己的服务用户信道质量和不同导频序列的受干扰程 度分别进行排序，按照相应的目标函数进行优化，将导频序列按照一定的规则分配给不同 用户。
[0008] 第三类方法是改变传输架构。将使用相同导频序列的用户的导频传输在时域上进 行错开，使得目标用户的导频和相邻小区用户的数据信息产生干扰，再利用大规模多天线 系统的信道特性从混叠的信号中解出有效数据信号。
[0009] 上述三类降低导频污染的方法都是在不同小区中复用完全相同的一套导频序列 组的基础上进行分析和处理，使用相同导频序列的用户之间相互干扰，尤其是小区边缘用 户。上述方法虽然可以提升一定的性能，但为之付出的复杂度代价太大。
【发明内容】
[0010] 因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于大规模多输入 多输出系统分配导频序列的方法。
[0011] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0012] 首先，确定由构造的导频序列所组成的矩阵，以作为原始导频序列的矩阵;其中， 原始导频序列的矩阵的每一行或者每一列对应于一个导频序列；
[0013] 然后，将原始导频矩阵中的列与列之间的顺序或者行与行之间的顺序进行重新排 列，得到互不相同的多个正交矩阵；
[0014] 再从上述新的正交矩阵以及所述原始导频矩阵中找出多个相关性低的矩阵，以作 为用于分配给无线网络的导频矩阵;其中，所述分配给无线网络的导频矩阵的每一行或每 一列对应于一个分配给无线网络的导频序列。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0016] 在利用导频序列进行上行信道估计的导频传输阶段，不再按照传统的所有小区复 用同一组导频矩阵的方法，而是构造出多个正交矩阵，从中选择互相关性低的矩阵分配给 不同小区用作导频矩阵。由此使得相邻小区分配有不同的导频矩阵，达到降低相邻小区用 户之间的导频干扰的效果，并且由于每个导频矩阵都是正交矩阵，因而使得小区内部的各 个用户之间也不存在导频干扰。
[0017] 此外，本发明的方法相较于全部小区复用同一套导频序列的其他现有技术而言， 能够通过很低的操作复杂度来换取较好的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)〇
【附图说明】
[0018] 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0019] 图1是采用大规模多天线的小区结构和信道的示意图；
[0020] 图2是TDD Massive MBTO传输架构的示意图；
[0021] 图3是根据本发明的一个实施例的导频序列分配方法的示意图；
[0022] 图4是重新排列原始导频矩阵中的所有列的顺序的示意图；
[0023]图5是采用不同天线时下行用户平均容量的仿真结果；
[0024]图6是用户下行SINR的累积分布曲线的仿真结果。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
[0026]图1示出了采用Massive MMO的小区结构和信道的示意图。图中基站名与小区名 对应，小区i的用户k至Ij小区1的基站的上行信道向量记作giki = Piki · hiki，其中Piki表示大尺 度衰落因子，hiki表示小尺度衰落向量。与普通MIMO不相同的是，在Massive MHTO中，当基站 天线数M趋于无穷时大规模多天线中不同用户的信道是趋于正交的（无论是到相同基站还 是不同基站的信道），同一个用户到不同基站的信道也是趋于正交的。也就是说，如果两个 信道向量与的下标不完全相同即（m)矣〇 2山，12)，那么这两个信道就趋于 正交，这个性质称之为渐进正交性(AsymptoticalIy Orthogonal)。可以表示为
[0028]其中（·）H表示共辄转置。
[0029] 在使用正交导频序列来进行信道估计时，若采用下行估计，所需导频序列长度τ与 基站天线数M成正比；若采用上行估计，所需导频序列长度τ与用户数K成正比。由于在 Massive MHTO环境中基站天线数远大于用户数，因此通常针对TDD Massive MHTO使用上行 估计。
[0030] 图2示出了TDD Massive MMO的传输架构，包括上行导频传输、信道预测处理、和 下行数据传输。下面采用数学模型来描述导频序列，其中（·）H，（ · Γ和（·）T分别表示矩阵 或向量的共辄转置，共辄和转置。
[0031] 先考虑由L个小区组成的TDD Massive MMO网络，并假设每个小区有K个用户。在 传统的在多个小区复用导频序列的方案中，第i个基站接收到的导频序列心可以被表示为：
[0033]其中，Pkl是复用导频序列的全部