本发明涉及移动通信领域，具体为一种大规模多输入多输出(multiple-inputmultiple-out-put，mimo)系统中基于用户分类的动态导频分配方法。
背景技术：
导频污染问题并不仅仅存在于大规模mimo(massivemimo)系统，而是通信系统中一种常见的现象。在码分多址(cdma)系统和lte-advanced中的协作多点(comp)中都存在导频污染。在传统mimo系统的通信中，导频污染问题同样存在，但其对massivemimo系统通信的影响远远大于传统的mimo通信。这是因为，在传统mimo系统中，通信过程中通常会受到小区内部其他用户的干扰以及小区间的干扰(导频污染)，因此，在传统的mimo系统中，减小小区内部干扰是提高系统容量和频谱效率的有效方式，但是在massivemimo中由于基站的天线数很大，使得系统相同小区中不同用户的信道趋于正交，因此相同的小区中不同用户之间的干扰可以忽略不计，换句话说，在massivemimo系统中限制系统容量和频谱效率的主要因素是不同小区间的干扰。已经证明，导频污染在massivemimo系统中一直存在且无法被彻底消除。因此，探索如何减小导频污染对通信系统性能的影响问题就成为近几年学术界研究的重点。
导频分配策略是指保持系统现存的导频序列组不变，重新分配系统中的导频分布情况，从而尽量减少系统中导频污染的程度以及导频污染对系统通信过程的影响。可以利用导频时移来减轻导频污染的导频分配方案，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。另外一种减轻导频污染的方法是基于扇区分类的导频分配方案，不同扇区中的用户导频在物理空间上相互独立，从而有效地减轻了导频污染，在基站天线数足够大时，极大地提升了系统吞吐量。也可以考虑为小区中心的用户分配相同的导频，而小区边缘的用户分配正交的导频，从而减轻导频污染，提升系统的容量。
导频分配策略主要是根据用户的信号强度以及小区间干扰强度(导频污染)设计合理的分配方案对用户进行导频分配。当前导频分配策略方面存在的主要问题有如下几点：
(1)当前基于用户分类的导频分配策略在对用户分类时通常采取以下三种方式：
a)根据用户到基站的距离划分用户；
b)根据用户的信号强度设置一个固定值将小区用户分类；
c)根据用户有用信号与干扰信号的信号强度差将用户分类；
前两种方式虽然简单易实现，但未能根据用户在小区中的分布情况动态的调整分类标准，导致分类准确度不高；第三种分类方式虽然准确度较高，但需要借助小区间协作，增大了系统开销。
(2)当前导频分配策略方面的文献采用的导频分配算法存在的缺点有以下两点：
a)基于系统容量最大化的算法，提高了整体系统容量但边缘用户的通信性能仍然不佳。
b)基于用户公平性准则的算法，提高了边缘用户的通信性能但未能有效提高整体系统容量。
(3)部分导频复用方案正交导频开销问题
在部分导频复用方案(中心用户导频复用因子为1，边缘用户导频复用因子为3)中，虽然系统整体性能得到了提升，但所需正交导频的数量也大幅度增多。而由于系统相干时间的限制，系统所能提供的正交导频数量是有限的。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于解决在大规模mimo系统导频分配的过程中，整体系统容量较大的同时保证边缘用户的通信性能较佳的问题。本发明的提供一种大规模mimo系统中基于用户分类的动态导频分配方法，在保证边缘用户通信性能的基础上，有效提高了系统容量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种大规模mimo系统中基于用户分类的动态导频分配方法，包括：
s1：将系统所能提供的正交导频集合ψ平均分为三组φ1、φ2、φ3；
s2：分别计算三个相邻小区中各用户的信号强度；根据所述三个相邻小区的中心用户信号强度的均值递减的顺序，将所述三个相邻小区排序；第l个小区的中心用户信号强度的均值分别为
s3：根据所述用户的信号强度递减的顺序，分别将所述第l个小区的用户分为边缘用户和中心用户；
s4：给所述第l个小区的边缘用户分别分配导频组φ1、φ2、φ3，再分别给所述第l个小区中心用户分配{φ2，φ3}、{φ1，φ3}和{φ1，φ2}，即给第1个小区的边缘用户分配导频组φ1，给第2个小区的边缘用户分配导频组φ2，给第3个小区的边缘用户分配导频组φ3，再给第1个小区的中心用户分配导频组{φ2，φ3}，第2个小区的中心用户分配导频组{φ1，φ3}，给第3个小区的中心用户分配导频组{φ1，φ2}。
进一步的，所述将系统所能提供的正交导频集合ψ平均分为三组φ1、φ2、φ3包括：将系统所能提供的正交导频序列组成集合ψ＝{ψ1,ψ2,......,ψn}分为三组，具体包括：
φ1＝{ψ1,ψ2,...,ψ[n/3]}
φ2＝{ψ[n/3]+1,ψ[n/3]+2,...,ψ2×[n/3]}
φ3＝{ψ2×[n/3]+1,ψ2×[n/3]+2,...,ψ3×[n/3]}
其中，ψi(i＝1,2……n)表示正交导频序列，n为系统所能提供的正交导频数，[x]表示x的取整函数。
进一步的，所述分别计算三个相邻小区中各用户的信号强度包括：根据第l个小区中第k个用户到所述第l个小区的基站的大尺度衰落因子βl,l,k，计算第k个用户的信号强度：
进一步的，所述根据所述用户的信号强度递减的顺序，分别将所述第l个小区的用户分为边缘用户和中心用户具体包括：对每个小区的用户，按照用户信号强度sl,k递减的顺序对用户进行排序，l＝{1,2,3}，k＝{1,2,......m}，排序得到的第l个小区的k个用户集合为ul＝{ul,1,ul,2......ul,m}，取所述用户集合ul的前2m/3项组成中心用户集合
进一步的，给所述三个相邻小区的边缘用户分别分配导频组φ1、φ2、φ3，具体包括：
采用随机分配的方式给所述边缘用户分配导频组内的导频，把所述导频组φ1、φ2、φ3依次分配给所述第l个小区的边缘用户集合
优选的，分别给所述三个相邻小区的中心用户分配{φ2，φ3}、{φ1，φ3}和{φ1，φ2}包括：根据所述三个相邻小区的中心用户信号强度的均值
具体包括：优先给第1个小区的中心用户分配导频组，分别计算第1个小区、第2个小区和第3个小区的边缘用户信号强度的均值
若
进一步的，给第2个小区的中心用户分配导频组为：若
进一步的，给第3个小区的中心用户分配导频组为：若
进一步的，所述依次给第1个小区、第2个小区、第3个小区的中心用户分配导频，具体包括：
根据用户间导频污染强度公式：
其中，
进一步的，所述导频污染强度矩阵包括：
其中，hlc,le表示第l个小区的中心用户和第l个小区的边缘用户的导频污染强度矩阵。
本发明的有益效果：本发明采用的动态导频分配方案通过改进传统软导频复用方案，相对于传统的部分导频复用方案(中心用户导频复用因子为1，边缘用户导频复用因子为3)，本方案小区间的导频复用因子为1，有效减少了正交导频开销；本方案根据各小区用户的信号强度将用户分类，降低了计算复杂度，同时也提高了用户分类的准确性；根据各小区中心用户的信号强度和边缘用户的信号强度对导频分配顺序进行了优化，即首先给中心用户平均信号强度较大的小区的中心用户分配导频；同时首先将边缘用户平均信号强度较小的小区中已分配的导频组分配给相邻小区的中心用户，通过对导频分配顺序进行优化，有效地减小了相邻小区中心用户对目标小区边缘用户产生的小区间干扰，既提高了边缘用户的上下行sinr，也有效地提高了系统的信道容量。
附图说明
图1为本发明基于用户分类的动态导频分配方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种大规模mimo系统中基于用户分类的动态导频分配方法，如图1所示，包括：
s1：将系统所能提供的正交导频集合ψ平均分为三组φ1、φ2、φ3；
s2：分别计算三个相邻小区中各用户的信号强度；根据所述三个相邻小区的中心用户信号强度的均值递减的顺序，将所述三个相邻小区排序；第l个小区的中心用户信号强度的均值分别为
s3：根据所述用户的信号强度递减的顺序，分别将所述第l个小区的用户分为边缘用户和中心用户；
s4：给所述第l个小区的边缘用户分别分配导频组φ1、φ2、φ3，再分别给所述第l个小区中心用户分配{φ2，φ3}、{φ1，φ3}和{φ1，φ2}，即给第1个小区的边缘用户分配导频组φ1，给第2个小区的边缘用户分配导频组φ2，给第3个小区的边缘用户分配导频组φ3，再给第1个小区的中心用户分配导频组{φ2，φ3}，第2个小区的中心用户分配导频组{φ1，φ3}，给第3个小区的中心用户分配导频组{φ1，φ2}。
本发明根据各小区中心用户的信号强度和边缘用户的信号强度对导频分配顺序进行了优化，即首先给中心用户平均信号强度较大的小区的中心用户分配导频；同时首先将边缘用户平均信号强度较小的小区中已分配的导频组分配给相邻小区的中心用户，通过对导频分配顺序进行优化，有效地减小了相邻小区中心用户对目标小区边缘用户产生的小区间干扰，既提高了边缘用户的上下行sinr，也有效地提高了系统的信道容量。
进一步的，所述将系统所能提供的正交导频集合ψ平均分为三组φ1、φ2、φ3包括：将系统所能提供的正交导频序列组成集合ψ＝{ψ1,ψ2,......,ψn}分为三组，具体包括：
φ1＝{ψ1,ψ2,...,ψ[n/3]}
φ2＝{ψ[n/3]+1,ψ[n/3]+2,...,ψ2×[n/3]}
φ3＝{ψ2×[n/3]+1,ψ2×[n/3]+2,...,ψ3×[n/3]}
其中，ψi(i＝1,2……n)表示正交导频序列，n为系统所能提供的正交导频数，[x]表示x的取整函数。
进一步的，所述分别计算三个相邻小区中各用户的信号强度包括：根据第l个小区中第k个用户到所述第l个小区的基站的大尺度衰落因子βl,l,k，计算第k个用户的信号强度：
进一步的，根据所述用户的信号强度递减的顺序，分别将所述第l个小区的用户分为边缘用户和中心用户具体包括：对每个小区的用户，按照用户信号强度sl,k递减的顺序对用户进行排序，l＝{1,2,3}，k＝{1,2,......m}，排序得到的第l个小区的k个用户集合为ul＝{ul,1,ul,2......ul,m}，取所述用户集合ul的前2m/3项组成中心用户集合
进一步的，给所述三个相邻小区的边缘用户分别分配导频组φ1、φ2、φ3，具体包括：
采用随机分配的方式给所述边缘用户分配导频组内的导频，把所述导频组φ1、φ2、φ3依次分配给所述第l个小区的边缘用户集合
优选的，分别给所述三个相邻小区的中心用户分配{φ2，φ3}、{φ1，φ3}和{φ1，φ2}包括：根据所述三个相邻小区的中心用户信号强度的均值
具体包括：优先给第1个小区的中心用户分配导频组，分别计算第1个小区、第2个小区和第3个小区的边缘用户信号强度的均值
若
进一步的，给第2个小区的中心用户分配导频组为：若
进一步的，给第3个小区的中心用户分配导频组为：若
进一步的，所述依次给第1个小区、第2个小区、第3个小区的中心用户分配导频，具体包括：
根据用户间导频污染强度公式：
进一步的，所述导频污染强度矩阵包括：
其中，hlc,le表示第l个小区的中心用户和第l个小区的边缘用户的导频污染强度矩阵。
优选的，若
其中，矩阵的列代表边缘用户，矩阵的行代表中心用户，矩阵的列号是按照第2个小区中边缘用户的信号强度
本发明的导频分配方案能够充分考虑基站间协作对于导频分配产生的好处，也有效地解决了导频分配方案中存在的导频开销较大的问题。通过改进传统软导频复用方案，减少了正交导频开销，同时减小了相邻小区中心用户对目标小区边缘用户产生的小区间干扰，提高了边缘用户的上下行sinr及系统的信道容量。
本发明方法简单实用，算法复杂度较低，具有较好的应用前景和经济效益。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。