大规模mimo系统中基于部分导频复用的导频污染减轻方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于通信领域，设及一种大规模MIMO系统中导频污染减轻方法。
【背景技术】
[0002] 传统的多输入多输出(Multiple I吨Ut Multiple Output,MIMO)系统采用多天线 技术，通过增加天线数量获得空间增益，有效的改善系统的误码率性能并大幅度提高频谱 效率，是实现高速率无线通信的关键技术之一。目前MIMO技术已被TD-LTE(Time Division Long Term Evolution)、LTE-A(X〇ng Evolution Advanced)等4G移动通信标准采用， 在无线网络中发挥重要作用。随着天线技术W及集成工艺的发展，在有限体积上可安装的 天线数大幅度增加，在基站装载数W百计的天线成为可能。当基站的天线数远远大于小区 里移动终端数量时，通信系统的模型也将改变。贝尔实验室的Marzetta在时分双工（Time Divison Duplexing,TOD)及各基站配置无限根天线的条件下，研究了多用户MIMO技术，并 提出了大规模MIMO的概念。大规模MIMO系统有着明显的优势：（1)该系统可W直接增加基站 天线数来提高系统容量；（2)当保证一定的服务质量(911日1;[17-(^-5日1'￥；[。日，905)，具有理想 信道状态信息（化annel State Information,CSI)时，每个用户的发射功率与基站的天线 数成反比；而当CSI不理想时，每个用户的发射功率与基站天线数的平方根成反比；（3)利用 信道的互易性，信道训练序列的开销只与每个小区的用户数有关，与基站天线数无关；（4) 在下行通信(基站端到移动终端的通信)时，用数量较大的天线形成指向移动终端的波束， 可W避免用户间的干扰，从而改善系统的误码率并大幅度提高频谱效率。天线数量的变化 最终会引起无线通信的本质性飞跃，大规模MIMO系统必将成为5G无线通信网络的重要组成 部分。
[0003] 与传统MIMO相比，大规模MIMO最主要的不同之处在于：当基站天线数趋于无穷时， 各用户信道之间相互独立，通常严重影响通信性能的热噪声和不相干的小区间干扰可W被 忽略不计，系统的性能主要受限于导频污染，运是由于相干时间和相干带宽的限制，导频资 源非常有限，运使得分配给一个小区的完全正交的导频序列，通常在相邻小区间完全复用。 正是由于上行信道估计中相邻小区的用户发送的训练序列不正交，导致在基站端进行信道 估计时，得到的结果并非本地用户和目标基站之间的信道，而是被其它小区里发送相同导 频训练序列用户与目标基站的信道信息污染之后的估计，导频污染将大大限制了大规模 MIMO系统性能的提升。因此，设计有效的多小区大规模MIMO系统中导频污染减轻方法对于 大规模MIMO技术的推广和应用具有非常重要的现实意义。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于部分导频复用的导频污染减轻方法， 该方法主要利用用户到目标基站信道大尺度衰落系数的数值特征，把小区内用户分为导频 复用用户和导频正交用户，把配置给小区用户的导频序列分为复用导频序列和正交导频序 列，将复用导频序列分配给导频复用用户，该导频序列在其它小区复用，把正交导频序列分 配给导频正交用户，该导频序列不在其它小区复用；在基站端，对上行数据进行处理接收， 通过最大化目标小区的总频谱效率(Sum Spectral efficien巧，SSE)得到最优部分导频复 用因子。
[0005] 本发明技术方案是，大规模MIMO系统中基于部分导频复用的导频污染减轻方法包 括W下步骤，如图6所示：
[0006] 步骤一:对配置给大规模MIMO系统中L个小区的导频序列进行分组，分为复用导频 序列组和正交导频序列组。
[0007] 步骤二:根据用户到目标基站信道大尺度衰落系数的数值特性，对小区内用户进 行分组，分为导频复用用户组和导频正交用户组，并进行导频序列配置包括，把复用导频序 列组的导频序列随机分配给导频复用用户组中的用户，把正交导频序列组的导频序列随机 分配给导频正交用户组中的用户。
[0008] 步骤在基站端，对上行数据进行处理接收，并求取最优部分导频复用因子。
[0009] 下面针对每个步骤做详细说明：
[0010] 步骤一:对配置给大规模MIMO系统中L个小区的导频序列进行分组，分为复用导频 序列组和正交导频序列组。
[0011] a.定义部分导频复用因子化。为了便于描述部分导频复用思想，定义一个部分导 频复用因子化，表示大规模MIMO系统中L个小区内目标小区用户配置的导频序列在其它小 区复用的用户个数。为了确保每个小区导频序列分配的公平性，规定该系统中所有小区的 部分导频复用因子相等。其中0含化^,K表示每个小区里的用户个数。当化=0时，该系统里 所有用户配置的导频序列完全正交；当化=K时，目标小区的导频序列在其它小区完全复 用。
[0012] b.给出大规模MIMO系统中L个小区的导频序列集合。假设每个小区支持K个用户同 时通信，配置给L个小区的导频序列集合P可表示为
[0013] = /?，％-"，...，％+化-&比} 了 Z.二' '务
[0014] 其中Pk e CiXT，k = 1，2，...，Qf+ 化-化化，。化+ 化-化化，化/f = '. - ，CiXT表示化 单 k 为IX T的矢量，巧f表示Pi的共辆转置。
[0015] C.将配置给小区用户的导频序列进行分组。把配置给小区1(1 E [1，L])的导频序 列集合Pl分成两个子集：Preuse和P Drth-I，其中巧euse =<(&，&，'??，％}， Cm, 曲:(/-1,+1,…，片如化'-邮} nPreuse集合中的导频序列在所有小区复用，Porth-I集合 中的导频序列仅在小区1中使用。显然，配置给大规模MIMO系统中L个小区的所有导频序列 子集满足下式：
[0016] Preuse U Porth-I U Porth-2 U U Porth-L = P
[0017] 巧面e n 私n 斬以 n... n 二 0
[0018] 步骤二:根据用户到目标基站信道大尺度衰落系数的数值特性，对小区内用户进 行分组，分为导频复用用户组和导频正交用户组，并进行导频序列配置。
[0019] a.对小区I内用户信道大尺度衰落系数排序。把小区I内的K个用户到目标基站j的 信道大尺度衰落系数按照幅值大小进行排序，
[0020] P'""/瑪。。/ 含.^ 口心
[0021] 其中Pmu;表示1小区内用户k到目标基站j的大尺度衰落系数，其值大小与用户到 基站的距离、基站高度、路径衰减指数、阴影衰落系数等因素有关。{曰1,1，曰2,1，…，aK,i}表示 整数集合U，2,…，K}的一个组合。
[0022] b.将小区1内用户进行分组。根据上述排序，将小区1内对应的K个用户Ui,i, Ul,2,…，Ul,K分成两组：Sreuse-I和Sorth-l，其中
[0023] Sfeuse-广沪，巧化,，?..而'咕.,.'，8職_1..-批、。曲…,UI、。曲心.,U 1、心
[0024] C.对小区1内用户进行导频序列配置。把子集Preuse内的导频序列随机地分配给 Sreuse-I内的化个用户,把子集Porth-I内的导频序列随机地分配给Sorth-I内的K-Qf个用户。
[0025] 步骤在基站端，对上行数据进行处理接收，并求取最优部分导频复用因子。
[0026] a.对上行数据进行处理。在目标小区上行基站端，首先利用基站端存储的导频序 列信息对目标小区用户进行信道估计(如最小二乘法化east Square,LS)，最小均分误差法 (Minimum Mean Square化ror ,MMSE))，然后利用信道估计信息对上行数据进行简单接收 (如最大率合并(Maximum Ratio Combining,MRC)，迫零（Zero-Forcing,ZF))，并求取目标 小区总频谱效率。
[0027] b.求取最优部分导频复用因子综。最优部分导频复用因子的求取遵循最大化目 标小区总频谱效率的原则，具体做法是:i)令化=0，1，…，K;ii)针对不同的化值，对系统中L 个小区用户按照步骤一和步骤二进行导频序列配置，并按照上一步骤，求出目标小区总频 谱效率引化找出目标小区最大SSE，其对应的化即为最优部分导频复用因子贫。
[0028] 本发明的有益效果在于:本发明所述的基于部分导频复用的导频序列分配方法， 一方面，当干扰用户到目标基站的信道大尺度衰落系数幅值较大时，其对目标小区用户信 道估计的影响较大，当给该用户配置与目标小区用户完全正交的导频序列，其对目标小区 用户信道估计的干扰近似为0;当干扰用户到目标基站的大尺度衰落系数较小时，其对目标 小区用户信道估计的影响较小，当该用户配置的导频序列与目标小区的用户复用时，虽然 存在导频污染，但影响很小。在运种情况下，复用目标小区的导频序列可W节省导频资源， 提高频谱效率。另一方面，通过最优部分导频序列的求取，可W使系统的频谱效率达到一个 最佳值，从而使系统性能得到提升。
【附图说明】
[0029] 图1为大规模MIMO模型图；
[0030] 图2为小区导频序列生成分组流程图；
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