一种导频分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种导频分配方法，属于通信技术应用领域。
【背景技术】
[0002] 目前已经得到实际应用的MIMO技术一般是基于较少数目的天线阵列（通常少于10 个阵元）。近年来，一种新型的大规模阵列MIM0(Massive MIMO)技术得到了广泛关注。其最 主要特征在于天线阵列的阵元数量得到显著增加，一般达到几十甚至上百个阵元。基于运 种天线的通信系统通过简单的信号处理即可实现系统传输可靠性和信息传输速率的显著 提高。即假设基站具有理想信道状态信息的条件下(此时各用户到基站的信道是两两正交 的），通过简单的线性处理(例如，最大比合并)或者迫零处理，在无需较多的频谱资源下就 可消除其他用户的干扰。运样的处理极大地提高了频谱效率。此外，在基站通过使用一个非 常大的天线阵，可W大大减少系统传输所消耗的能量。
[0003] 然而，实际应用中，基站往往并不具备理想信道状态信息条件，因此，一般仍会采 用传统的基于导频训练序列的方法来进行信道估计W获得信道的真实状态。在蜂窝系统常 见的多小区场景中，由于导频传输的频谱资源分配和信道相干时间都是有限的，正交的导 频序列的数量也是有限的。因此，导频序列必须在其他小区的用户中重复利用。所W，给定 小区内的多径衰落(小尺度衰落)信道估计将被其他小区内的导频传输所污染，从而导致严 重的导频污染，影响了小尺度衰落信道估计的精度和系统的实际性能。因此，很多研究人员 提出了各种信道估计方法W降低导频污染的影响，提高信道估计的准确性。其中重要的一 种解决思路是围绕导频的设计和分配。
[0004] 其中一种方法是通过利用大规模MIMO系统中信道向量的正交性，提出了一种基于 Chu序列的导频序列生成和分配方法。该方法利用设计不同的控制参数，可W使得在小区内 各用户的导频序列完全正交的情况下，同时尽量减少小区间用户之间的导频污染问题，使 导频污染得到了一定程度的缓解。
[0005] 现有的导频生成和分配方法中，主要是考虑了通过设计的准则选取不同小区的控 制参数，从而使得不同小区的小区级导频基序列之间具有较好的互相关特性，从而减少导 频污染。
[0006] 但运种方法确定的导频序列是固定的，并采用了静态的分配方法。
[0007] 在相邻小区间的用户导频序列之间不能够保证完全正交的情况下，两两导频对之 间的互相关特性并不是恒定的，必然存在某些导频序列与其他导频之间的互相关特性较 好，而有些始终较差的情况，因此，可W考虑利用运一特点，将互相关特性较好的导频分配 给处于小区边缘的用户，而互相关特性较差的导频分配给处于小区中屯、的用户，从而实现 导频的动态分配。
[000引此外，从干扰随机化的角度考虑，对于用户的导频分配，应当考虑进行定期的更 新，通过周期性地分配不同的导频序列，可W使得用户间的导频污染水平接近一致，从而避 免由于导频特性的不均匀使得某些用户始终受到较严重的导频污染而有的始终处于较弱 的导频污染中，提高用户间导频污染水平乃至服务质量的公平性。
[0009] 因此，有必要在现有的导频序列静态分配的基础上，考虑动态分配策略。
【发明内容】
[0010] 可有效解决实际网络架构和传播环境下大规模MIMO系统中的相邻小区用户之间 严重的导频污染问题。
[0011] (1)基于统计互相关的用户级导频序列分组；
[0012] (2)基于大尺度衰落确定用户的归属导频分组；
[0013] (3)基于软频率复用思想的用户级导频序列分组在网络拓扑中的成组分配；
[0014] (4)基于干扰随机化思想的用户导频序列更新。
[0015] -种导频分配方法，本方法包括如下步骤，
[0016] 步骤1:生成网络级基序列
[0017]根据Chu序列的生成方法，生成网络级导频基序列a=[ao，ai，…，aT-i]，T为序列长 度。其中an由下面的公式产生：
[0019] n = 0，l，...，T-1 (I)
[0020] 其中i为虚数单位，N为控制参数，其应当是与T互质的整数;ao，ai,…，at-i为就是序 列a的各项元素，整个序列为导频序列。
[0021] 步骤2:生成小区级基序列
[0022] 根据网络部署中蜂窝小区的拓扑结构中的复用因子，设定需要生成的小区级基序 列个数为L。考虑到小区级基序列能够在第一干扰圈之外的小区中重复使用，一般L取为3或 者7。
[0023] 对第j个小区，在网络级基序列的基础上进行相位偏移，生成该小区的小区级基序 列]，该序列的第n项根据下面公式计算：
[0025] n = l,2,... T (2)
[0026] 其中^为该小区的相位偏移控制参数，它不能是T的整数倍，且不能与j相等。
[0027] 步骤3:生成用户级导频序列
[0028] 在小区级导频基序列的基础上，通过循环移位得到该小区的用户级导频序列。即 假设单个小区可接纳用户数为K，则第j个小区的第k个用户导频序列化=1，2,…，K)为：
[0029] 聖北=〈电〉k-i (3)
[0030] 其中〈?〉k表示矢量向左循环移位k位。
[0031] 步骤4:计算各用户导频序列与邻区各导频序列间的统计互相关值
[0032] 首先确定计算相邻小区间导频序列互相关时的最大偏移量SdS的大小可根据小区 覆盖场景配置，即S等于该覆盖场景下从基站到小区边缘的平均传播时延除W导频序列中 单个码元的时域长度，也可简化起见将其设为〇(即仅考虑0值互相关）。
[0033] 对构造出的L个小区XK个用户=LK个用户级导频序列，逐个分别计算单个用户导 频与本小区之外所有用户导频之间的互相关值的统计平均，即，对第j小区的第k个用户导 频而言，其统计互相关值为：
[0035] 其中ccors(a，b)表示序列a与b之间偏移量为S的互相关值。
[0036] 步骤5:对每个小区中的用户导频序列按照其统计互相关值进行排序和分组
[0037] 设定每个小区的K个用户序列可W分为2个组，分别是中屯、组和边界组，每组中序 列的个数占整个小区用户序列总数的比例可W根据需要配置，默认为1/2,即K/2个。
[0038] 则对每个小区的K个用户序列，按照步骤4中计算出的统计互相关值从大到小进行 排序，前面的K/2个用户导频归属为中屯、组，后面的K/2个归属为边界组。
[0039] 步骤1~5为预先计算好的。步骤6~9为实际网络中的用户导频分配过程。
[0040] 步骤6:确定用户所属的导频分组
[0041] 根据网络中各实际用户的当前大尺度衰落特征确定用户的导频分组。
[0042] 中屯、组：当一个用户到与其有邻区关系的所有邻区基站的大尺度衰落的平均值高 于设定口限，或其到各邻区基站的大尺度衰落的离散度小于某口限，则该用户当前归属为 中屯、组。
[0043] 边界组：当一个用户到其有邻区关系的所有邻区基站的大尺度衰落的离散度大于 某口限，或当其到某个邻区基站的大尺度衰落大于某口限，则该用户当前归属为边界组。
[0044] 步骤7:用户导频分配
[0045] 根据该用户的所属分组，从该用户所属小区的对应用户序列分组中随机选择一个 未分配导频分配给该用户。
[0046] 步骤8:信道估计更新
[0047] 该分配保持M个帖不变(与大尺度衰落更新同步），每帖进行信道估计(单小区MMSE 或多小区MMSE或其他线性信道估计算法），每M帖后更新各用户到各相邻基站的大尺度衰 落。
[004引步骤9:用户导频更新
[0049] 根据更新后的大尺度衰落，对全网用户重新确定其所属的导频分组，并在组内随 机分配导频。即使该用户所属小区和所属导频分组没有发生任何变化，也必须从该用户所 属小区的对应用户序列分组中随机选择一个未分配导频分配给该用户(基于干扰随机化思 想)。
[0050] 根据W上方法生成的导频序列具有W下特性，即由一个网络级基序列产生的多个 小区级基序列之间都是满足正交的；而一个小区级基序列所产生的所有用户序列之间也是 正交的，而不同小区的用户序列之间不能保证正交。
[0051] 若大尺度(路损和阴影)衰落已知，不考虑更新导频分配时的信令开销。
[0052] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0053] 1、可有效降低MIMO系统中由于正交导频序列数量有限而导致的相邻小区用户之 间严重的导频污染，提高MIMO技术的实际性能。
[0054] 2、本方法实现简便，运算复杂度较低，具有较好的可实现性。
【附图说明】
[0055] 图1为本方法的实施流程图。
【具体实施方式】
[0056] 如图1所示为本发明的实施方法流程，本方法包括如下步骤，
[0化7] 步骤1:生成网络级基序列
[005引根据化U序列的生成方法，生成网络级导频基序列a=[ao，ai，…，aT-i]，T为序列长 度。其中an由下面的公式产生：
[0060] n = 0，