本發(fā)明屬于通信領域，涉及一種基于大規(guī)模MIMO的多小區(qū)導頻分配方法。

背景技術：

隨著移動通信技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代的到來使原來的LTE技術越來越不能滿足用戶對網(wǎng)絡的需求，大規(guī)模MIMO因其巨大的潛能在5G無線通信中有著很好的應用前景。

對于大規(guī)模MIMO系統(tǒng)而言，準確的信道估計對獲取較高的系統(tǒng)容量是至關重要的。然而，由于相干時間短或者存在大量的用戶，導頻數(shù)量有限，分布在相鄰小區(qū)的用戶不可避免地重復利用相同的導頻序列?；驹讷@取用戶信道估計時受到相鄰小區(qū)使用相同導頻序列的用戶干擾，這就是所謂的導頻污染。研究結(jié)果表明，當基站的天線數(shù)趨于無窮大時，用戶的上行信號干擾噪聲比(SINR)是一個依賴于用戶隨機位置和大尺度衰落的隨機量。

在傳統(tǒng)的大規(guī)模MIMO導頻分配方案中，基站將導頻隨機分配給本小區(qū)的用戶，由此所產(chǎn)生的導頻污染便可以通過改變基站配置、調(diào)整天線、優(yōu)化導頻分配方案等來緩解。

有學者采用導頻時移的方法來減輕導頻污染，通過將某個小區(qū)內(nèi)的導頻時隙對齊到相鄰小區(qū)的數(shù)據(jù)時隙，在不同小區(qū)同步傳輸方案下有效地抑制了導頻污染，但該方案同時也引入了導頻與數(shù)據(jù)的相互干擾。另有學者提出了一種導頻序列分配策略，其具體思路是為小區(qū)中心的用戶分配相同的導頻，而對于小區(qū)邊緣用戶則采用正交導頻，從而減輕導頻污染，提升系統(tǒng)的容量，然而當小區(qū)邊緣的用戶數(shù)量相對較大時，獲取所需正交導頻序列的數(shù)量將是一個很難解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是使目標小區(qū)中信號強度較差的用戶受到相鄰小區(qū)采用相同導頻而引起的干擾最小化，并且考慮在干擾值相同的情況下如何處理用戶分組問題，均衡目標小區(qū)中的每個用戶的SINR，讓每個用戶都能享受到均等的服務質(zhì)量，而不會出現(xiàn)信道狀況較差的用戶接收不到基站發(fā)送的信號，同時減小了導頻污染的影響，降低算法復雜度等問題。發(fā)明概述

為達到上述目的，本發(fā)明提出的技術方案是一種基于大規(guī)模MIMO的多小區(qū)導頻分配方法，具體包含以下步驟：

一、采用每7個小區(qū)作為一組分簇，每簇的中心視為目標小區(qū)，記標號為j＝1，周圍相鄰小區(qū)依次標記為2～7，導頻干擾僅存在于簇內(nèi)，不同簇之間不存在干擾；

二、對于目標小區(qū)中的用戶，求取每個用戶到本小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)β_11k，k∈{1,2ΛK}；

三、對目標小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進行排列，得到其在本小區(qū)信號強度順序，即如果滿足則表示用戶k₁的信號強度比用戶k₂大，標記信號強度最小的用戶為

四、按照信號強度順序，依次選擇目標小區(qū)中的用戶，根據(jù)式下面公式計算目標小區(qū)中信號強度最弱的用戶與相鄰小區(qū)j’(2≤k′≤7)中用戶之間的干擾度量值，即

ζ_jk,j′k′值越大則表示如果兩用戶間采用相同導頻時帶來的相互干擾越大；

五、從每個小區(qū)選擇干擾度量值最小的用戶：

六、根據(jù)步驟五，從每個小區(qū)中選擇的一個用戶和目標小區(qū)中序號為的用戶組成一組，這樣的用戶一共7個，并且給它們分配相同的導頻

七、重復步驟二到六，依次給每個分組的7個用戶分配導頻直到所有導頻分配給所有的用戶。

進一步，步驟三中，所述對目標小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進行排列是做升序排列。

步驟五中，如果同一小區(qū)中兩個用戶與目標小區(qū)中的同一個用戶產(chǎn)生的干擾度量值相同并且最小，則進行如下步驟：

步驟51：如果目標小區(qū)中信號強度為的用戶與相鄰的第l(l∈{1,2ΛL})個小區(qū)中兩個用戶k₁和k₂產(chǎn)生相同的最小干擾度量值，則根據(jù)步驟三中的排序，選擇緊排在后面信號強度比其大的用戶，記為

步驟52：計算其與第l個小區(qū)中兩個用戶k₁和k₂產(chǎn)生的干擾度量值，選擇干擾度量值較小的用戶和用戶一組，則另一個用戶與作為一組。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

1，本發(fā)明可以使目標小區(qū)中信號強度較差的用戶受到相鄰小區(qū)采用相同導頻而引起的干擾最小化，并且全面考慮在干擾值相同的情況下如何處理用戶分組問題。

2，通過計算不同小區(qū)間用戶的干擾值進行用戶分組，緩解了導頻污染問題，使得不同小區(qū)可以復用有限的導頻資源，同時均衡了目標小區(qū)中的用戶SINR，讓每個用戶都能享受到均等的服務質(zhì)量，而不會出現(xiàn)信道狀況較差的用戶接收不到基站發(fā)送的信號。

附圖說明

圖1為7個標號小區(qū)系統(tǒng)的示意圖。

圖2相鄰小區(qū)用戶間同頻干擾示意圖。

圖3為本發(fā)明專利導頻分配流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳盡的說明。

如圖1所示，該圖顯示了標號1～7的小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)圖，此圖為本發(fā)明所適用的多小區(qū)系統(tǒng)圖。

考慮L個六邊形小區(qū)組成的一個多用戶多小區(qū)Massive MIMO系統(tǒng)，每個小區(qū)由一個M根天線的基站和K(K＜＜M)個單天線用戶組成。第j個小區(qū)的第k個用戶到第l個小區(qū)基站的信道可以建模為

其中，g_ljk表示由小尺度衰落系數(shù)組成的M×1維向量，而β_ljk表示大尺度衰落系數(shù)，它和用戶與基站間的距離及陰影衰落有關，可以表示為

s_ljk表示陰影衰落，r_ljk表示第j個小區(qū)內(nèi)第k個用戶到第l個基站的距離，R為小區(qū)半徑，α為路徑損耗因子。考慮Massive MIMO系統(tǒng)采用TDD雙工模式，假設導頻序Φ＝[φ₁,φ₂,Λφ_K]^T∈C^K×τ，導頻長度為τ，且兩兩相互正交由于導頻資源有限，相同的導頻組在相鄰小區(qū)復用。

用戶的上行信號干擾噪聲比(SINR)是一個依賴于用戶隨機位置和大尺度衰落的隨機量，用戶k在第j個小區(qū)的上行信干噪比(SINR)可表示為：

其中，表示與干擾不相關的噪聲功率，并且隨著基站天線數(shù)的增加，其值的影響會越來越?。槐硎緦ьl復用導致的導頻污染，I_jk表示與第j個小區(qū)中的k用戶采用相同導頻的用戶集合，I_jk＝{j′k′:p_j′k′＝p_jk}\{jk}

圖2就相鄰小區(qū)間用戶如果采用相同的導頻所產(chǎn)生的干擾示意圖，用戶間的干擾度量值就是基于此圖來計算的。本發(fā)明基于基站易于追蹤用戶大尺度衰落信息，充分利用了用戶大尺度衰落系數(shù)的信息，通過計算不同小區(qū)間用戶的干擾值進行用戶分組，緩解了導頻污染問題，同時均衡了目標小區(qū)中的用戶SINR，當目標小區(qū)中用戶與相鄰小區(qū)用戶產(chǎn)生相同的干擾值時，就考慮緊排在此目標用戶的下一個，通過計算它與相鄰小區(qū)的那兩個用戶的干擾值大小，判斷用戶分組情況，并且此種算法復雜度低，具有一定的實用性。

本發(fā)明將目標小區(qū)中用戶按大尺度衰落系數(shù)排序，從而得到他們的信號強度順序，按照干擾值最小化的順序，依次從每個小區(qū)選擇相應的用戶，實現(xiàn)用戶分組，對每組中的用戶進行分配相同的導頻。如圖3所示，詳細的步驟如下：

步驟一：規(guī)劃每7個小區(qū)作為一組分簇，每簇的中心視為目標小區(qū)，記標號為j＝1，周圍相鄰小區(qū)依次標記為2～7，如圖1所示。導頻干擾僅存在于簇內(nèi)，不同簇之間不存在干擾；

步驟二：對于目標小區(qū)中的用戶，求取每個用戶到本小區(qū)基站的大尺度衰落系數(shù)β_11k，k∈{1,2ΛK}；

步驟三：對目標小區(qū)中的用戶按大尺度衰落系數(shù)進行升序排列，從而得到他們在本小區(qū)信號強度順序，即如果滿足則表示用戶k₁的信號強度比用戶k₂大。標記信號強度最小的用戶為

步驟四：

按照信號強度順序，依次選擇目標小區(qū)中的用戶，根據(jù)式(3)首先計算目標小區(qū)中信號強度最弱的用戶與相鄰小區(qū)j’(2≤k′≤7)中用戶之間的干擾度量值，如圖2所示，即

ζ_jk,j′k′值越大則表示如果兩用戶間采用相同導頻時帶來的相互干擾越大；

步驟五：

從每個小區(qū)選擇干擾度量值最小的用戶：

如果同一小區(qū)中兩個用戶與目標小區(qū)中的同一個用戶產(chǎn)生的干擾度量值相同并且最小，則進行如下步驟：

步驟51：如果目標小區(qū)中信號強度為的用戶與相鄰的第l(l∈{1,2ΛL})個小區(qū)中兩個用戶k₁和k₂產(chǎn)生相同的最小干擾度量值，則根據(jù)步驟三中的排序，選擇緊排在后面信號強度比其大的用戶，記為

步驟52：計算其與第l個小區(qū)中兩個用戶k₁和k₂產(chǎn)生的干擾度量值，選擇干擾度量值較小的用戶和用戶一組，則另一個用戶與作為一組；

步驟六：根據(jù)步驟五從每個小區(qū)中選擇的一個用戶和目標小區(qū)中序號為的用戶組成一組，這樣的用戶一共7個，并且給它們分配相同的導頻

步驟七：重復步驟2-6，依次給每個分組的7個用戶分配導頻直到所有導頻分配給所有的用戶。