基于用户分组的大规模MIMO系统导频分配方法与流程

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法。

背景技术：

大规模多进多出(multiple-inputmultiple-output，mimo)系统通过在基站侧配置大规模天线阵列，利用相同时频资源为多用户提供通信服务，每个用户可选择接入多根天线单元，既能增大用户连接密度，又能提升能量效率和系统容量。利用相同时频资源为多用户提供通信服务，每个用户可选择接入多根天线单元，能够在明显降低信号功率的同时，数倍地提高系统的频谱效率，为保障第五代移动通信技术(5thgenerationmobilenetworks，5g)系统的低功耗与高容量起到了支撑作用。因此，大规模mimo技术成为了应用于5g通信的关键技术之一。

在大规模mimo系统中，需要每个小区的用户定期向基站发射导频序列，基站端根据接收到的导频序列进行信道估计获取信道状态信息(channelstateinformation，csi)，再依据信道估计进行上行链路的信号检测和下行链路的预编码。但是，在复杂多变的无线传播环境中，信道的相干时间十分短暂，用于导频训练的时间不能过长，导频序列的长度和数量受到了严重限制，同一导频序列不得不被多个用户复用，而基站无法有效区分使用相同导频序列的用户，导致估计的csi出现误差，利用csi执行的信号检测与预编码也会相应受到影响，由此产生了导频污染问题。在大规模mimo系统中，随着基站天线数的不断增多，噪声等非相干干扰可以逐渐消除，导频污染将成为限制大规模mimo系统性能的瓶颈。

在传统的大规模mimo系统中，通常采用的导频分配方式是为一个小区内的用户随机分配相互正交的导频序列，其余小区复用这一套导频序列，但这种分配方式会导致分配相同导频用户之间的相互干扰；有的方案提出增加正交导频序列的数量，在不同小区间分配多套正交导频序列来减少用户间的干扰，但这种导频分配方式会导致导频开销过大，占用系统频带资源；也有方案提出部分导频复用的分配方式，根据距离基站的距离将小区内的用户分为中心用户和边缘用户两组，由于小区间边缘用户之间的距离较近，相互影响较大，中心用户间距离相对较远，相对影响较小，因此为所有小区的所有边缘用户分配导频矢量相互正交的导频序列，为每个小区的中心用户之间分配复用的导频序列，但这种导频分配方式仅仅依据距离对用户进行划分，没有考虑用户实际受到的干扰情况。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对大规模mimo系统导频分配不合理、小区内用户划分不合理的问题，提出一种科学合理、高性能、高准确度、能够抑制大规模mimo系统导频污染问题的基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法，其特征是，它的内容包括：基于用户强度的一次分组策略、基于用户间干扰的二次分组策略和多小区间的导频分配策略：

1)基于用户强度的一次分组策略；

在设定时间间隔内，分别获取每个小区内用户到本小区内基站的大尺度衰落系数，然后按照各个用户的大尺度衰落系数设计一次分组阈值，对于任意选取的目标小区，一次分组阈值ρ1计算公式为：

其中，k为小区内的总用户数，dk为目标小区内用户k到基站的距离，r为目标小区的半径，β0k为目标小区内用户k到基站的大尺度衰落系数，β0k²为目标小区内该用户到本小区基站的增益，表示该用户的用户强度，各小区按照式(1)计算一次分组阈值，然后将小区内各个用户的用户强度与一次分组阈值ρ1进行比较，若β0k²≥ρ1，则将该用户分配到中心用户组，若β0k²＜ρ1，则将该用户初步分配到边缘用户组；

2)基于用户间干扰的二次分组策略；

在一次分组完成后，再次获取目标小区的n个相邻小区内分配相同导频序列的用户到目标小区基站的大尺度衰落系数，然后按照获取的大尺度衰落系数设计二次分组阈值，对于任意选取的目标小区，二次分组阈值ρ2计算公式为：

其中，δ为二次分组参数，通过调整δ取值可实现对小区边缘用户和中心用户的动态划分，最终根据系统性能选取最优参数，对于目标小区内的任意用户k，βjk²为小区的相邻小区j内与用户k分配相同导频序列的用户到目标小区内基站的大尺度衰落系数，这些用户会对目标小区内的用户造成干扰，表示该用户所受的全部用户间干扰，然后将目标小区内各个用户的用户间干扰与二次分组阈值ρ2进行比较，若则将该用户分配到中心用户组，若则该用户仍然保留在边缘用户组，当目标小区内全部用户都分组完成后，选取新的小区作为目标小区，直到所有小区都完成分组；

3)多小区间的导频分配策略；

在所有小区内的中心用户组和边缘用户组都分配完成后，统计所有l个小区内划分好的中心用户数和边缘用户数，中心用户数表示为{km1,km2,...,kml}，边缘用户表示为{ks1,ks2,...,ksl}，分别获取最大中心用户数km0和边缘用户数ks0，将α(3≤α≤7)个相邻小区组成一个区群，按所求的最大中心用户数km0以及最大边缘用户数ks0生成导频序列合集在每个区群内，为每个小区的中心用户组从导频合集中随机选取正交导频序列进行分配，为α个边缘用户组分别从导频合集中选取正交导频序列进行分配。

本发明的一种基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法，包括：基于用户强度的一次分组策略、基于用户间干扰的二次分组策略和多小区间的导频分配策略，基于用户强度的一次分组策略和基于用户间干扰的二次分组策略分别根据用户自身的抗干扰能力和用户所受干扰的强弱通过两次筛选将小区内的用户分为中心用户组和边缘用户组；对于多小区间的导频分配策略，提出了多小区间的导频分配策略，按照分组完成后的中心用户数和边缘用户数生成导频序列合集，中心用户组复用一组导频序列，边缘用户组分配相互正交的导频序列，以此减小分配相同导频序列用户间的相互干扰，抑制大规模mimo系统中的导频污染，提升系统性能。具有科学合理、高性能、高准确度等优点。

附图说明

图1为本发明的一种基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法流程图。

具体实施方式

下面利用附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明的一种基于用户分组的大规模mimo系统导频分配方法，主要包括三部分内容：基于用户强度的一次分组策略、基于用户间干扰的二次分组策略和多小区间的导频分配策略：

首先进行一次分组，在设定时间间隔内，分别获取每个小区内用户到本小区内基站的大尺度衰落系数，然后按照各个用户的大尺度衰落系数设计一次分组阈值，对于任意选取的目标小区，一次分组阈值ρ1计算公式为：

其中，k为小区内的总用户数，dk为目标小区内用户k到基站的距离，r为目标小区的半径，β0k为目标小区内用户k到基站的大尺度衰落系数，β0k²为目标小区内该用户到本小区基站的增益，表示该用户的用户强度，各小区按照式(1)计算一次分组阈值，然后将小区内各个用户的用户强度与一次分组阈值ρ1进行比较，若β0k²≥ρ1，则将该用户分配到中心用户组，若β0k²＜ρ1，则将该用户初步分配到边缘用户组；

然后进行二次分组，在一次分组完成后，再次获取目标小区的n个相邻小区内分配相同导频序列的用户到目标小区基站的大尺度衰落系数，然后按照获取的大尺度衰落系数设计二次分组阈值，对于任意选取的目标小区，二次分组阈值ρ2计算公式为：

其中，δ为二次分组参数，通过调整δ取值可实现对小区边缘用户和中心用户的动态划分，最终根据系统性能选取最优参数，对于目标小区内的任意用户k，βjk²为小区的相邻小区j内与用户k分配相同导频序列的用户到目标小区内基站的大尺度衰落系数，这些用户会对目标小区内的用户造成干扰，表示该用户所受的全部用户间干扰，然后将目标小区内各个用户的用户间干扰与二次分组阈值ρ2进行比较，若则将该用户分配到中心用户组，若则该用户仍然保留在边缘用户组，当目标小区内全部用户都分组完成后，选取新的小区作为目标小区，直到所有小区都完成分组；

最后进行导频序列的生成与分配，在所有小区内的中心用户组和边缘用户组都分配完成后，统计所有l个小区内划分好的中心用户数和边缘用户数，中心用户数表示为{km1,km2,...,kml}，边缘用户表示为{ks1,ks2,...,ksl}，分别获取最大的中心用户数和边缘用户数，将其定义为km0和ks0，将α(3≤α≤7)个相邻小区组成一个区群，按所求的最大中心用户数km0以及最大边缘用户数ks0生成导频序列合集在每个区群内，为每个小区的中心用户组从导频合集中随机选取正交导频序列进行分配，为α个边缘用户组分别从导频合集中选取正交导频序列进行分配。

本发明所涉及到的软件程序依据自动化、网络和计算机处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。