一种去蜂窝大规模MIMO下的导频污染抑制方法

本发明涉及移动通信系统，具体涉及一种去蜂窝大规模mimo下的导频污染抑制方法。

背景技术：

1、去蜂窝大规模mimo(multiple-inputmultiple-output)是未来通信领域的一项关键技术，相较于传统的大规模mimo，去蜂窝大规模mimo技术更强调以用户(userequipment，ue)为中心。通过部署远多于ue的接入点(accesspoint，ap)来利用分集对抗阴影衰落，提供更高的覆盖率。由于ap与ue之间的距离减小，大幅降低路径损耗。区域内的所有接入点都能为每个用户提供服务，这消除了区间干扰并解决了小区边缘ue性能较差的问题。鉴于其具有高频谱效率且低成本、易部署等优势，去蜂窝大规模mimo被视为未来6g通信系统中一项潜在的关键技术。

2、一般地，高质量的数据传输离不开高精度的信道状态信息(channelstateinformation,csi)，其可通过上行训练获得。上行训练指由ue向ap发送导频序列，ap根据接收到的导频序列估计出csi。但由于ue数目往往多于正交的导频数目，多个ue之间会复用同一导频，这会产生导频污染，其严重降低了信道估计精度。针对该问题，目前主流解决方案有两种，首先是在传统导频传输模型中采用导频分配方案；其次是采用叠加导频传输模型增加导频传输数量。

3、但这些方法并没有完全的消除导频污染问题，传统的叠加导频传输模型只是增加了导频传输的数量，但是依然存在导频数量小于ue数量的情况。因此，在叠加导频传输模型的基础上设计增强禁忌搜索分配算法，在增加导频数量的同时，使得同一导频尽可能不被多次使用，很明显会进一步提高系统性能。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术的不足，本技术在去蜂窝大规模mimo叠加导频传输模型下设计了一种导频分配方法，较好地解决了在一定的相干间隔内，当ue数量大于相干间隔长度时，由于正交导频资源不足，用户之间不得不共用非正交导频，造成的严重的导频污染问题。

2、技术方案：本发明所述的一种基于增强禁忌搜索分配算法下的去蜂窝大规模mimo系统上行叠加导频传输模型，包括以下步骤：

3、(1)在去蜂窝大规模mimo系统中，建立叠加导频传输模型，基于lmmse估计准则得出用户和接入点之间的信道状态信息；

4、(2)利用lmmse信道估计设计mrc接收机，根据解码后的信号表达式推导得到用户上行频谱效率闭式表达式；

5、(3)以最大化所有用户总频谱效率为目标，设计基于增强禁忌搜索的导频分配方法。具体地，根据用户总频谱效率决定将何种导频分配方案加入到禁忌列表中，防止算法陷入局部最优解，然后通过迭代更新得到使用户总频谱效率最优的导频分配方案。

6、进一步的，包括：

7、所述步骤(1)具体包括：

8、假设所有ue同时向ap发送数据信号和导频信号，第l个ap(即apl)接收到的信号为：

9、

10、其中，l＝1,2,…,l,k＝1,2,…,k,l为ap数量，k为用户数量。glk为apl和第k个用户(即uek)之间的信道矢量，pp为分配给发送导频的发射功率，pu为分配给发送数据信号的发射功率，p为用户的总发射功率，且p＝pp+pu。和分别代表了导频信号和数据信号，上标h表示共轭转置运算，此外，nl∈cn×τ为高斯白噪声矩阵，其中c表示复数域，n为单个ap的天线数，τ为导频相干区间长度。

11、为了估计glk，将接收到的信号yl右乘基于yl并利用lmmse准则得出信道glk的lmmse估计为其中，

12、

13、βlk表示apl和uek之间的大尺度衰落系数，ρk为使用相同导频的集合。

14、进一步的，包括：

15、步骤(2)包括：

16、利用构建mrc接收机，并采用uatf技术推导出系统总频谱效率的闭式表达式，为：

17、

18、其中，b为信道带宽，

19、进一步的，包括：

20、步骤(3)具体包括：

21、s1判断叠加导频的长度是否大于等于1/2k；

22、s1.1若大于，为前1/2的用户顺序分配导频，剩余的用户随机分配导频；

23、s1.2否则，选择这种全新的k-means聚类方法，具体步骤如下：

24、s1.2.1首先，令x＝用户数/叠加导频长度(向上取整)，将用户分为x组，初始化x个质心；

25、s1.2.2计算每个用户距离所有质心的距离，选择距离最近的质心，并将此用户划分为此质心的聚类，将每个聚类的所有用户距离求平均，重新计算质心，重新划分聚类；

26、s1.2.3为每个聚类分配导频，若聚类用户数小于等于导频数，便顺序分配，否则前导频数个用户顺序分配导频，剩余的用户随机分配导频，作为初始化导频分配方案；

27、s2禁忌表置空，禁忌长度设置为无穷，初始化迭代次数i＝1，m＝1。计算出每一个用户的频谱效率，并按照频谱效率从小到大进行排序；

28、s3采用增强禁忌搜索分配算法生成对应邻域的各个用户的频谱效率，选择用户总频谱效率最大的邻域。具体步骤如下：

29、s3.1为uem分配一个使用次数最少的导频，称此邻域为第m个邻域，如果有两个及以上导频使用次数最少，我们选择使得总和频谱效率最大的导频分配方案；

30、s3.2判断m是否小于k；

31、s3.2.1若成立m＝m+1；继续执行第s3.1步；

32、s3.2.2若不成立，计算所有邻域的总频谱效率；

33、s4判断s3的总频谱效率是否为前i次迭代中的最大的总频谱效率；

34、s4.1若是前i次迭代的最大值，那么下一次迭代不考虑是否存在于禁忌列表中，选择使得总频谱效率最大的这组导频分配方案作为下一次迭代的初始化导频分配方案，并将禁忌长度减1，接下来判断此种导频分配方案是否已经存在于禁忌列表中。如果没有存在于禁忌列表中便加入并将禁忌长度修改为5，若已经存在便将禁忌长度重新初始化为5；

35、s4.2若不是前i次迭代的最大值，那么判断此次迭代的使得总和频谱效率最大的导频分配方案是否存在于禁忌列表中，如果已经存在，我们就判断总频谱效率第二大的导频分配方案是否存在于禁忌列表中，只到找到不存于禁忌列表中的导频分配方案，禁忌长度减1，并将此中导频分配方案加入禁忌列表中并设置禁忌长度为5，并以此种导频分配方案作为下一次迭代的初始化导频分配方案；

36、s5判断i是否小于最大迭代次数；

37、s5.1若不成立，令i＝i+1，m＝1，重复步骤(s3)-(s4)；

38、s5.2若成立，选择所有迭代中的总频谱效率最大的导频分配方案作为该算法的最终导频分配方案。

39、有益效果：

40、本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明首先在叠加导频传输模型下推导出基于mrc接收机的上行总速率闭式表达式；接着在叠加导频传输模型下采用增强禁忌搜索分配算法优化导频分配，求解出使得总频谱效率最大的最优导频分配方案。本发明设计的传输方法可使系统总频谱效率大幅提升，并优化了低频谱效率用户的频谱效率具有广泛的使用价值及应用前景。