一种去蜂窝大规模MIMO下的导频污染抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，包括：在去蜂窝大规模MIMO系统中建立上行叠加导频传输模型，基于LMMSE准则推导出AP和UE之间的CSI；利用LMMSE信道估计构建MRC接收机，根据解码后的信号表达式推导出用户上行频谱效率闭式表达式；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。本发明专利技术所提的一种去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，可以较好地抑制导频污染并提升系统总频谱效率，具有广泛的使用价值及应用前景。具有广泛的使用价值及应用前景。具有广泛的使用价值及应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种去蜂窝大规模MIMO下的导频污染抑制方法


[0001]本专利技术涉及移动通信系统，具体涉及一种去蜂窝大规模MIMO下的导频污染抑制方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本申请在去蜂窝大规模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。
[0006]技术方案：本专利技术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：
[0007](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；
[0008](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；
[0009](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。
[0010]进一步的，包括：
[0011]所述步骤(1)具体包括：
[0012]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AP
l
)接收到的信号为：
[0013][0014]其中，l＝1,2,
…
,L,k＝1,2,
…
,K,L为AP数量，K为用户数量。g
lk
为AP
l
和第k个用户(即UE
k
)之间的信道矢量，P
p
为分配给发送导频的发射功率，P
u
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＝P
p
+P
u
。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，N
l
∈C
N
×
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。
[0015]为了估计g
lk
，将接收到的信号Y
l
右乘基于Y
l
并利用LMMSE准则得出信道g
lk
的LMMSE估计为其中，
[0016][0017]β
lk
表示AP
l
和UE
k
之间的大尺度衰落系数，ρ
k
为使用相同导频的集合。
[0018]进一步的，包括：
[0019]步骤(2)包括：
[0020]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：
[0021][0022]其中，B为信道带宽，其中，B为信道带宽，
[0023]进一步的，包括：
[0024]步骤(3)具体包括：
[0025]S1判断叠加导频的长度是否大于等于1/2K；
[0026]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；
[0027]S1.2否则，选择这种全新的K
‑
means聚类方法，具体步骤如下：
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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；
[0031]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；
[0032]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：
[0033]S3.1为UE
m
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；
[0034]S3.2判断m是否小于K；
[0035]S3.2.1若成立m＝m+1；继续执行第S3.1步；
[0036]S3.2.2若不成立，计算所有邻域的总频谱效率；
[0037]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；
[0038]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；
[0039]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，其特征在于，具体步骤如下：(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信道估计准则得出用户和接入点之间的信道状态信息；(2)利用LMMSE信道估计设计MRC接收机，并推导出系统总频谱效率的闭式表达式；(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。2.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：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AP
l
接收到的信号为：其中，l＝1,2,
…
,L,k＝1,2,
…
,K,L为AP数量，K为用户数量；g
lk
为AP
l
和第k个用户，即UE
k
之间的信道矢量，P
p
为分配给发送导频的发射功率，P
u
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＝P
p
+P
u
；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，N
l
∈C
N
×
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；为了估计g
lk
，将接收到的信号Y
l
右乘基于Y
l
并利用LMMSE准则得出信道g
lk
的LMMSE估计为其中，β
lk
表示AP
l
和UE
k
之间的大尺度衰落系数，ρ
k
为使用相同导频的集合。3.根据权利要求2所述的去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，其特征在于，步骤(2)包括：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：其中，B为信道带宽，其中，B为信道带宽，4.根据权利要求3所述的去蜂窝大规模MIMO导频污染抑制方法，其特征在于，步骤(3)
具体包括：S1判断叠加导频的长度是否大于等于1/2K；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；S1.2否...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙漾，张尧，陈赛利，周润，杨凯茜，陈丽娜，杨龙祥，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：