一種大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)中導(dǎo)頻序列的分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線信道估計(jì)，尤其涉及無線通信導(dǎo)頻的分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模多輸入多輸出（Massive Multiple-Input Multiple-Output ,Massive Μηω)，也被稱作為大規(guī)模多天線，是指在基站配置的輸入和輸出天線的數(shù)量遠(yuǎn)大于服務(wù)用 戶數(shù)的一種傳輸機(jī)制，就是為基站安裝幾百根天線（128根、256根或者更多），從而實(shí)現(xiàn)使用 大量的天線同時(shí)為同一名用戶收發(fā)數(shù)據(jù)。在不改變傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，大規(guī)模多天線 系統(tǒng)通過利用良好的空間自由度，能夠有效地降低用戶間干擾和小區(qū)間干擾、并大幅提升 頻譜效率;并且通過利用MMO分集與復(fù)用技術(shù)，可以降低數(shù)據(jù)發(fā)送功率、提高傳輸效率、并 有效地提升能量效率。除此之外，得益于大規(guī)模多天線系統(tǒng)的信道漸進(jìn)的正交性，只需采用 復(fù)雜度較低的線性預(yù)編碼和檢測(cè)算法，如匹配濾波算法(Matched-Filt er，MF)，就可以獲得 非常好的傳輸性能。因此，大規(guī)模多天線技術(shù)有望在未來第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)中扮演重要 角色。
[0003] 根據(jù)傳輸機(jī)制的不同，可以將大規(guī)模多天線分為時(shí)分雙工（Time Division Duplexing, TDD)模式和頻分雙工(Frequency Division Duplexing ,FDD)模式。在TDD模式 中，上下行信道具有對(duì)稱性，因此只需要估計(jì)上行信道就可以獲得下行信道的估計(jì)值。而 FDD模式中上下行信道截然不同，需要單獨(dú)進(jìn)行估計(jì)并進(jìn)行反饋，由此導(dǎo)致H)D信道估計(jì)的 復(fù)雜度非常高，反饋信息量非常龐大。所以針對(duì)大規(guī)模多天線的信道估計(jì)的研究集中在TDD 大規(guī)模多天線上。
[0004] 為了獲知信道對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的影響以保證正確的數(shù)據(jù)傳輸，大規(guī)模多天線系統(tǒng)中需 要利用正交導(dǎo)頻序列來獲得信道的估計(jì)值。就是在傳輸信號(hào)時(shí)，在包含信息的信號(hào)中插入 已知的導(dǎo)頻序列，在接收信號(hào)時(shí)，通過確定已知的正交導(dǎo)頻序列在信道中所受到的影響來 估計(jì)信道對(duì)包含信息的信號(hào)的影響。其中，所有用戶的導(dǎo)頻序列相互正交，這樣才能區(qū)分不 同用戶的信道。但是，受到相干時(shí)間長度的限制，導(dǎo)頻序列長度無法長到能夠保證所有用戶 的導(dǎo)頻序列是相互正交的，因此必需在不同小區(qū)間復(fù)用導(dǎo)頻序列。這就導(dǎo)致了目標(biāo)小區(qū)用 戶的信道估計(jì)值受到相鄰小區(qū)內(nèi)使用相同導(dǎo)頻序列的用戶的干擾，被干擾的估計(jì)值進(jìn)一步 影響上下行數(shù)據(jù)的傳輸，這一現(xiàn)象稱之為導(dǎo)頻污染(Pilot Contamination)。而導(dǎo)頻污染成 了限制大規(guī)模多天線系統(tǒng)性能的主要瓶頸。
[0005] 目前主要有三類方法用來解決或降低大規(guī)模多天線系統(tǒng)中面臨的導(dǎo)頻污染問題：
[0006] 第一類方法是預(yù)編碼方法。這類方法假設(shè)基站可以獲知部分信道信息，如大尺度 衰落，信道協(xié)方差矩陣等，同時(shí)基站之間具備協(xié)作和共享的能力。在設(shè)計(jì)預(yù)編碼的時(shí)候?qū)⑷?局的信道信息考慮進(jìn)來，對(duì)受到污染的信道估計(jì)值進(jìn)行變換獲得更加適應(yīng)信道條件的預(yù)編 碼信息，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
[0007] 第二類方法是根據(jù)信道條件分配導(dǎo)頻序列。這類方法也假設(shè)基站可以獲知部分信 道信息，以小區(qū)為單位，基站可以將自己的服務(wù)用戶信道質(zhì)量和不同導(dǎo)頻序列的受干擾程 度分別進(jìn)行排序，按照相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將導(dǎo)頻序列按照一定的規(guī)則分配給不同 用戶。
[0008] 第三類方法是改變傳輸架構(gòu)。將使用相同導(dǎo)頻序列的用戶的導(dǎo)頻傳輸在時(shí)域上進(jìn) 行錯(cuò)開，使得目標(biāo)用戶的導(dǎo)頻和相鄰小區(qū)用戶的數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生干擾，再利用大規(guī)模多天線 系統(tǒng)的信道特性從混疊的信號(hào)中解出有效數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0009] 上述三類降低導(dǎo)頻污染的方法都是在不同小區(qū)中復(fù)用完全相同的一套導(dǎo)頻序列 組的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和處理，使用相同導(dǎo)頻序列的用戶之間相互干擾，尤其是小區(qū)邊緣用 戶。上述方法雖然可以提升一定的性能，但為之付出的復(fù)雜度代價(jià)太大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于大規(guī)模多輸入 多輸出系統(tǒng)分配導(dǎo)頻序列的方法。
[0011] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 首先，確定由構(gòu)造的導(dǎo)頻序列所組成的矩陣，以作為原始導(dǎo)頻序列的矩陣;其中， 原始導(dǎo)頻序列的矩陣的每一行或者每一列對(duì)應(yīng)于一個(gè)導(dǎo)頻序列；
[0013] 然后，將原始導(dǎo)頻矩陣中的列與列之間的順序或者行與行之間的順序進(jìn)行重新排 列，得到互不相同的多個(gè)正交矩陣；
[0014] 再從上述新的正交矩陣以及所述原始導(dǎo)頻矩陣中找出多個(gè)相關(guān)性低的矩陣，以作 為用于分配給無線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻矩陣;其中，所述分配給無線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻矩陣的每一行或每 一列對(duì)應(yīng)于一個(gè)分配給無線網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻序列。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 在利用導(dǎo)頻序列進(jìn)行上行信道估計(jì)的導(dǎo)頻傳輸階段，不再按照傳統(tǒng)的所有小區(qū)復(fù) 用同一組導(dǎo)頻矩陣的方法，而是構(gòu)造出多個(gè)正交矩陣，從中選擇互相關(guān)性低的矩陣分配給 不同小區(qū)用作導(dǎo)頻矩陣。由此使得相鄰小區(qū)分配有不同的導(dǎo)頻矩陣，達(dá)到降低相鄰小區(qū)用 戶之間的導(dǎo)頻干擾的效果，并且由于每個(gè)導(dǎo)頻矩陣都是正交矩陣，因而使得小區(qū)內(nèi)部的各 個(gè)用戶之間也不存在導(dǎo)頻干擾。
[0017] 此外，本發(fā)明的方法相較于全部小區(qū)復(fù)用同一套導(dǎo)頻序列的其他現(xiàn)有技術(shù)而言， 能夠通過很低的操作復(fù)雜度來換取較好的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)〇
【附圖說明】
[0018] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中：
[0019] 圖1是采用大規(guī)模多天線的小區(qū)結(jié)構(gòu)和信道的示意圖；
[0020] 圖2是TDD Massive MBTO傳輸架構(gòu)的示意圖；
[0021] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)頻序列分配方法的示意圖；
[0022] 圖4是重新排列原始導(dǎo)頻矩陣中的所有列的順序的示意圖；
[0023]圖5是采用不同天線時(shí)下行用戶平均容量的仿真結(jié)果；
[0024]圖6是用戶下行SINR的累積分布曲線的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0026]圖1示出了采用Massive MMO的小區(qū)結(jié)構(gòu)和信道的示意圖。圖中基站名與小區(qū)名 對(duì)應(yīng)，小區(qū)i的用戶k至Ij小區(qū)1的基站的上行信道向量記作giki = Piki · hiki，其中Piki表示大尺 度衰落因子，hiki表示小尺度衰落向量。與普通MIMO不相同的是，在Massive MHTO中，當(dāng)基站 天線數(shù)M趨于無窮時(shí)大規(guī)模多天線中不同用戶的信道是趨于正交的（無論是到相同基站還 是不同基站的信道），同一個(gè)用戶到不同基站的信道也是趨于正交的。也就是說，如果兩個(gè) 信道向量與的下標(biāo)不完全相同即（m)矣〇 2山，12)，那么這兩個(gè)信道就趨于 正交，這個(gè)性質(zhì)稱之為漸進(jìn)正交性(AsymptoticalIy Orthogonal)?？梢员硎緸?br>[0028]其中（·）H表示共輒轉(zhuǎn)置。
[0029] 在使用正交導(dǎo)頻序列來進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，若采用下行估計(jì)，所需導(dǎo)頻序列長度τ與 基站天線數(shù)M成正比；若采用上行估計(jì)，所需導(dǎo)頻序列長度τ與用戶數(shù)K成正比。由于在 Massive MHTO環(huán)境中基站天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶數(shù)，因此通常針對(duì)TDD Massive MHTO使用上行 估計(jì)。
[0030] 圖2示出了TDD Massive MMO的傳輸架構(gòu)，包括上行導(dǎo)頻傳輸、信道預(yù)測(cè)處理、和 下行數(shù)據(jù)傳輸。下面采用數(shù)學(xué)模型來描述導(dǎo)頻序列，其中（·）H，（ · Γ和（·）T分別表示矩陣 或向量的共輒轉(zhuǎn)置，共輒和轉(zhuǎn)置。
[0031] 先考慮由L個(gè)小區(qū)組成的TDD Massive MMO網(wǎng)絡(luò)，并假設(shè)每個(gè)小區(qū)有K個(gè)用戶。在 傳統(tǒng)的在多個(gè)小區(qū)復(fù)用導(dǎo)頻序列的方案中，第i個(gè)基站接收到的導(dǎo)頻序列心可以被表示為：
[0033]其中，Pkl是復(fù)用導(dǎo)頻序列的全部