CN105049166B - 大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，属于无线通信技术领域。本发明方法在短时间内精确定位大规模天线小区内用户位置，以相互干扰最小化原则给相邻大规模天线小区用户分配相同导频序列，有效的减轻大规模天线小区间用户间干扰。本方法在区域导频组复用的基础上，以导频干扰最小化原则进行了区域内导频再分配。有效降低了由于导频复用带来的污染问题。大大减少了相邻大规模天线小区边缘的导频干扰，改善了大规模天线小区边缘用户的网络性能。

Description

大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法

技术领域

本发明涉及一种大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着第四代通信技术(4G)的大规模商业，在享受新技术带来的便捷的同时，也刺激着人们对更高性能移动通信的追求。大规模多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，以下简称MIMO)技术作为5G的一项关键技术，其基本特征是：在基站覆盖区域内配置数十根甚至数百根以上天线，这些天线以大规模阵列的方式集中放置。这样可以充分利用大规模天线配置带来的空间自由度，提升频谱效率。同时，利用大规模天线带来的分集增益和阵列增益，还可提升用户与基站通信的功率效率。

在大规模MIMO系统中，一般采用时分双工(Time Division Duplexing，以下简称TDD)，用户上下行信道在同一个频带上。根据信道互易性理论，只需要获得一个信道的状态信息(Channel State Information，以下简称CSI)就可以准确预测出另外一个信道的情况。所有用户都需要发射相互正交的导频序列来进行信道估计。但是，由于导频序列长度受相干时间限制，没有足够多的相互正交导频分配给所有的用户。因此，一般采用小区内使用相互正交的导频序列，小区间使用相同的导频序列。这样就导致了相邻小区之间出现使用相同导频的用户，用户在使用导频进行信道估计时，会对使用相同导频的其他小区用户产生干扰。这种干扰被称之为导频污染。

研究结果表明，当MIMO系统中基站上的天线数趋于无穷大时，非相关噪声和快衰落对信道估计的影响将会趋于零，而导频污染成为了大规模MIMO系统中影响通信质量的主要瓶颈。现阶段解决导频污染问题一般采用优化导频分配和预编码等方式来减轻导频污染。

导频污染大小取决于基站接收到相邻小区的导频信号强弱。在理想传播条件下，信号在空间传播，接收功率与距离的平方成反比。也就是说，离信号发射源越远，接收到的信号功率就越小。导频污染最直接的原因就是因为复用相同导频序列的用户距离相邻小区的基站距离太近，导致小区基站接收用户导频信号时，接收到相邻小区较强的同一导频信号，以至于无法准确获得上行信道状态信息。因此，在导频分配阶段，可以结合现有的比较成熟的定位技术，如A-GPS、TDOA等，在短时间内精确定位用户在小区内的位置，得出较优的导频分配方案。

发明内容

本发明的目的是提出大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，在短时间内精确定位大规模天线小区内用户位置，以相互干扰最小化原则给相邻大规模天线小区用户分配相同导频序列，有效的减轻大规模天线小区间用户间干扰。

本发明提出的大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，包括以下步骤：

(1)每个大规模天线小区中的基站获取本小区内用户的位置坐标(x，y)，得到本小区内用户到相邻各个小区基站的距离(l_u，1，l_u，2，l_u，3)，每个小区中基站获取本小区用户接收的相邻小区参考信号强度，设第s个小区内第u个用户的位置坐标为(x_s，u，y_s，u)，第v个小区基站位置坐标为(x_u，y_v)，则设第s个小区内第u个用户到第v个小区基站距离为将小区信号覆盖范围平均划分为W个区域，W由小区内用户总数决定，用户越多，W越大。如图1中将小区1划分为3个区域；

(2)各个小区基站将本小区内所有用户的位置信息和接收到的相邻小区参考信号强度发送给大规模天线小区运营和维护中心，运营和维护中心将导频信号按照步骤(1)划分的W个区域分为W个导频组，将W个导频组分配到W个区域，小区间相邻区域分配的导频组不相同；

(3)从步骤(2)的W个导频组中选取一个导频组，将各个小区中分配该导频组的区域里的用户划分为三个不同的用户集合 其中，表示第1个小区中该区域的第2个用户，N1，N2，N3分别表示第1个小区、第2个小区和第3个小区的相应区域中最后一个用户；

(4)为用户集合中的所有用户随机分配步骤(3)中选取的导频组内相互正交的导频信号。记用户分配的导频信号为X_i。

(5)对于用户集合中的任意用户在用户集合中选取使得用户的理论信噪比SINR′_i为最大的用户理论信噪比的计算公式为：其中P_mk，n为小区n的基站接收到小区m中的用户k的信号功率，m、n分别为小区编号，k为用户编号，P为用户发射功率，为用户k到小区n的基站的衰落系数，P_rm，n是小区m中的用户k接收到的小区n的参考信号功率，下标r表示接收信号，P_t是小区n的基站发射功率，下标t表示发射信号；

(6)在中选取使得和理论信噪比之和SINR_i+SINR_j为最大的用户 P_3k，1表示小区1的基站接收到小区3中的用户k的信号功率，并将步骤4中分配给用户的导频信号X_i分配给和

(7)遍历所有上述步骤中选定区域内的所有用户，重复步骤(5)和(6)，直至所有小区该区域中所有用户导频分配完成；

(8)遍历所有小区，重复步骤(3)～(6)，直至完成所有小区所有区域的导频分配。

本发明提出的大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，其优点是，本方法在区域导频组复用的基础上，以导频干扰最小化原则进行了区域内导频再分配。有效降低了由于导频复用带来的污染问题。大大减少了相邻大规模天线小区边缘的导频干扰，改善了大规模天线小区边缘用户的网络性能。

附图说明

图1是本发明方法涉及的大规模MIMO用户导频污染场景。

图2是本发明方法涉及的导频分配流程图。

图1中，1为大规模天线小区，2为基站，3为有用导频信号，4为大规模天线小区用户，5为导频干扰信号，6为各大规模天线小区与运营维护中心之间的链路，7为运营维护中心，8为分配同一导频组的区域。

具体实施方式

本发明提出的大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，其涉及到的大规模MIMO导频污染场景如图1所示，其流程图如图2所示，图1中，1为大规模天线小区，2为基站，3为有用导频信号，4为大规模天线小区用户，5为导频干扰信号，6为各大规模天线小区与运营维护中心之间的链路，7为运营维护中心，8为分配同一导频组的区域。该方法包括以下步骤：

(1)每个大规模天线小区1中的基站2获取本小区内用户4的位置坐标(x，y)，得到本小区内用户到相邻各个小区基站的距离(l_u，1，l_u，2，l_u，3)，每个小区中基站获取本小区用户接收的相邻小区参考信号强度，设第s个小区内第u个用户的位置坐标为(x_s，u，y_s，u)，第v个小区基站位置坐标为(x_v，y_v)，则设第s个小区内第u个用户到第v个小区基站距离为将小区信号覆盖范围平均划分为W个区域，W由小区内用户总数决定，用户越多，W越大。如图1中将小区1划分为3个区域；

(2)各个小区基站将本小区内所有用户的位置信息和接收到的相邻小区参考信号强度发送给大规模天线小区运营和维护中心，运营和维护中心将导频信号按照步骤(1)划分的W个区域分为W个导频组，将W个导频组分配到W个区域，小区间相邻区域分配的导频组不相同；

(3)从步骤(2)的W个导频组中选取一个导频组，将各个小区中分配该导频组的区域里的用户划分为三个不同的用户集合 其中，表示第1个小区中该区域的第2个用户，N1，N2，N3分别表示第1个小区、第2个小区和第3个小区的相应区域中最后一个用户；

(4)为用户集合中的所有用户随机分配步骤(3)中选取的导频组内相互正交的导频信号。记用户分配的导频信号为X_i。

(5)对于用户集合中的任意用户在用户集合中选取使得用户的理论信噪比SINR′_i为最大的用户理论信噪比的计算公式为：其中P_mk，n为小区n的基站接收到小区m中的用户k的信号功率，m、n分别为小区编号，k为用户编号，P为用户发射功率，为用户k到小区n的基站的衰落系数，P_rm，n是小区m中的用户k接收到的小区n的参考信号功率，下标r表示接收信号，P_t是小区n的基站发射功率，下标t表示发射信号；

(6)在中选取使得和理论信噪比之和SINR_i+SINR_j为最大的用户 P_3k，1表示小区1的基站接收到小区3中的用户k的信号功率，并将步骤4中分配给用户的导频信号X_i分配给和

(7)遍历所有上述步骤中选定区域内的所有用户，重复步骤(5)和(6)，直至所有小区该区域中所有用户导频分配完成；

(8)遍历所有小区，重复步骤(3)～(6)，直至完成所有小区所有区域的导频分配。

若需要对导频分配优化，可以在步骤(4)和步骤(5)中利用干扰最小化原则得出的导频分组进行调整。为了降低运算复杂度和优化时间，只选取SINR＜SINR_th(SINR_th为小区基站用户信噪比预设门限值)的分组进行优化。选取该区域中SINR最大的用户，将其使用的导频序列与最差的用户进行调换，依次类推，直至将所有待优化的用户导频调整完毕。

Claims (1)

1.一种大规模天线小区中基于用户地理位置信息的导频分配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)每个大规模天线小区中的基站获取本小区内用户的位置坐标(x,y)，得到本小区内用户到相邻各个小区基站的距离(l_u,1,l_u,2,l_u,3)，每个小区中基站获取本小区用户接收的相邻小区参考信号强度，设第s个小区内第u个用户的位置坐标为(x_s,u，y_s,u)，第v个小区基站位置坐标为(x_v,y_v)，则设第s个小区内第u个用户到第v个小区基站距离为将小区信号覆盖范围平均划分为W个区域，W由小区内用户总数决定，用户越多，W越大；

(2)各个小区基站将本小区内所有用户的位置信息和接收到的相邻小区参考信号强度发送给大规模天线小区运营和维护中心，运营和维护中心将导频信号按照步骤(1)划分的W个区域分为W个导频组，将W个导频组分配到W个区域，小区间相邻区域分配的导频组不相同；

(3)从步骤(2)的W个导频组中选取一个导频组，将各个小区中分配该导频组的区域里的用户划分为三个不同的用户集合 其中，表示第1个小区中该区域的第2个用户，N1，N2，N3分别表示第1个小区、第2个小区和第3个小区的相应区域中最后一个用户；

(4)为用户集合中的所有用户随机分配步骤(3)中选取的导频组内相互正交的导频信号，记用户分配的导频信号为X_i；

(5)对于用户集合中的任意用户在用户集合中选取使得用户的理论信噪比SINR′_i为最大的用户理论信噪比的计算公式为：其中P_mk,n为小区n的基站接收到小区m中的用户k的信号功率，m、n分别为小区编号，k为用户编号，P为用户发射功率，为用户k到小区n的基站的衰落系数，

P_rm,n是小区m中的用户k接收到的小区n的参考信号功率，下标r表示接收信号，P_t是小区n的基站发射功率，下标t表示发射信号；

(6)在中选取使得和理论信噪比之和SINR_i+SINR_j为最大的用户 P_3k,1表示小区1的基站接收到小区3中的用户k的信号功率，并将步骤4中分配给用户的导频信号X_i分配给和

(7)遍历所有上述步骤中选定区域内的所有用户，重复步骤(5)和(6)，直至所有小区该区域中所有用户导频分配完成；

(8)遍历所有小区，重复步骤(3)～(6)，直至完成所有小区所有区域的导频分配。