CN110086555B - 一种大规模mimo系统中的分组导频分配方法及其分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术领域，公开了一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法及其分配装置。分组导频分配方法依次包括以下步骤检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户。检检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列。将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组，将污染强度较小的导频组分别分配给弱用户组。本发明通过大尺度衰落系数把目标小区的用户分为两组。将污染强度较大的导频组分配给大尺度衰落系数较大的一组的用户，将污染强度较小的导频组分配给大尺度衰落系数较小的一组的用户。所提导频分配方案可以有效提升系统性能。

Description

一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法及其分配装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法及其分配装置。

背景技术

近年来，大规模MIMO技术已经成为无线通信的研究热点。在大规模MIMO系统中，每个基站配备有大量天线，通常比活动用户的数量大得多。通过增加天线的数量，来增加信道状态信息(Channel State Information,CSI)的反馈量，反馈所需的时间将远大于信道相干时间。当前大规模MIMO系统主要是基于时分双工(Time Division Duplex,TDD)模式，基站根据用户上行导频进行信道估计获得上行CSI，根据时分双工互易性的特点能够得到下行链路CSI。由于系统提供的正交导频数量是有限的，所以通常出现相同的导频序列在相邻小区中被重用的现象，这种现象称为导频污染(Pilot Contamination,PC)。研究表明，当存在导频污染时随着基站天线数量的增加，噪声等非相干干扰可以逐渐消除，系统的容量增长到一定程度时就不再继续增大，出现“门限效应”，由导频污染造成的用户相干干扰成为限制大规模MIMO系统性能的主要瓶颈。因此，研究如何减少大规模MIMO系统中的导频污染具有重要意义。

近年来，导频污染问题被广泛关注研究，关于降低导频污染的方案主要有三种：导频分配方案、信道估计方案和预编码方案。许多科研人员在导频分配方案减少导频污染方面做了大量工作。但是很多降低导频污染的方案导频以相同的方式分配给小区中用户，忽略了用户之间的抗干扰能力的差异性，存在用户的可达和速率较低导致系统性能较低的问题。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法及其分配装置，基于用户之间抗干扰能力的差异性，结合匈牙利算法计算最大匹配值问题高效简单的优势和最小-最大化匹配方法的低复杂度优势，通过用户的可达和速率的提升，提升系统性能。

本发明采用以下技术方案实现：

一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其依次包括以下步骤：

步骤S1：检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组；

步骤S2：检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组；

步骤S3：将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组；

步骤S4：将污染强度较小的导频组分别分配给弱用户组；

其中，根据步骤S3和步骤S4得到目标小区用户的导频分配结果；在步骤S1中目标小区用户大尺度衰落系数的检测方法包括以下步骤：

设蜂窝小区数量为L个，每个蜂窝小区有K个单天线用户，位于小区中心的基站配备了M根天线并服务于小区中的所有用户，其中，M＞＞K；

假设系统工作在TDD模式下，第j小区中第k个用户到第i小区基站的信道向量建模为：

其中，g_<j,k>i表示第j个小区中第k个用户到第i个小区基站的小尺度衰落向量，β_<j,k>i表示第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数；

由于几何和阴影衰落在空间上缓慢变化，β_<j,k>i相对于频率和相对于基站天线的指数是恒定的，则第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数表示为：

其中，z_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的阴影衰落向量，α为路径损耗因子，R是小区半径，r_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的距离。

进一步地，所述的步骤S2中，目标小区用户信道质量的检测方法包括以下步骤：

假定可用的导频序列数量共有S个，且S≥K，

φ是导频训练序列，

是第1个导频序列，

是第2个导频序列，

是第S个导频序列，C^S×τ是一个行数为S、列数为τ的导频训练矩阵，τ是用户发送的导频训练序列φ的长度，且满足φφ^H＝I_S，I_S为共轭相等的Hermite矩阵，其中行数和列数属于[1,S]范围内，假设每个用户都向基站发送导频序列，且每个导频序列采用相同的发送功率，则第i小区基站接收到的导频信号写成如下形式：

其中，ρ_p是上行导频发送功率，N_i表示加性高斯白噪声；

为S取k时的

在第i个小区的基站处接收的用户数据信号表示为：

其中，ρ_u为上行数据的发射功率，x_<j,k>是j小区用户k发送的数据符号，n_i是加性高斯白噪声向量。

进一步地，所述的S2中，相邻小区内用户的导频干扰强度检测方法包括以下步骤：

接收到导频序列，i小区用户k进行信道估计：

其中，

表示等效噪声，当小区间导频复用时，第i个小区第k个用户的信道估计向量h_<i,k>i会受到其他小区相同导频和非相关噪声的影响，从而产生导频污染，以检测出导频干扰强度。

进一步地，所述的步骤S3中，将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的方法包括以下步骤：

第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

其中，ε_<i,k>是第i个小区内对第k个用户的噪声干扰

当天线数趋于无穷大时，第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

第i个小区第k个用户的上行链路SINR只与大尺度衰落系数β_<i,k>i有关，而且大尺度衰落系数变化缓慢，很容易被基站跟踪。因此，强用户的导频分配直接建模为：

进一步地，所述的步骤S3中，将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的分配方法等效为求如下矩阵的最大值，即每行每列选取一个数a_mn，其中，m≥1，n≤k，并确定各数代数和最大的集合A：

其中，

为第i个小区内第k个用户的信道质量，

为干扰小区中所有与第i个小区内第k个用户使用相同导频S的用户对其产生的小区间干扰。

进一步地，所述矩阵A的方差取最小的一个结果作为导频分配的最优解，以保障用户的公平性。

进一步地，所述的步骤S4将污染强度较小的导频组分配给弱用户组建模为：

进一步地，根据所述的强用户组或弱用户组的建模，则第i小区内第k个用户的系统上行链路的平均可达和速率为：R＝E{log₂(1+SINR_<i,k>)}；

其中，E表示求均值。

本发明还提供一种大规模MIMO系统中的分组导频分配装置，其采用上述任意一种所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，所述分组导频分配装置包括：

强弱用户组决策模块，其用于检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组；

污染强度导频组决策模块，其用于检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组；

分配模块一，其用于将污染强度较大的导频组分配给强用户组；

分配模块二，其用于将污染强度较小的导频组分配给弱用户组；

其中，根据所述分配模块一和所述分配模块二得到目标小区用户的导频分配结果；在步骤S1中，目标小区用户大尺度衰落系数的检测方法包括以下步骤：

设蜂窝小区数量为L个，每个蜂窝小区有K个单天线用户，位于小区中心的基站配备了M根天线并服务于小区中的所有用户，其中，M＞＞K；

假设MIMO系统工作在其TDD模式下，第j小区中第k个用户到第i小区基站的信道向量建模为：

其中，g_<j,k>i表示第j个小区中第k个用户到第i个小区基站的小尺度衰落向量，β_<j,k>i表示第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数；

由于几何和阴影衰落在空间上缓慢变化，β_<j,k>i相对于频率和相对于基站天线的指数是恒定的，则第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数表示为：

其中，z_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的阴影衰落向量，α为路径损耗因子，R是小区半径，r_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的距离。

本发明的有益效果为：

1.根据用户间抗干扰的差异性，通过大尺度衰落系数把目标小区的用户分为两组。通过大尺度衰落系数把目标小区的用户分为两组。将污染强度较大的导频组分配给大尺度衰落系数较大的一组的用户，将污染强度较小的导频组分配给大尺度衰落系数较小的一组的用户。仿真结果表明，所提导频分配方案可以有效提升系统性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法的流程示意图；

图2为图1中分组导频分配方法所应用的大规模MIMO系统模型图；

图3为图1中分组导频分配方法所应用的匈牙利算法的二分结构图；

图4为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区弱用户组最小上行SINR的累积概率分布图；

图5为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行平均SINR的累积概率分布图；

图6为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行链路可达和速率随基站天线数的变化趋势曲线图；

图7为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行链路可达和速率随上行链路发射功率的变化趋势图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法的流程示意图。

分组导频分配方法依次包括以下步骤：

步骤S1：检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组；

步骤S2：检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组；

步骤S3：将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组；

步骤S4：将污染强度较小的导频组分别分配给弱用户组。

根据步骤S3和步骤S4得到目标小区用户的导频分配结果。

一、在步骤S1中目标小区用户大尺度衰落系数的检测方法包括以下步骤：

首选设蜂窝小区数量为L个，每个蜂窝小区有K个单天线用户，位于小区中心的基站配备了M根天线(M＞＞K)并服务于小区中的所有用户。其中，使用的符号定义如下：I_M表示M阶单位矩阵。(·)^T、(·)^H、E(·)分别表示矩阵的转置、共轭转置、求均值。

请参阅图2，图2为图1中分组导频分配方法所应用的大规模MIMO系统模型图。假设系统工作在TDD模式下，第j小区中第k个用户到第i小区基站的信道向量可以建模为：

该模型g_<j,k>i表示第j个小区中第k个用户到第i个小区基站的小尺度衰落向量，β_<j,k>i表示第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数。

由于几何和阴影衰落在空间上缓慢变化，β_<j,k>i相对于频率和相对于基站天线的指数是恒定的，则第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数可以表示为：

该模型中z_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的阴影衰落向量，α为路径损耗因子，R是小区半径，r_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的距离。

二、在步骤S2中，目标小区用户信道质量的检测方法包括以下步骤：

假定可用的导频序列数量共有S个，且S≥K。

φ是导频训练序列，

是第1个导频序列，

是第2个导频序列，

是第S个导频序列，C^S×τ是一个行数为S、列数为τ的导频训练矩阵，τ是用户发送的导频训练序列φ的长度，且满足φφ^H＝I_S，I_S为共轭相等的Hermite矩阵，其中行数和列数属于[1,S]范围内，假设每个用户都向基站发送导频序列，且每个导频序列采用相同的发送功率，则第i小区基站接收到的导频信号可以写成如下形式：

该模型中ρ_p是上行导频发送功率，N_i表示加性高斯白噪声；

为S取k时的

在第i个小区的基站处接收的用户数据信号表示为：

该模型中ρ_u为上行数据的发射功率，x_<j,k>是j小区用户k发送的数据符号，n_i是加性高斯白噪声向量。

在步骤S2中，相邻小区内用户导频干扰强度的检测方法包括以下步骤：

接收到导频序列，i小区用户进k行信道估计：

该模型中

表示等效噪声，当小区间导频复用时，第i个小区第k个用户的信道估计向量h_<i,k>i会受到其他小区相同导频和非相关噪声的影响，从而产生导频污染，以检测出导频干扰强度。

通过上述处理，强用户组用户具有信道质量好、受导频污染影响小的特点，因此给强用户组分配导频污染强度相对较大的导频序列，以有效提升系统和速率。而弱用户组用户信道质量差，受导频污染影响较大，因此给弱用户组分配污染强度较小的导频序列，以保障弱用户服务质量。

在导频训练完成后，基于信道估计结果，采用匹配滤波器检测数据，第i小区第k个用户被检测的数据符号为：

该模型中

是导频污染问题造成的，ε_<i,k>是小区内噪声和其他干扰。

三、在步骤S3中将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的分配方法包括以下步骤：

第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

其中，ε_<i,k>是第i个小区内对第k个用户的噪声干扰。

当天线数趋于无穷大时，第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

由于第i个小区第k个用户的上行链路SINR只与大尺度衰落系数β_<i,k>i有关，而且大尺度衰落系数变化缓慢，很容易被基站跟踪。因此，强用户的导频分配可直接建模为：

匈牙利算法是一种用增广路径求二分图的最大匹配算法。所谓二分图，是图论中一种特殊模型。

请参阅图3，图3为图1中分组导频分配方法所应用的二分结构图。

在图3(a)中，设G＝(V,E)是一个无向图，如果顶点V可分割成两个互不相交集V1和V2，且图中的每条连线的两个顶点都分别属于V1和V2，则G是一个二分图。如果G中任意连线之间都没有公共顶点，则这些连线组成的匹配集合是E，其中，包含的连线数量最大的匹配为最大匹配。每条连线的两个顶点为匹配点，即两个顶点是一对一匹配的，V1集合中的3号和V2集合中4号是一对一匹配，图3(a)的最大匹配数为4，其中一种最大匹配方案如图3(b)。

基于匈牙利算法的强用户导频分配。由于系统中导频之间相互正交，每个导频采用相同的发送功率，且导频数和用户数的关系是S≥K，所以导频分配问题其本质是用户与导频的一对一匹配问题，因此目标小区强用户的导频分配问题可以转化为以强用户上行SINR为目标函数的最大匹配问题。

匈牙利算法求解上述问题，在步骤S3中，可以将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的分配方法等效为求如下矩阵的最大值问题，并确定各数代数和最大的集合A(a_mn,1≤m,n≤K)：

为第i个小区内第k个用户的信道质量，

为干扰小区中所有与第i个小区内第k个用户使用相同导频S的用户对其产生的小区间干扰。

经研究发现，匈牙利算法求解上述问题时，可能存在同一个最大值有多种选取方法的现象。当矩阵为

时，A中元素代数和为27，有两种匹配结果分别是{a₁₁，a₂₂，a₃₃}和{a₁₂,a₂₃,a₃₁}，各自方差分别为：

0。用方差来衡量数据间的差异性。为了保障强用户公平性，选择方差比较小的一个结果作为导频分配的最优解。

四、在步骤S4中将污染强度小的导频组分别分配给信道质量最差的弱用户组，弱用户组时，从而提高弱用户上行链路可达和速率。弱用户组的导频分配可建模为：

根据强用户组或弱用户组的建模，则第i小区内第k个用户的系统上行链路的平均可达和速率为：R＝E{log₂(1+SINR_<i,k>)}。其中，E表示求均值。

基于匹配算法的分组导频分配方案总体为：

1.检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，分为和强用户组U_s和弱用户组U_w；

2.将导频污染强度按升序排列，取前K个导频，存φ₁；

3.取φ₁中后

个导频采用匈牙利算法分配给U_S；

4.把φ₁中剩下的

个导频采用最小-最大化匹配方法分配给U_w；

5.得到目标小区用户的导频分配结果。

在算法复杂度方面，对目标小区所提导频分配方案主要来源于排序过程，复杂度为

匈牙利算法复杂度O(K²)，智能导频分配方案复杂度为O(KlogK)。所提方案算法复杂度略高于智能导频分配方案，低于匈牙利算法导频分配方案，所以即使在庞大的用户数下仍然具有可实现性。

仿真结果与分析

对目标小区按所提出的方法进行导频分配，对相邻小区的用户采用随机导频分配方案进行导频分配。采用蒙特卡罗法在表1的仿真参数下进行系统仿真，并假定其距目标小区基站的距离r＝1.2R。

表1仿真参数

请参阅图4，图4为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区弱用户组最小上行SINR的累积概率分布图.。由图4可知，当天线数量为M＝128时，所提导频分配方案比随机导频分配方案相对最小上行SINR提升约10dB，因此所提方案能够保障弱用户的QoS。

请参阅图5，图5为图1中分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行平均SINR的累积概率分布图。由图5中可以看出，增加天线的数量可以提升上行用户平均SINR，当天线数从M＝32增加到M＝128时，大约有5dB的性能提升。所提导频分配方案优于基于用户分组导频分配方案、匈牙利算法分配方案和随机导频分配方案。在CDF＝0.5，天线数M＝128时，所提导频分配方案与参考文献的匈牙利算法分配方案相比，上行用户平均SINR大约提升2dB，与参考文献的智能导频分配算法相比提升约1.8dB。

请参阅图6，图6是图1中的分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行链路可达和速率随基站天线数的变化趋势曲线图。由图6可知，天线数量为M＝128，当基站天线数的增加的时候，用户上行链路的平均SINR可以得到有效提升。所提导频分配方案最小上行链路SINR的可达和速率比匈牙利算法导频分配方法提升约0.8bps/Hz，优于智能导频分配方案约1bps/Hz。

图7是图1中分组导频分配方法仿真后目标小区用户上行链路可达和速率随上行链路发射功率的变化趋势图，由图7可知，当天线数量为M＝128，本文所提的导频分配方法均优于匈牙利算法导频分配方案和智能导频分配方案。所提导频分配方案优于基于智能导频分配方案约1bps/Hz。通过提高上行链路的发射功率，上行链路可达和速率可以有效地提高。当发射功率增加到一定程度时，目标小区上行链路可达和速率趋于稳定。

本文针对大规模MIMO系统导频污染问题，提出一种基于匹配算法的分组导频分配方案。通过大尺度衰落系数把目标小区的用户分为两组；将污染强度较大的导频组分配给大尺度衰落系数较大的一组的用户，将污染强度较小的导频组分配给大尺度衰落系数较小的一组的用户。仿真结果表明，所提导频分配方案可以有效提升系统性能。当天线数M＝128时，所提导频分配方案与智能导频分配方案和匈牙利算法导频分配方案相比上行链路SINR分别提升了0.3dB和0.5dB。

实施例2

本实施例介绍了一种大规模MIMO系统中的分组导频分配装置，分组导频分配装置采用了实施例1的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法。分组导频分配装置包括强弱用户组决策模块、污染强度导频组决策模块、分配模块一、分配模块二。

强弱用户组决策模块用于检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组。强弱用户组决策模块的具体实现技术请参阅实施例1中针对步骤S1的详细介绍。

污染强度导频组决策模块用于其用于检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组。污染强度导频组决策模块的具体实现技术请参阅实施例1中针对步骤S2的详细介绍。

分配模块一用于将污染强度较大的导频组分配给强用户组。分配模块一的具体实现技术请参阅实施例1中针对步骤S3的详细介绍。

分配模块二用于将污染强度较小的导频组分配给弱用户组。分配模块二的具体实现技术请参阅实施例1中针对步骤S4的详细介绍。

本实施例具有实施例1的相同有益效果，通过大尺度衰落系数把目标小区的用户分为两组。将污染强度较大的导频组分配给大尺度衰落系数较大的一组的用户，将污染强度较小的导频组分配给大尺度衰落系数较小的一组的用户。仿真结果表明，所提导频分配方案可以有效提升系统性能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，其依次包括以下步骤：

步骤S1：检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组；

步骤S2：检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组；

步骤S3：将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组；

步骤S4：将污染强度较小的导频组分别分配给弱用户组；

其中，根据步骤S3和步骤S4得到目标小区用户的导频分配结果；在步骤S1中目标小区用户大尺度衰落系数的检测方法包括以下步骤：

设蜂窝小区数量为L个，每个蜂窝小区有K个单天线用户，位于小区中心的基站配备了M根天线并服务于小区中的所有用户，其中，M＞＞K；

假设系统工作在TDD模式下，第j小区中第k个用户到第i小区基站的信道向量建模为：

其中，g_<j,k>i表示第j个小区中第k个用户到第i个小区基站的小尺度衰落向量，β_<j,k>i表示第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数；

由于几何和阴影衰落在空间上缓慢变化，β_<j,k>i相对于频率和相对于基站天线的指数是恒定的，则第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数表示为：

其中，z_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的阴影衰落向量，α为路径损耗因子，R是小区半径，r_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的距离。

2.如权利要求1所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述的步骤S2中，目标小区用户信道质量的检测方法包括以下步骤：

假定可用的导频序列数量共有S个，且S≥K，

φ是导频训练序列，

是第1个导频序列，

是第2个导频序列，

是第S个导频序列，C^S×τ是一个行数为S、列数为τ的导频训练矩阵，τ是用户发送的导频训练序列φ的长度，且满足φφ^H＝I_S，I_S为共轭相等的Hermite矩阵，其中行数和列数属于[1,S]范围内，假设每个用户都向基站发送导频序列，且每个导频序列采用相同的发送功率，则第i小区基站接收到的导频信号写成如下形式：

其中，ρ_p是上行导频发送功率，N_i表示加性高斯白噪声；

为S取k时的

在第i个小区的基站处接收的用户数据信号表示为：

其中，ρ_u为上行数据的发射功率，x_<j,k>是j小区用户k发送的数据符号，n_i是加性高斯白噪声向量。

3.如权利要求2所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述的步骤S2中，相邻小区内用户的导频干扰强度检测方法包括以下步骤：

接收到导频序列，i小区用户k进行信道估计：

其中，

表示等效噪声，当小区间导频复用时，第i个小区第k个用户的信道估计向量h_<i,k>i会受到其他小区相同导频和非相关噪声的影响，从而产生导频污染，以检测出导频干扰强度。

4.如权利要求3所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述的步骤S3中，将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的方法包括以下步骤：

第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

其中，ε_<i,k>是第i个小区内对第k个用户的噪声干扰；

当天线数趋于无穷大时，第i个小区第k个用户的上行链路信噪比表示为：

第i个小区第k个用户的上行链路SINR只与大尺度衰落系数β_<i,k>i有关，而且大尺度衰落系数变化缓慢，很容易被基站跟踪，因此，强用户的导频分配直接建模为：

5.如权利要求3所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述的步骤S3中，将污染强度较大的导频组分别分配给强用户组的分配方法等效为求如下矩阵的最大值，即每行每列选取一个数a_mn，其中，m≥1，n≤k，并确定各数代数和最大的集合A：

其中，

为第i个小区内第k个用户的信道质量，

为干扰小区中所有与第i个小区内第k个用户使用相同导频S的用户对其产生的小区间干扰。

6.如权利要求5所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述矩阵A的方差取最小的一个结果作为导频分配的最优解，以保障用户的公平性。

7.如权利要求3所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，所述的步骤S4将污染强度较小的导频组分别分配给弱用户组时建模为：

8.如权利要求4或7所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，其特征在于，根据所述的强用户组或弱用户组的建模，则第i小区内第k个用户的系统上行链路的平均可达和速率建模为：

R＝E{log₂(1+SINR_<i,k>)}；

其中，E表示求均值。

9.一种大规模MIMO系统中的分组导频分配装置，其特征在于，其采用如权利要求1至权利要求8中任意一项所述的大规模MIMO系统中的分组导频分配方法，所述分组导频分配装置包括：

强弱用户组决策模块，其用于检测目标小区用户大尺度衰落系数，按降序排列，并按用户个数将降序排列好的用户组均分为前后两组用户，即分别为：强用户组和弱用户组；

污染强度导频组决策模块，其用于检测目标小区用户的信道质量和相邻小区内用户的导频干扰强度，得出导频污染强度，并按升序排列，取前K个导频，且按用户个数均分为前后两组用户导频序列，即分别为：污染强度较大的导频组和污染强度较小的导频组；

分配模块一，其用于将污染强度较大的导频组分配给强用户组；

分配模块二，其用于将污染强度较小的导频组分配给弱用户组；

其中，根据所述分配模块一和所述分配模块二得到目标小区用户的导频分配结果；在步骤S1中，目标小区用户大尺度衰落系数的检测方法包括以下步骤：

设蜂窝小区数量为L个，每个蜂窝小区有K个单天线用户，位于小区中心的基站配备了M根天线并服务于小区中的所有用户，其中，M＞＞K；

假设MIMO系统工作在其TDD模式下，第j小区中第k个用户到第i小区基站的信道向量建模为：

其中，g_<j,k>i表示第j个小区中第k个用户到第i个小区基站的小尺度衰落向量，β_<j,k>i表示第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数；

由于几何和阴影衰落在空间上缓慢变化，β_<j,k>i相对于频率和相对于基站天线的指数是恒定的，则第j小区中第k个用户到第i个小区基站的大尺度衰落系数表示为：

其中，z_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的阴影衰落向量，α为路径损耗因子，R是小区半径，r_<j,k>,i是第j个小区中第k个用户与第i个小区基站之间的距离。

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