CN112260730B - 一种c-v2v宽带大规模mimo导频复用信道获取方法 - Google Patents

一种c-v2v宽带大规模mimo导频复用信道获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种C‑V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法。行驶车辆网络中通信使用。所有蜂窝用户和V2V‑Tx发送上行探测信号，获取每个用户的角度时延域统计信道信息，依据角度时延域统计信道信息对蜂窝用户和V2V‑Tx进行联合导频调制因子分配，并将结果反馈给基站和各V2V‑Rx；基站和各V2V‑Rx利用接收到的导频调制因子分配结果，对同一恒模序列进行频域调制生成对应用户的导频信号；基站获得蜂窝用户的导频段信道估计及数据段信道预测，各V2V‑Rx获得同一通信对中V2V‑Tx的导频段信道估计及数据段信道预测；在各用户移动过程中，随着角度时延域信道统计特性的变化，动态地实施联合导频调制因子分配。本发明能够大幅度降低系统的导频开销，提高无线通信系统的频谱效率。

Description

一种C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法
技术领域
本发明涉及一种导频复用信道获取方法，尤其涉及一种行驶车辆网络中通信使用的 C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法。
背景技术
随着5G通信技术的发展以及业务的多样性需求,车辆-车辆(V2V)和车辆-网络(V2N) 通信在近几年取得了快速发展。为满足未来V2V通信应用需求，需要深度挖掘利用空间无线资源，大幅提升V2V无线通信的频谱利用率和功率利用率。因此，把大规模MIMO系统引入V2V通信中成为一个非常有潜力的解决方案。在车辆接收端配置大规模天线阵列(数十根以上)，以深度挖掘利用空间维度资源，成为未来V2V无线通信的发展趋势之一。
正交频分复用(OFDM)技术能够将宽带信道分解为多个并行的窄带信道，适用于实际的无线传播信道。在实际无线通信系统中，为了准确及时地获取信道信息，常采用基于全正交导频辅助的信道估计方法。然而，在V2V和V2N场景中，由于车辆用户的高速移动，V2V/V2N信道衰落快，并且随着大量蜂窝用户和车辆用户的接入，导频开销呈现指数级增长，进而导致无线通信系统频谱效率及功率效率的大幅降低，成为系统构建的瓶颈问题。因此，非正交导频传输在V2V无线通信具有相当大的优势。实际的宽带无线传播信道在角度时延域呈现能量集中特性，利用该特性能够有效降低系统的导频开销。利用蜂窝与V2V混合大规模MIMO-OFDM信道的角度时延域稀疏特点，本发明给出了一种C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法。
发明内容
发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种充分挖掘角度时延域的导频资源，节省系统的导频开销，降低信道获取的复杂度，并在动态确定导频调制模式的过程中，充分考虑角度时延域导频复用下蜂窝用户和V2V-Tx之间以及不同通信对中所有V2V-Tx之间的相互干扰，有效提升信道估计的准确性的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，在蜂窝网络中配置基站、多个蜂窝用户和多对V2V通信对，每个V2V通信对包含一个V2V-Tx和一个V2V-Rx，基站侧配备的天线个数为M，V2V-Rx配备的天线个数为N，蜂窝用户个数为K，V2V通信对个数为D，蜂窝用户和V2V-Tx均配备单天线,以
Figure BDA0002725655210000011
分别表示蜂窝用户集合、V2V-Tx集合和V2V-Rx集合；
首先，蜂窝网络中的所有蜂窝用户和所有V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上分别向基站和匹配的V2V-Rx同时发送上行探测信号,基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取每个蜂窝用户和发送车辆用户的角度时延域统计信道信息；
然后，利用所有用户的角度时延域统计信道信息对蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配，并将分配结果通过回程链路反馈给基站和各V2V-Rx；
基站和各V2V-Rx根据反馈的导频调制因子分配结果为蜂窝用户和V2V-Tx分配对应的导频信号，蜂窝用户和V2V-Tx周期性循环发送各自分配的导频给基站和对应的V2V-Rx，基站利用接收到的导频信号实时更新蜂窝用户的导频段信道估计及信道估计误差统计信息； V2V-Rx利用接收到的导频信号更新同一通信对中V2V-Tx的导频段信道估计及信道估计误差统计信息，从而完成上行导频对导频段信道估计的训练；
最后，利用信道的时域相关特性和各用户的导频段信道估计，基站获得蜂窝用户的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息；各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息，导频段信道估计和数据段信道预测即为获取的复用信道。
其中导频段为连续若干个用来发送上行导频的OFDM符号，数据段是剩余若干个用来发送数据的OFDM符号，具体步骤如下：
S1蜂窝网络中的所有蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时向基站以及匹配的V2V-T发送上行探测信号，基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx每个用户的角度时延域统计信道信息；
S2基站和各V2V-Rx将所述角度时延域统计信道信息通过回程链路交予设置在机房中的中央控制单元，中央控制单元综合利用基站、蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx所有用户的统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法对所有的蜂窝用户和 V2V-Tx进行联合导频调制因子分配获得联合导频调制因子分配方案，各蜂窝用户和V2V-Rx 的调制因子不要求满足正交条件；将联合导频调制因子初步分配方案通过回程链路发送给基站和各对应的V2V-Rx；
S3基站和各V2V-Rx依据中央控制单元返回的蜂窝用户和V2V-Tx的导频调制因子分配方案，对同一恒模序列进行频域调制生成对应用户的导频信号，并将生成的导频分配给相应的蜂窝用户和V2V-Tx；
S4蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站利用接收到的导频信号获得蜂窝用户的导频段各OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息，各V2V-Rx利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的导频段各 OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息；
S5利用信道的时域相关特性和各用户的导频段各OFDM符号上的信道估计，具体利用各导频段信道估计值乘以一个数据段与导频段信道之间的时间相关系数，从而使基站获得蜂窝用户的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息，各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息；导频段信道估计和数据段信道预测即为导频复用信道；
S6在蜂窝用户和V2V用户移动过程中，随着蜂窝用户和V2V用户的角度时延域信道统计特性的变化，基站和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的所有用户的角度时延域统计信道信息动态地实施蜂窝用户和V2V-Tx联合导频调制因子分配方案。
适用于C-V2V混合大规模MIMO无线通信系统中基站侧和各V2V-Rx侧天线阵列包含数十个以上的天线单元，各天线单元之间的间距小于载波的波长，当各天线采用全向天线或120 度扇区天线或60度扇区天线时，各天线之间的间距为1/2波长或
Figure BDA0002725655210000031
波长或1个波长；每个天线单元采用单极化或多极化天线；蜂窝用户与基站通信采用时分双工传输模式，采用带循环
角度时延域统计信道信息获取方法为：各用户角度时延域统计信道信息的获取由上行信道探测过程完成；蜂窝用户和各V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送探测信号，各用户的探测信号由同一恒模序列经过频域调制生成：令
Figure BDA0002725655210000032
Figure BDA0002725655210000038
分别表示第l个OFDM符号第n个子载波上第k个蜂窝用户与基站侧之间的信道，第i个 V2V-Tx与基站侧之间的信道，第k个蜂窝用户与第d个V2V-Rx之间的信道，第i个V2V-Tx 与第d个V2V-Rx之间的信道，则相应的空间频率域信道矩阵为：
Figure BDA0002725655210000034
Figure BDA0002725655210000035
Figure BDA0002725655210000036
Figure BDA0002725655210000037
设各空间频率域信道矩阵的统计模型为：
Figure BDA0002725655210000041
Figure BDA0002725655210000042
其中x∈{c,v}，
Figure BDA0002725655210000043
VM和VN为取决于基站侧和各V2V-Rx天线配置方式的固定矩阵(称为空间特征模式矩阵)，
Figure BDA0002725655210000044
和
Figure BDA0002725655210000045
为对应的角度时延域信道矩阵，
Figure BDA0002725655210000046
和
Figure BDA0002725655210000047
为相应用户所特有的信道统计参量构成的矩阵(各元素均为正值)，
Figure BDA0002725655210000048
和
Figure BDA0002725655210000049
的各元素服从独立同分布假设(各元素均值为零，方差为1)，
Figure BDA00027256552100000410
为由Nc维单位DFT矩阵
Figure BDA00027256552100000411
的前Ng列组成的矩阵，⊙表示Hadamard乘积，设
Figure BDA00027256552100000412
在空间特征模式矩阵已知的情况下，
Figure BDA00027256552100000413
和
Figure BDA00027256552100000414
即为所需获得的角度时延域统计信道信息，称为角度时延域信道能量耦合矩阵。
中央控制单元导频调制因子分配步骤如下：基站和各V2V-Rx将所有蜂窝用户和V2V-Tx 的角度时延域统计信道信息通过回程链路交于中央控制单元，中央控制单元综合所有用户到基站和各V2V-Rx的角度时延域统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得导频调制因子分配结果，并将该结果通过回程链路传达给基站和各 V2V-Rx；假设用户在Q个连续OFDM符号上发送导频信号，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，导频调制模式
Figure BDA00027256552100000415
通过低复杂度的角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得：
首先定义各用户间的导频干扰度为：
Figure BDA00027256552100000416
Figure BDA00027256552100000417
Figure BDA0002725655210000051
Figure BDA0002725655210000052
其中，
Figure BDA0002725655210000053
Figure BDA0002725655210000054
<·>为取模运算，
Figure BDA0002725655210000055
和
Figure BDA0002725655210000056
为等效扩展角度时延域信道耦合矩阵，定义为
Figure BDA0002725655210000057
Figure BDA0002725655210000058
x∈{c,v}，
Figure BDA0002725655210000059
由上述定义，得到两个给定用户集合
Figure BDA00027256552100000510
和
Figure BDA00027256552100000511
之间的信道相关度，定义为：
Figure BDA00027256552100000512
上述定义的信道相关度的值减小时，两集合中的用户之间的导频干扰也随之减小，导频复用下的信道获取准确度更高，当
Figure BDA00027256552100000513
为零时，意味着用户集合
Figure BDA00027256552100000514
中的蜂窝用户和V2V-Tx 用户和
Figure BDA00027256552100000515
中的蜂窝用户和V2V-Tx用户之间的干扰消失。
导频调制因子分配算法的具体实施步骤为：将Q个连续OFDM符号作为导频段，其可用调制因子0,1,...,QNc-1被分成Q组，组编号取决于其调制因子对Q取余后的数值，将蜂窝用户和V2V-Tx也分为Q个组，并令用户组编号与可用调制因子组编号一一对应形成[用户编号，调制因子]的结构进行讨论，每组用户的调制因子从与其对应的可用调制因子组里选择，不同组的用户之间无导频干扰，即导频调制因子分配算法只需分别在各组内实施；
1)初始化：色未分配导频调制因子的一组用户集合为
Figure BDA00027256552100000516
(
Figure BDA00027256552100000517
和
Figure BDA00027256552100000518
分别表示未分配的蜂窝用户集合和V2V-Tx集合，该组对应可用导频调制因子的集合为Φ，该组已分配导频的用户集合为
Figure BDA00027256552100000519
2)分配导频调制因子φ1给该组第1个用户u1；
3)更新数据：
Figure BDA00027256552100000520
其中“A\B”表示集合A中去除集合B中的元素；
4)判断
Figure BDA0002725655210000061
是否为空集，若是，则结束该组分配；若否，则执行下一步骤5)；
5)在该组调制因子中，判断是否能找到一个φi使得当前待分配用户ui与已分配用户集合
Figure BDA00027256552100000620
满足
Figure BDA0002725655210000063
其中γ为预先设定好的一个门限值，其值增大可降低算法的实现复杂度，但可能会对信道获取的准确性造成一定损害；若是，则执行步骤7)；若否，则执行步骤6)。
6)在该组调制因子中找到使{ui}和
Figure BDA0002725655210000064
信道相关度最小的调制因子φi，即φi满足
Figure BDA0002725655210000065
7)更新数据：
Figure BDA00027256552100000621
8)判断
Figure BDA0002725655210000067
是否为空集：若是，则结束该组分配；若否，则执行步骤5)。
导频段信道估计方法具体如下：
基站和各V2V-Rx根据中央控制单元反馈的各用户的导频调制因子分配结果生成相应的导频，并分配给蜂窝用户和V2V-Tx，在信道训练阶段，蜂窝用户和V2V-Tx发送各自分配到的导频信号，假设用户在开始于第
Figure BDA00027256552100000619
个符号的连续Q个OFDM符号上发送导频信号，由于实际中Q较小，因而可以假定信道在导频段中近似不变；定义第i个用户发送的频域导频矩阵为：
Figure BDA0002725655210000068
其中U为任意Q×Q维酉矩阵，σt为导频信号发送功率，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，
Figure BDA0002725655210000069
为Kronecker乘积，
Figure BDA00027256552100000610
为向下取整，
Figure BDA00027256552100000611
为
Figure BDA00027256552100000612
的第
Figure BDA00027256552100000613
列，X为任意一满足
Figure BDA00027256552100000614
的对角矩阵。则基站和第d个V2V-Rx的接收信号分别表示为：
Figure BDA00027256552100000615
Figure BDA00027256552100000616
其中
Figure BDA00027256552100000617
和
Figure BDA00027256552100000618
为加性白高斯噪声矩阵，其各个元素均值为零，方差为σz；
对于第k个蜂窝用户，基站侧首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下：
Figure BDA0002725655210000071
同样对于第d个V2V-Tx,其对应的通信对接收端第d个V2V-Rx首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下：
Figure BDA0002725655210000072
依据大规模MIMO-OFDM角度时延域信道的解相关特性和统计信道信息，可逐元素对角度时延域信道进行线性MMSE估计，从而降低实现复杂度：令
Figure BDA0002725655210000073
和
Figure BDA0002725655210000074
分别表示基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的角度时延域信道MMSE 估计，则其第i行第j列元素的估计表达式为：
Figure BDA0002725655210000075
Figure BDA0002725655210000076
其中，
Figure BDA0002725655210000077
Figure BDA0002725655210000078
Figure BDA0002725655210000079
Figure BDA00027256552100000710
Figure BDA00027256552100000711
对于任一角度时延域信道耦合矩阵Ω和任意整数Z，[ΩZ]i,j的计算公式为：
Figure BDA00027256552100000712
根据角度时延域信道的MMSE估计值，可得到基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的空间频率域信道估计值分别如下：
Figure BDA0002725655210000081
第k个蜂窝用户在基站侧和第d个V2V-Tx在对应V2V-Rx处的信道估计误差空间相关阵分别为：
Figure BDA0002725655210000082
其中
Figure BDA0002725655210000083
和
Figure BDA0002725655210000084
的第i个元素的计算公式分别为：
Figure BDA0002725655210000085
Figure BDA0002725655210000086
acb，bcb，avv，avv的表达式分别为(13)-(16)。
导频调制因子的动态调整具体方法为：在蜂窝用户和V2V通信对用户移动过程中，随着基站和各V2V-Rx与所有用户间角度时延域信道的长时统计特性
Figure BDA0002725655210000087
的变化，基站侧和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的所有用户统计信道信息动态实施步骤S3中所述导频调制因子分配方案，形成更新后的导频调制因子分配模式，并进而实施步骤S1中所述的基于角度时延域导频复用的信道信息获取方法。长时统计特性的变化与具体的应用场景有关，其典型统计时间窗是短时传输时间窗的数倍或数十倍，相关的信道统计信息的获取也在较大的时间宽度上进行。
角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法依据与已分配导频用户信道相关度的大小为待分配用户分配合适的导频调制因子；对于待分配蜂窝用户k，信道相关度的计算要考虑待分配蜂窝用户k与已分配蜂窝用户k'在基站侧的相互干扰程度，干扰程度利用公式：
Figure BDA0002725655210000091
计算；
待分配蜂窝用户k对已分配V2V-Txd'在同一通信对中V2V-Rx一侧的干扰程度，具体利用公式：
Figure BDA0002725655210000092
计算；
以及已分配V2V-Txd'在基站侧对该待分配蜂窝用户k的干扰程度，具体利用公式：
Figure BDA0002725655210000093
计算；
对于待分配V2V-Txd，信道相关度的计算要考虑待分配V2V-Txd对已分配蜂窝用户k' 在基站侧的干扰程度，具体利用：
Figure BDA0002725655210000094
计算；
已分配蜂窝用户k'和已分配V2V-Txd'对该待分配V2V-Txd在待分配V2V-Txd对应的 2V-Rx一侧的干扰程度，具体通过公式：
Figure BDA0002725655210000095
和
Figure BDA0002725655210000096
计算；
待分配V2V-Txd对已分配V2V-Txd'在其对应V2V-Rx一侧的干扰程度，通过公式：
Figure BDA0002725655210000097
计算；
其中
Figure BDA0002725655210000098
和
Figure BDA0002725655210000099
分别为某用户i的等效扩展角度时延域信道耦合矩阵，
Figure BDA00027256552100000910
<·>为取模运算，⊙为Hadamard乘积。
基站在利用接收到的导频信号对蜂窝用户进行信道估计时，除了要考虑导频复用下不同蜂窝用户之间导频的干扰，还要考虑所有V2V-Tx发送的导频信号对基站的干扰；各V2V-Rx 利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的信道估计时，考虑导频复用模式下所有蜂窝用户与其他通信对中所有V2V-Tx发送的导频信号对当前通信对中V2V-Rx的干扰。
有益效果：
1、利用宽带无线传播信道在角度时延域的稀疏特性，充分挖掘角度时延域的导频资源，将导频复用应用于所有蜂窝用户和V2V-Tx，大幅降低系统的导频开销，进而提升系统的频谱效率和功率效率；
2、角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法复杂度低，并通过相关门限值的设定进一步实现了复杂度和信道估计性能之间的平衡，能很好地应用于实际蜂窝与V2V混合宽带大规模MIMO系统；同时，适用于任意导频段OFDM符号长度，适应性强；
3、在信道获取过程中充分考虑了导频复用下蜂窝用户和V2V-Tx之间以及不同通信对中所有V2V-Tx之间的相互干扰，并对导频调制因子进行自适应的动态分配，提升了信道获取的准确性。
附图说明
图1为本发明C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法流程图。
图2为本发明方法适用的C-V2V宽带大规模MIMO无线通信系统示意图。
图3为本发明角度时延域信息辅助导频调制因子分配算法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明：
如图1和图2所示，本发明实施例公开的一种C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，在蜂窝网络中配置基站、多个蜂窝用户和多对V2V通信对，每个V2V通信对包含一个发送车辆用户(V2V-Tx)和一个接收车辆用户(V2V-Rx)，基站侧配备的天线个数为M，V2V-Rx配备的天线个数为N，蜂窝用户个数为K，V2V通信对个数为D，蜂窝用户和V2V-Tx 均配备单天线,以
Figure BDA0002725655210000101
分别表示蜂窝用户集合、V2V-Tx集合和V2V-Rx集合；
步骤如下：
首先，蜂窝网络中的所有蜂窝用户和所有V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上分别向基站和匹配的V2V-Rx同时发送上行探测信号,基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取每个蜂窝用户和发送车辆用户的角度时延域统计信道信息；
然后，利用所有用户的角度时延域统计信道信息对蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配，并将分配结果通过回程链路反馈给基站和各V2V-Rx；
基站和各V2V-Rx根据反馈的导频调制因子分配结果为蜂窝用户和V2V-Tx分配对应的导频信号，蜂窝用户和V2V-Tx周期性循环发送各自分配的导频给基站和对应的V2V-Rx，基站利用接收到的导频信号实时更新蜂窝用户的导频段信道估计及信道估计误差统计信息； V2V-Rx利用接收到的导频信号更新同一通信对中V2V-Tx的导频段信道估计及信道估计误差统计信息，从而完成上行导频对导频段信道估计的训练；
最后，利用信道的时域相关特性和各用户的导频段信道估计，基站获得蜂窝用户的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息；各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息，导频段信道估计和数据段信道预测即为获取的复用信道。
其中导频段为连续若干个用来发送上行导频的OFDM符号，数据段是剩余若干个用来发送数据的OFDM符号，其特征在于具体步骤如下：
(1)蜂窝网络中的所有蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时向基站以及匹配的V2V-Tx发送上行探测信号，基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx每个用户的角度时延域统计信道信息；
(2)基站和各V2V-Rx将所述角度时延域统计信道信息通过回程链路交予设置在央控制单元，中央控制单元综合利用基站、蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx所有用户的统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法对所有的蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配获得联合导频调制因子分配方案，各蜂窝用户和V2V-Rx的调制因子不要求满足正交条件；将联合导频调制因子初步分配方案通过回程链路发送给基站和各对应的V2V-Rx；
(3)基站和各V2V-Rx依据中央控制单元返回的蜂窝用户和V2V-Tx的导频调制因子分配方案，对同一恒模序列进行频域调制生成对应用户的导频信号，并将生成的导频分配给相应的蜂窝用户和V2V-Tx；
(4)蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站利用接收到的导频信号获得蜂窝用户的导频段各OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息，各V2V-Rx利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的导频段各OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息；
(5)利用信道的时域相关特性和各用户的导频段各OFDM符号上的信道估计，具体利用各导频段信道估计值乘以一个数据段与导频段信道之间的时间相关系数，从而使基站获得蜂窝用户的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息，各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息；导频段信道估计和数据段信道预测即为导频复用信道；
(6)在蜂窝用户和V2V用户移动过程中，随着蜂窝用户和V2V用户的角度时延域信道统计特性的变化，基站和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的所有用户的角度时延域统计信道信息动态地实施蜂窝用户和V2V-Tx联合导频调制因子分配方案。
下面结合具体系统模型对本发明实施例作进一步详细介绍。
1、C-V2V混合宽带大规模MIMO系统配置及通信过程
在C-V2V混合宽带大规模MIMO系统模型中，基站位于小区中心，所有的蜂窝用户和V2V通信对分布在该区域上，基站侧和V2V接收端配置包含数十个以上天线单元的天线阵列，大规模天线阵列可以采用线阵列、圆阵列、板阵列或其它阵列结构。各天线单元可采用全向天线或者扇区天线，当各天线单元采用全向天线、120度扇区天线和60度扇区天线时，各天线之间的间距可配置为1/2波长、
Figure BDA0002725655210000121
波长和1个波长。各天线单元可采用单极化或多极化天线。用户与基站通信采用时分双工传输模式，采用带循环前缀的正交频分复用(OFDM) 调制技术，子载波个数为Nc，循环前缀长度为Ng。设基站侧配备的天线个数为M，V2V-Rx 配备的天线个数为N，蜂窝用户个数为K，V2V通信对个数为D，蜂窝用户和V2V-Tx均配备单天线。以
Figure BDA0002725655210000122
分别表示蜂窝用户集合、V2V-Tx集合和V2V-Rx集合。
此种情况下，C-V2V混合宽带大规模MIMO通信过程包含以下四个步骤：
i.信道探测：基站端和各V2V-Rx依据接收到的探测信号获取各用户的角度时延域统计信道信息。
ii.导频分配：基站和各V2V-Rx端通过回程链路将所有用户的角度时延域统计信道信息交予中央控制单元。中央控制单元利用该统计信道信息，根据角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法对蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配，并将分配结果通过回程链路反馈给基站和各V2V-Rx。
iii.信道训练：基站和各V2V-Rx根据中央控制单元反馈的导频调制因子分配结果为蜂窝用户和 V2V-Tx分配对应的导频信号。蜂窝用户和V2V-Tx周期性地发送各自分配的导频给基站和对应的V2V-Rx。基站利用接收到的导频信号获得蜂窝用户的导频段信道估计及信道估计误差统计信息；V2V-Rx利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的导频段信道估计及信道估计误差统计信息。
iv.信道预测：利用信道的时域相关特性和各用户的导频段信道估计，基站获得蜂窝用户的数据段信道预测及信道预测误差统计信息；各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的数据段信道预测及信道预测误差统计信息
2、角度时延域统计信道信息获取
各用户角度时延域统计信道信息的获取由上行信道探测过程完成。蜂窝用户和各V2V-Tx 在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送探测信号，各用户的探测信号由同一恒模序列经过频域调制生成。令
Figure BDA0002725655210000123
分别表示第l个OFDM符号第n个子载波上第k个蜂窝用户与基站侧之间的信道，第i个V2V-Tx与基站侧之间的信道，第k个蜂窝用户与第d个V2V-Rx之间的信道，第i个V2V-Tx与第d个V2V-Rx之间的信道，则相应的空间频率域信道矩阵为
Figure BDA0002725655210000131
Figure BDA0002725655210000132
Figure BDA0002725655210000133
Figure BDA0002725655210000134
设各空间频率域信道矩阵的统计模型为
Figure BDA0002725655210000135
Figure BDA0002725655210000136
其中x∈{c,v}，
Figure BDA0002725655210000137
VM和VN为取决于基站侧和各V2V-Rx天线配置方式的固定矩阵(称为空间特征模式矩阵)，
Figure BDA0002725655210000138
和
Figure BDA0002725655210000139
为对应的角度时延域信道矩阵，
Figure BDA00027256552100001310
和
Figure BDA00027256552100001311
为相应用户所特有的信道统计参量构成的矩阵(各元素均为正值)，
Figure BDA00027256552100001312
和
Figure BDA00027256552100001313
的各元素服从独立同分布假设(各元素均值为零，方差为1)，
Figure BDA00027256552100001314
为由Nc维单位DFT矩阵
Figure BDA00027256552100001315
的前Ng列组成的矩阵，⊙表示Hadamard乘积。设
Figure BDA00027256552100001316
在空间特征模式矩阵已知的情况下，
Figure BDA00027256552100001317
和
Figure BDA00027256552100001318
即为所需获得的角度时延域统计信道信息，称为角度时延域信道能量耦合矩阵。
3、中央控制单元导频调制因子分配
图2为C-V2V混合宽带大规模MIMO无线通信示意图，系统中基站和多个V2V-Rx通过回程链路连接到中央控制单元(负责协调蜂窝用户和V2V用户)。以该系统模型为例，基站和各V2V-Rx将所有蜂窝用户和V2V-Tx的角度时延域统计信道信息通过回程链路交于中央控制单元。中央控制单元综合所有用户到基站和各V2V-Rx的角度时延域统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得导频调制因子分配结果，并将该结果通过回程链路传达给基站和各V2V-Rx。
假设用户在Q个连续OFDM符号上发送导频信号，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，导频调制模式
Figure BDA00027256552100001319
可以通过低复杂度的角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得。首先定义各用户间的导频干扰度为
Figure BDA0002725655210000141
Figure BDA0002725655210000142
Figure BDA0002725655210000143
Figure BDA0002725655210000144
其中，
Figure BDA0002725655210000145
<·>为取模运算，
Figure BDA0002725655210000146
和
Figure BDA0002725655210000147
为等效扩展角度时延域信道耦合矩阵，定义为
Figure BDA0002725655210000148
Figure BDA0002725655210000149
x∈{c,v}，
Figure BDA00027256552100001410
由上述定义，得到两个给定用户集合
Figure BDA00027256552100001411
和
Figure BDA00027256552100001417
之间的信道相关度，定义为
Figure BDA00027256552100001413
上述定义的信道相关度的值减小时，两集合中的用户之间的导频干扰也随之减小，导频复用下的信道获取准确度更高。当
Figure BDA00027256552100001414
为零时，意味着用户集合
Figure BDA00027256552100001415
中的用户(包括蜂窝用户和V2V-Tx)和
Figure BDA00027256552100001416
中的用户(包括蜂窝用户和V2V-Tx)之间的干扰消失。
在角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法中，依据给定的准则，如信道估计均方误差最小准则，通过信道相关度的计算为所有蜂窝用户和V2V-Tx实施联合导频调制因子分配。使用式(46)中构造的相移可调导频时，对于Q个连续OFDM符号作为导频段的情形，其可用调制因子0,1,...,QNc-1被分成Q组，组编号取决于其调制因子对Q取余后的数值，导频干扰仅存在于调制因子在同一组内的用户之间。将所有用户(包含蜂窝用户和V2V-Tx) 分为Q组，并与Q组可用调制因子一一对应，这样不同组的用户之间无导频干扰，即导频调制因子分配算法只需分别在各组内实施。每组内的导频调制因子分配算法流程图如图3所示，具体描述如下：
1)初始化：未分配导频调制因子的一组用户集合为
Figure BDA0002725655210000151
(
Figure BDA0002725655210000152
和
Figure BDA0002725655210000153
分别表示未分配的蜂窝用户集合和V2V-Tx集合)，该组对应可用导频调制因子的集合为Φ，该组已分配导频的用户集合为
Figure BDA0002725655210000154
2)分配导频调制因子φ1给该组第1个用户u1。
3)更新数据：
Figure BDA00027256552100001522
其中“A\B”表示集合A中去除集合B中的元素。
4)判断
Figure BDA0002725655210000156
是否为空集：是，则结束该组分配；否，则执行步骤5)。
5)在该组调制因子中，是否能找到一个φi使得当前待分配用户ui与已分配用户集合
Figure BDA00027256552100001521
满足
Figure BDA0002725655210000158
(γ为预先设定好的一个门限值，其值增大可降低算法的实现复杂度，但可能会对信道获取的准确性造成一定损害)； 是，则执行步骤7)；否，则执行步骤6)。
6)在该组调制因子中找到使{ui}和
Figure BDA0002725655210000159
信道相关度最小的调制因子φi，即φi满足
Figure BDA00027256552100001510
7)更新数据：φui＝φi，
Figure BDA00027256552100001511
8)判断
Figure BDA00027256552100001512
是否为空集：是，则结束该组分配；否，则执行步骤5)。
4、导频段信道估计
基站和各V2V-Rx根据中央控制单元反馈的各用户的导频调制因子分配结果生成相应的导频，并分配给蜂窝用户和V2V-Tx。在信道训练阶段，蜂窝用户和V2V-Tx发送各自分配到的导频信号。假设用户在开始于第
Figure BDA00027256552100001520
个符号的连续Q个OFDM符号上发送导频信号，由于实际中Q较小，因而可以假定信道在导频段中近似不变。定义第i个用户发送的频域导频矩阵为
Figure BDA00027256552100001513
其中U为任意Q×Q维酉矩阵，σt为导频信号发送功率，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，
Figure BDA00027256552100001514
为Kronecker乘积，
Figure BDA00027256552100001515
为向下取整，
Figure BDA00027256552100001516
为
Figure BDA00027256552100001517
的第
Figure BDA00027256552100001518
列，X为任意一满足
Figure BDA00027256552100001519
的对角矩阵。则基站和第d个V2V-Rx的接收信号分别表示为
Figure BDA0002725655210000161
Figure BDA0002725655210000162
其中
Figure BDA0002725655210000163
和
Figure BDA0002725655210000164
为加性白高斯噪声矩阵，其各个元素均值为零，方差为σz。
对于第k个蜂窝用户，基站侧首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下
Figure BDA0002725655210000165
同样对于第d个V2V-Tx,其对应的通信对接收端第d个V2V-Rx首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下
Figure BDA0002725655210000166
依据大规模MIMO-OFDM角度时延域信道的解相关特性和统计信道信息，可逐元素对角度时延域信道进行线性MMSE估计，从而降低实现复杂度。令
Figure BDA0002725655210000167
和
Figure BDA0002725655210000168
分别表示基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的角度时延域信道MMSE估计，则其第i行第j列元素的估计表达式为
Figure BDA0002725655210000169
Figure BDA00027256552100001610
其中，
Figure BDA00027256552100001611
Figure BDA00027256552100001612
Figure BDA0002725655210000171
Figure BDA0002725655210000172
Figure BDA0002725655210000173
对于任一角度时延域信道耦合矩阵Ω和任意整数Z，[ΩZ]i,j的计算公式为
Figure BDA0002725655210000174
根据角度时延域信道的MMSE估计值，可得到基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的空间频率域信道估计值分别如下
Figure BDA0002725655210000175
第k个蜂窝用户在基站侧和第d个V2V-Tx在对应V2V-Rx处的信道估计误差空间相关阵分别为
Figure BDA0002725655210000176
其中
Figure BDA0002725655210000177
和
Figure BDA0002725655210000178
的第i个元素的计算公式分别为
Figure BDA0002725655210000179
Figure BDA00027256552100001710
acb，bcb，avv，avv的表达式见式(53)-(56)。
5、数据段信道预测
在导频段(第
Figure BDA00027256552100001712
个OFDM信号到第
Figure BDA00027256552100001713
个OFDM信号)信道估计中，已获得基站对第k个蜂窝用户的空间频率域信道估计值
Figure BDA00027256552100001711
和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的空间频率域信道估计值
Figure BDA0002725655210000181
基站和V2V-Rx利用信道的时域相关特性和所获得的导频段信道估计值可进行数据段信道预测。假设基站侧得到的第k个蜂窝用户的信道最大多普勒频偏和第d个 V2V-Tx得到的对应V2V-Rx的信道最大多普勒频偏分别为
Figure BDA0002725655210000182
和
Figure BDA0002725655210000183
则基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx在当前数据段第
Figure BDA00027256552100001811
个OFDM符号上的空间频率域信道预测值可按下式进行计算：
Figure BDA0002725655210000184
其中J0(x)是变量为x的第一类零阶贝塞尔函数，Tsym为系统OFDM符号长度。相应的信道估计误差空间相关阵可按下式计算：
Figure BDA0002725655210000185
其中
Figure BDA0002725655210000186
和
Figure BDA0002725655210000187
的第i个元素的计算公式分别为
Figure BDA0002725655210000188
Figure BDA0002725655210000189
acb，bcb，avv，avv的表达式见式(53)-(56)。
6、导频调制因子的动态调整
在蜂窝用户和V2V通信对用户移动过程中，随着基站和各V2V-Rx与所有用户间角度时延域信道的长时统计特性
Figure BDA00027256552100001810
的变化，基站侧和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元。中央控制单元根据更新后的所有用户统计信道信息动态实施3中所述导频调制因子分配方案，形成更新后的导频调制因子分配模式，并进而实施1中所述的基于角度时延域导频复用的信道信息获取方法。长时统计特性的变化与具体的应用场景有关，其典型统计时间窗是短时传输时间窗的数倍或数十倍，相关的信道统计信息的获取也在较大的时间宽度上进行。

Claims (10)

1.一种C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于：在蜂窝网络中配置基站、多个蜂窝用户和多对V2V通信对，每个V2V通信对包含一个V2V-Tx和一个V2V-Rx，基站侧配备的天线个数为M，V2V-Rx配备的天线个数为N，蜂窝用户个数为K，V2V通信对个数为D，蜂窝用户和V2V-Tx均配备单天线,以
Figure FDA0003183321500000011
Figure FDA0003183321500000012
分别表示蜂窝用户集合、V2V-Tx集合和V2V-Rx集合；
首先，蜂窝网络中的所有蜂窝用户和所有V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上分别向基站和匹配的V2V-Rx同时发送上行探测信号,基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取每个蜂窝用户和发送车辆用户的角度时延域统计信道信息；
然后，利用所有用户的角度时延域统计信道信息对蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配，并将分配结果通过回程链路反馈给基站和各V2V-Rx；
基站和各V2V-Rx根据反馈的导频调制因子分配结果为蜂窝用户和V2V-Tx分配对应的导频信号，蜂窝用户和V2V-Tx周期性循环发送各自分配的导频给基站和对应的V2V-Rx，基站利用接收到的导频信号实时更新蜂窝用户的导频段信道估计及信道估计误差统计信息；V2V-Rx利用接收到的导频信号更新同一通信对中V2V-Tx的导频段信道估计及信道估计误差统计信息，从而完成上行导频对导频段信道估计的训练；
最后，利用信道的时域相关特性和各用户的导频段信道估计，基站获得蜂窝用户的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息；各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的实时数据段信道预测及信道预测误差统计信息，导频段信道估计和数据段信道预测即为获取的复用信道。
2.根据权利要求1所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其中导频段为连续若干个用来发送上行导频的OFDM符号，数据段是剩余若干个用来发送数据的OFDM符号，其特征在于具体步骤如下：
S1蜂窝网络中的所有蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时向基站以及匹配的V2V-Tx发送上行探测信号，基站和各V2V-Rx根据接收到的探测信号获取蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx每个用户的角度时延域统计信道信息；
S2基站和各V2V-Rx将所述角度时延域统计信道信息通过回程链路交予设置在机房中的中央控制单元，中央控制单元综合利用基站、蜂窝用户、V2V-Tx和V2V-Rx所有用户的统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法对所有的蜂窝用户和V2V-Tx进行联合导频调制因子分配获得联合导频调制因子分配方案，各蜂窝用户和V2V-Rx的调制因子不要求满足正交条件；将联合导频调制因子初步分配方案通过回程链路发送给基站和各对应的V2V-Rx；
S3基站和各V2V-Rx依据中央控制单元返回的蜂窝用户和V2V-Tx的导频调制因子分配方案，对同一恒模序列进行频域调制生成对应用户的导频信号，并将生成的导频分配给相应的蜂窝用户和V2V-Tx；
S4蜂窝用户和V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送上行导频信号，基站利用接收到的导频信号获得蜂窝用户的导频段各OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息，各V2V-Rx利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的导频段各OFDM符号上的信道估计及信道估计误差统计信息；
S5利用信道的时域相关特性和各用户的导频段各OFDM符号上的信道估计，具体利用各导频段信道估计值乘以一个数据段与导频段信道之间的时间相关系数，从而使基站获得蜂窝用户的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息，各V2V-Rx获得同一通信对中V2V-Tx的数据段各OFDM符号上的信道预测及信道预测误差统计信息；导频段信道估计和数据段信道预测即为导频复用信道；
S6在蜂窝用户和V2V用户移动过程中，随着蜂窝用户和V2V用户的角度时延域信道统计特性的变化，基站和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的所有用户的角度时延域统计信道信息动态地实施蜂窝用户和V2V-Tx联合导频调制因子分配方案。
3.根据权利要求1或2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于：适用于C-V2V混合大规模MIMO无线通信系统中基站侧和各V2V-Rx侧天线阵列包含数十个以上的天线单元，各天线单元之间的间距小于载波的波长，当各天线采用全向天线或120度扇区天线或60度扇区天线时，各天线之间的间距为1/2波长或
Figure FDA0003183321500000021
波长或1个波长；每个天线单元采用单极化或多极化天线；蜂窝用户与基站通信采用时分双工传输模式，采用带循环前缀的正交频分复用调制方法，子载波个数为Nc，循环前缀长度为Ng。
4.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于角度时延域统计信道信息获取方法为：
各用户角度时延域统计信道信息的获取由上行信道探测过程完成；蜂窝用户和各V2V-Tx在一个或多个连续OFDM符号的多个子载波上同时发送探测信号，各用户的探测信号由同一恒模序列经过频域调制生成：令
Figure FDA0003183321500000022
分别表示第l个OFDM符号第n个子载波上第k个蜂窝用户与基站侧之间的信道，第i个V2V-Tx与基站侧之间的信道，第k个蜂窝用户与第d个V2V-Rx之间的信道，第i个V2V-Tx与第d个V2V-Rx之间的信道，则相应的空间频率域信道矩阵为：
Figure FDA0003183321500000031
Figure FDA0003183321500000032
Figure FDA0003183321500000033
Figure FDA0003183321500000034
设各空间频率域信道矩阵的统计模型为：
Figure FDA0003183321500000035
Figure FDA0003183321500000036
其中x∈{c,v}，
Figure FDA0003183321500000037
VM和VN为取决于基站侧和各V2V-Rx天线配置方式的固定矩阵(称为空间特征模式矩阵)，
Figure FDA0003183321500000038
和
Figure FDA0003183321500000039
为对应的角度时延域信道矩阵，
Figure FDA00031833215000000310
和
Figure FDA00031833215000000311
为相应用户所特有的信道统计参量构成的矩阵，矩阵各元素均为正值，
Figure FDA00031833215000000312
和
Figure FDA00031833215000000322
的各元素服从独立同分布假设，即各元素均值为零，方差为1，
Figure FDA00031833215000000314
为由Nc维单位DFT矩阵
Figure FDA00031833215000000315
的前Ng列组成的矩阵，⊙表示Hadamard乘积，设
Figure FDA00031833215000000316
在空间特征模式矩阵已知的情况下，
Figure FDA00031833215000000317
和
Figure FDA00031833215000000321
即为所需获得的角度时延域统计信道信息，称为角度时延域信道能量耦合矩阵。
5.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于中央控制单元导频调制因子分配步骤如下：
基站和各V2V-Rx将所有蜂窝用户和V2V-Tx的角度时延域统计信道信息通过回程链路交于中央控制单元，中央控制单元综合所有用户到基站和各V2V-Rx的角度时延域统计信道信息，通过角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得导频调制因子分配结果，并将该结果通过回程链路传达给基站和各V2V-Rx；
假设用户在Q个连续OFDM符号上发送导频信号，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，导频调制模式
Figure FDA00031833215000000319
通过低复杂度的角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法获得：
首先定义各用户间的导频干扰度为：
Figure FDA00031833215000000320
Figure FDA0003183321500000041
Figure FDA0003183321500000042
Figure FDA0003183321500000043
其中，
Figure FDA0003183321500000044
<·>为取模运算，
Figure FDA0003183321500000045
和
Figure FDA0003183321500000046
为等效扩展角度时延域信道耦合矩阵，定义为
Figure FDA0003183321500000047
Figure FDA0003183321500000048
由上述定义，得到两个给定用户集合
Figure FDA0003183321500000049
和
Figure FDA00031833215000000410
之间的信道相关度，定义为：
Figure FDA00031833215000000411
上述定义的信道相关度的值减小时，两集合中的用户之间的导频干扰也随之减小，导频复用下的信道获取准确度更高，当
Figure FDA00031833215000000412
为零时，意味着用户集合
Figure FDA00031833215000000413
中的蜂窝用户和V2V-Tx用户和
Figure FDA00031833215000000414
中的蜂窝用户和V2V-Tx用户之间的干扰消失。
6.根据权利要求5所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于导频调制因子分配算法的具体实施步骤为：将Q个连续OFDM符号作为导频段，其可用调制因子0,1,...,QNc-1被分成Q组，组编号取决于其调制因子对Q取余后的数值，将蜂窝用户和V2V-Tx也分为Q个组，并令用户组编号与可用调制因子组编号一一对应形成[用户编号，调制因子]的结构进行讨论，每组用户的调制因子从与其对应的可用调制因子组里选择，不同组的用户之间无导频干扰，即导频调制因子分配算法只需分别在各组内实施；
1)初始化：色未分配导频调制因子的一组用户集合为
Figure FDA00031833215000000415
,
Figure FDA00031833215000000416
和
Figure FDA00031833215000000417
分别表示未分配的蜂窝用户集合和V2V-Tx集合，该组对应可用导频调制因子的集合为Φ，该组已分配导频的用户集合为
Figure FDA0003183321500000051
2)分配导频调制因子φ1给该组第1个用户u1；
3)更新数据：
Figure FDA0003183321500000052
其中“A\B”表示集合A中去除集合B中的元素；
4)判断
Figure FDA0003183321500000053
是否为空集，若是，则结束该组分配；若否，则执行下一步骤5)；
5)在该组调制因子中，判断是否能找到一个φi使得当前待分配用户ui与已分配用户集合
Figure FDA0003183321500000054
满足
Figure FDA0003183321500000055
其中γ为预先设定好的一个门限值，其值增大可降低算法的实现复杂度，但可能会对信道获取的准确性造成一定损害；若是，则执行步骤7)；若否，则执行步骤6)；
6)在该组调制因子中找到使{ui}和
Figure FDA0003183321500000056
信道相关度最小的调制因子φi，即φi满足
Figure FDA0003183321500000057
7)更新数据：
Figure FDA0003183321500000058
8)判断
Figure FDA0003183321500000059
是否为空集：若是，则结束该组分配；若否，则执行步骤5)。
7.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于导频段信道估计方法具体如下：
基站和各V2V-Rx根据中央控制单元反馈的各用户的导频调制因子分配结果生成相应的导频，并分配给蜂窝用户和V2V-Tx，在信道训练阶段，蜂窝用户和V2V-Tx发送各自分配到的导频信号，假设用户在开始于第
Figure FDA00031833215000000518
个符号的连续Q个OFDM符号上发送导频信号，由于实际中Q较小，因而可以假定信道在导频段中近似不变；定义第i个用户发送的频域导频矩阵为：
Figure FDA00031833215000000510
其中U为任意Q×Q维酉矩阵，σt为导频信号发送功率，φi＝0,1,...,QNc-1为第i个用户的导频调制因子，
Figure FDA00031833215000000511
为Kronecker乘积，
Figure FDA00031833215000000512
为向下取整，
Figure FDA00031833215000000513
为
Figure FDA00031833215000000514
的第
Figure FDA00031833215000000515
列，X为任意一满足
Figure FDA00031833215000000516
的对角矩阵；则基站和第d个V2V-Rx的接收信号分别表示为：
Figure FDA00031833215000000517
Figure FDA0003183321500000061
其中
Figure FDA0003183321500000062
和
Figure FDA0003183321500000063
为加性白高斯噪声矩阵，其各个元素均值为零，方差为σz；
对于第k个蜂窝用户，基站侧首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下：
Figure FDA0003183321500000064
同样对于第d个V2V-Tx,其对应的通信对接收端第d个V2V-Rx首先获得其角度时延域信道的最小二乘估计如下：
Figure FDA0003183321500000065
依据大规模MIMO-OFDM角度时延域信道的解相关特性和统计信道信息，可逐元素对角度时延域信道进行线性MMSE估计，从而降低实现复杂度：令
Figure FDA0003183321500000066
和
Figure FDA0003183321500000067
分别表示基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的角度时延域信道MMSE估计，则其第i行第j列元素的估计表达式为：
Figure FDA0003183321500000068
Figure FDA0003183321500000069
其中，
Figure FDA00031833215000000610
Figure FDA00031833215000000611
Figure FDA00031833215000000612
Figure FDA00031833215000000613
Figure FDA0003183321500000071
对于任一角度时延域信道耦合矩阵Ω和任意整数Z，[ΩZ]i,j的计算公式为：
Figure FDA0003183321500000072
根据角度时延域信道的MMSE估计值，可得到基站对第k个蜂窝用户和第d个V2V-Rx对同一通信对中V2V-Tx的空间频率域信道估计值分别如下：
Figure FDA0003183321500000073
第k个蜂窝用户在基站侧和第d个V2V-Tx在对应V2V-Rx处的信道估计误差空间相关阵分别为：
Figure FDA0003183321500000074
其中
Figure FDA00031833215000000710
和
Figure FDA0003183321500000076
的第i个元素的计算公式分别为：
Figure FDA0003183321500000077
Figure FDA0003183321500000078
acb，bcb，avv，avv的表达式分别为(13)-(16)。
8.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于导频调制因子的动态调整具体方法为：
在蜂窝用户和V2V通信对用户移动过程中，随着基站和各V2V-Rx与所有用户间角度时延域信道的长时统计特性
Figure FDA0003183321500000079
的变化，基站侧和各V2V-Rx周期性获得更新后的角度时延域统计信道信息，并将该统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的所有用户统计信道信息动态实施步骤S3中所述导频调制因子分配方案，形成更新后的导频调制因子分配模式，并进而实施S1中的基于角度时延域导频复用的信道信息获取方法，长时统计特性的变化与具体的应用场景有关，其典型统计时间窗是短时传输时间窗的数倍或数十倍，相关的信道统计信息的获取也在较大的时间宽度上进行。
9.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于：角度时延域统计信道信息辅助导频调制因子分配算法依据与已分配导频用户信道相关度的大小为待分配用户分配合适的导频调制因子；对于待分配蜂窝用户k，信道相关度的计算要考虑待分配蜂窝用户k与已分配蜂窝用户k'在基站侧的相互干扰程度，干扰程度利用公式：
Figure FDA0003183321500000081
计算；
待分配蜂窝用户k对已分配V2V-Txd'在同一通信对中V2V-Rx一侧的干扰程度，具体利用公式：
Figure FDA0003183321500000082
计算；
以及已分配V2V-Txd'在基站侧对该待分配蜂窝用户k的干扰程度，具体利用公式：
Figure FDA0003183321500000083
计算；
对于待分配V2V-Txd，信道相关度的计算要考虑待分配V2V-Txd对已分配蜂窝用户k'在基站侧的干扰程度，具体利用：
Figure FDA0003183321500000084
计算；
已分配蜂窝用户k'和已分配V2V-Txd'对该待分配V2V-Txd在待分配V2V-Txd对应的2V-Rx一侧的干扰程度，具体通过公式：
Figure FDA0003183321500000085
和
Figure FDA0003183321500000086
计算；
待分配V2V-Txd对已分配V2V-Txd'在其对应V2V-Rx一侧的干扰程度，通过公式：
Figure FDA0003183321500000087
计算；
其中
Figure FDA0003183321500000088
和
Figure FDA0003183321500000089
分别为某用户i的等效扩展角度时延域信道耦合矩阵，
Figure FDA00031833215000000810
<·>为取模运算，⊙为Hadamard乘积。
10.根据权利要求2所述的C-V2V宽带大规模MIMO导频复用信道获取方法，其特征在于：基站在利用接收到的导频信号对蜂窝用户进行信道估计时，除了要考虑导频复用下不同蜂窝用户之间导频的干扰，还要考虑所有V2V-Tx发送的导频信号对基站的干扰；各V2V-Rx利用接收到的导频信号获得同一通信对中V2V-Tx的信道估计时，考虑导频复用模式下所有蜂窝用户与其他通信对中所有V2V-Tx发送的导频信号对当前通信对中V2V-Rx的干扰。
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