[发明专利]基于空间正交性的大规模MIMO系统导频分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及大规模MIMO系统传输过程领域，特别是涉及一种基于空间正交性的大规模MIMO系统导频分配方法。

背景技术

大规模MIMO（Very Large MIMO或Massive MIMO）以其特有的优点：获得更高倍数的信道容量，更低的能量消耗，十分精准的空间区分度，相对廉价的硬件实现等，获得了无线通信领域的相当关注。随着基站处天线数目的大量增加，传统的信道状态信息（CSI）反馈模式已无法适用，这是因为传统的CSI反馈量是随着天线数线性增长的，当天线数目很大时，反馈所需的时间将会远大于信道相干时间，因此，大规模MIMO应用目前主要考虑TDD系统，利用信道互易性来获得信道状态信息。但是由于导频信号空间的维数总是有限的，所以不可避免的总是存在不同小区的用户采用相同导频同时发射，从而导致基站无法区分，形成所谓的“导频污染”。理论研究表明，当基站不存在协作时，随着基站天线数的无限增加，非相关噪声和快衰落效应都能被平均掉，导频污染带来的干扰成为限制系统性能的主要因素。

在同一时频资源块上的用户，复用同一导频序列进行信道估计时，基站无法从时间域和频率域上区分来自不同用户的信号。研究结果表明，如果两个用户的AOA（到达角，Angle of Arrival）域完全不重叠，那么他们可以共用同一导频序列进行无扰的信道估计，也就是说基站可以从空间域上进行信号的区分。

另一方面，在实际的大规模MIMO系统中，基站获取瞬时信道状态信息的误差很大，而信道的统计特性相对于瞬时信道状态信息变化缓慢，可以认为基站能够获得较为精确的统计信道状态信息。基于如上所述的背景，本发明给出一种在大规模MIMO系统中利用信道空间正交性和统计协方差信息进行用户调度的导频分配方法。

发明内容

本发明提供一种适用于大规模MIMO系统的导频分配方法，利用慢变的信道统计协方差信息，根据不同用户信道之间正交性的强弱，从空间域区分同一时频资源块上的不同用户，以此进行用户调度和导频分配，能够在实现导频复用的同时，有效减小导频污染问题带来的影响，提高系统吞吐量；假定该系统包括L个同步小区，每小区含有一个配置有M根天线的基站和K个单天线用户终端，采用时分双工（TDD）模式；该方法具体包含以下步骤：

步骤一、获取小区l中用户k到小区j中基站信道的统计协方差矩阵信息R_j,k,l,j,l∈{1,…,L},k∈{1,…,K}；

步骤二、根据步骤一所获得的信道统计协方差矩阵信息，获取位于不同小区、同一时频资源块上的两个用户进行导频复用时，速率无损失传输的条件；

步骤三、根据步骤一所获得的信道统计协方差矩阵信息，所有小区的基站对比计算不同用户信道之间的空间正交程度，利用步骤二中的速率无损失传输条件，以最大化系统和速率为准则，采用贪婪用户调度算法，对用户进行调度分组，将所有的用户分为K组；

步骤四、根据步骤三中的分组结果，基站对各组进行导频分配，同一组内的用户分配使用相同的上行导频训练序列，不同用户组之间的用户分配使用相互正交的导频序列。

优选地，步骤一中，小区l中用户k到小区j中基站信道的统计协方差矩阵信息R_j,k,l定义为：g_j,k,l表示小区l中用户k到小区j中基站的窄带多径高斯信道，j,l∈{1,…,L},k∈{1,…,K}；在用户端通过对通信过程内所估计的瞬时信道状态信息进行统计并反馈给基站或者在基站端对所估计的瞬时信道状态信息反馈值进行统计，从而获取信道统计协方差矩阵信息。

优选地，步骤二中，位于不同小区、同一时频资源块上两个用户信道的空间正交性，即小区j中用户k与小区l中用户m之间的空间正交性度量标准定义为：