[发明专利]一种时分双工大规模MIMO系统的联合动态导频和数据功率分配方法

说明书

一种时分双工大规模MIMO系统的联合动态导频和数据功率分配方法属于时分双工大规模MIMO技术领域，以自适应地减轻导频污染并平衡相互干扰。由于导频之前即时信道状态信息的未知，我们利用时间相关信道的高斯‑马尔可夫过程，并使用卡尔曼滤波器不仅滤除导频污染，而且提供先验估计值。随后，导出速率的确定性近似作为先验信道估计和先验估计误差的函数，并且因此制定了实现最大‑最小化的速率最大化。为了解决在导频功率和数据功率以及用户之间耦合的这种优化，我们给出了由两个子问题组成的迭代交替率最优算法，这两个问题通过引入连续凸近似(SCA)方法和松弛变量。仿真数值结果证实了该方案提供的改进率。

技术领域

本发明属于时分双工大规模MIMO技术领域，为了缓解导频污染和数据干扰对用户传输性能的影响，给出了用户导频功率和数据功率的联合动态优化方法，并分解为两个子问题组成的迭代交替最优算法，分别通过引入连续凸近似(SCA)方法和松弛变量得以解决。

背景技术

大规模MIMO被广泛认为是无线通信的关键技术，它通过使用数百甚至更多的天线提供高频谱效率和高能量效率。目前的很多研究工作都是针对时分双工模式下的大规模MIMO展开的，其估计上行链路上的信道响应，基于信道互易性可用于上行链路接收组合和下行链路发射预编码。因此，不需要反馈，而且还需要较少的训练开销，使得导频序列的所需长度与活动用户的数量成比例，而不是频分双工模式中的基站天线的数量。然而，在具有高复用的多小区时分双工大规模MIMO系统中，由相邻小区中的非正交上行导频信号导致的导频污染导致不完善的信道估计成为高系统性能的主要限制因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种时分双工大规模MIMO系统的联合动态导频和数据功率分配方案，通过联合动态分配导频功率和数据功率，以自适应地减轻导频污染并平衡相互干扰，提高上行链路的数据传输速率，同时提高系统的SINR性能。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方法：

提供一种时分双工大规模MIMO系统的联合动态导频和数据功率分配方案，包括以下步骤：

步骤1、大规模MIMO系统和信道模型

考虑由L个小区组成的多蜂窝大规模MIMO系统，其中每个配备有大量天线N的BS服务K个单天线用户。所有的BS和用户完全同步并且操作具有通用频率重用的TDD协议，其中每个小区内的用户的上行链路导频是相互正交的并且从一个小区重用到另一个小区。s_k＝[s_k1,s_k2,…,s_kτ]是长度为t的导频序列，其中tK，k＝1,…,K满足和k≠k′，因此，在第t个时隙时，基站j，j＝1,…,L接收到的信号矩阵为可写为下式：

其中，是第t个时隙小区l，l＝1,…,L的用户k到基站j的信道；是用户k_l的发射功率，N₀是加性高斯白噪声向量，相互独立且服从分布。

步骤2、基于卡尔曼滤波器的信道估计

为了估计在小区j中的用户m,m＝1,…,K的信道的信号,上式被写为：

其中n′_0,t是服从分布的独立同分布变量组成的等效噪声，它直接表明，在信道估计阶段，不存在小区内干扰但是存在不可忽略的小区间导频污染。

步骤3、可实现的上行数据速率

我们对上行链路数据应用线性检测，其中第j个BS通过接收向量和线性匹配滤波器之间的内积来检测用户m_j的信号其中是在上行链路训练阶段估计。因此，在时隙t中的遍历可实现的上行链路速率和相关联的被给出为：