一种密集节点配置系统中的导频复用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无线通信系统,尤其设及一种使用密集分布式节点布设的多用户 空分多址无线通信系统的导频复用方案。
【背景技术】
[0002] 在频谱资源日益紧缺W及无线数据业务量爆炸式增长的情况下,4G之后的无线通 信系统需要进行新的变革。密集分布式MIM0技术在不增加功率和带宽资源下可W有效地 提升频谱效率,目前该技术已成为下一代移动通信标准的关键技术。密集分布式MIM0的系 统容量取决于信道估计的精度。利用信道的互易性,可W在上行链路通过用户向基站发送 导频进行信道估计,得到下行传输需要的信道状态信息(CSI)。但是,在现实场景中,由于导 频资源受限,使正交导频数不能满足密集用户的需求。当多个用户使用相同的导频,将造成 导频污染。导频污染的存在,使基站得到的CSI不准确,从而容量受到限制。所W,迫切地 需要寻找削弱甚至消除导频污染的方法,并降低系统实现的复杂性。为此,本发明给出一种 密集分布式无线通信技术的导频复用方案。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种合理分配与利用有限的导频资源、支撑密集分布式MIM0 移动通信的技术方法。
[0004] 本发明提供一种密集节点配置系统中的导频复用方法,其特征在于:
[0005] (1)根据接入的用户个数KW及用户的统计信道状态信息,构造用户之间的干扰 矩阵G,其中Gu表示第i个用户扣巧对第j个肥之间的干扰,G的对角线元素设置为0。
[0006] (2)系统预先设计一组正交导频,可用的正交导频数为N,导频序号表示为 1,2,…,N;
[0007] 做设导频分配向量为CC1,. . .Ci, . . .CK],写i=n(n= 1...脚表示第i 个肥使用的是第n个正交导频。如果使用第n个正交导频的肥数为K。,则有
[0008] (4)根据干扰矩阵对用户进行导频分配,导频分配通过如下迭代过程得到:
[0009] 步骤A,初始化导频分配向量,C1= 1(i= 1,...,K),所有用户都使用1号导频; 设U为使用相同导频的肥间最大干扰,初始为足一二,马咒。ntcmp为迭代中的临时正 交导频序号,初始为ntemp= 1。设I' =(C1',...Ci',...C'K)为记录当前迭代过程的 导频分配向量,初始为I' =写。
[0010] 步骤B,进行迭代,
[0011] 对用户依次进行导频分配。当对用户i(i= 1,2, ???,!()分配导频时,遍历导频1 到导频N,如果
同时把当前导频n分配给用户i, 继续执行遍历过程。
[0012] 步骤C,判断导频分配结果。如果I'与C相同,则结束导频分配过程,得到导频 分配结果;否则,令I' =I,继续步骤B。
[0013] 对于上述一种密集节点配置系统中的导频复用方法,一种干扰矩阵G的构造方法 为:
[0014]
[00巧]其中du表示第i个肥和第j个肥之间的距离。
[0016] 本发明采用上述技术方案,具有W下有益效果:
[0017] 1、在保证基站准确估计CSI的情况下,可W提前设计好正交的导频序列,且导频 数可W是固定的,该大大提高了实际系统的统一性与可操作性,同时可W减少系统的导频 开销,提高系统的信息速率;
[0018] 2、在正交导频数给定的情况下,能够简单有效地分配和利用现有的导频资源,减 小用户间的导频污染,提高基站估计CSI的准确性;
[0019] 3、系统是自适应的,在小区内用户数变化,小区内用户位置变化,小区内用户聚集 方式变化时,此发明提供的导频复用方法仍然能够稳定而合理地分配导频,将用户之间的 导频污染最小化,保证系统正常地工作;
[0020] 4、此发明提供的导频复用方法复杂度低,但是可靠性和可行性好,系统总干扰小, 总容量远大于随机导频分配方案;
[0021] 5、此发明提供的导频复用方法兼顾了公平性,保证每个用户所处的导频干扰都最 小化,在用户数和导频数的比例较为合理时,不存在个别用户处在强干扰下不能通信的可 能性。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅表明本发明的一 些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可W根据该些 附图获得其他实施例的附图。
[0023] 图1为本发明实施例提供的导频复用方案与随机分配导频方案的系统容量,随用 户上行功率变化的仿真结果示意图;
[0024] 图2为本发明实施例提供的导频复用方案与随机分配导频方案的系统容量,随正 交导频个数变化的仿真结果示意图;
[00巧]图3为本发明实施例提供的一种导频复用方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的 附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅是本 发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
[0027] 假设小区内共有K个用户,可用的正交导频数为N。
[0028] 按导频将用户分组,每一组的用户复用同一个导频,共分为N(l,2,…,脚组。例 如,第一组的用户用导频1,第i组的用导频i,第N组用导频N。每一组的用户个数用符号 叫,叫,...% (每组用户数不一定相同)表示。
[0029] 接收到的导频信号为:
[0030]
[0031] 表示对接收到的第i组用户的导频信号(即所有用导频i的用户)求和,用户个 数为叫。gu是MNX1的矩阵,代表第i组第j个用户到M个RAUs的信道矩阵
[0032]
[003引其中,AU表示相应的大尺度衰落,hU表示小尺度衰落,nP,康示加性高斯噪声, 方差为丫P。[公式1]的匪SE信道估计可W表示为
[0036] 定义信道估计误差为,
[0040] 表示理想信道矩阵。相应地,定义信道估计得到的矩阵W及信道估计误差矩阵如 下,
[0043] 则理想信道矩阵可W表示为
[0044] G二G + G
[0045] 所W在BPU,利用信道估计得到的信道矩阵,接收信号向量和发射信号之间的关系 可W表示为
[0046] 二换+篇+ W
[0047] 其中y是MNX1的接收信号向量,5 =[坏…词T,Si是第1组用户WX1的发送 信号向量,n是协方差矩阵为e(nn?) = 丫uJ胃的丽XI复加性高斯白噪声。并且,信道估 计干扰加噪声的协方差矩阵可W由下式计算,
[0048]
[0049] 可知系统的上行信道容量的下界可W由下式确定
[0050]
[0051] 由于det(I+A-咕=det(A+B)-det(A),可得
[0052]
[0053] 其中,苗。使用大数定理,可得,
[0054]
[00则定义矩阵马,E股片XK",[马,],一兰助,,W,于是可得[0059]
[0060]
[0061] 定义矩阵Se取KXK,为块对角矩阵
[0062] 己=diag([己I...己。…Sj)
[0063] 可知
[0064]
[0065] 所W可得下界容量的极限值为
[0066]
[0067] 导频复用的具体实施方案,如图3所示;
[0068] 步骤1 ;系统预先设计一组正交导频,可用的正交导频数为N,导频序号表示为 1,2,…,N;
[0069] 设导频分配向量为C= [C1,. . .Ci, . . .CJ,写i=n(n= 1...脚表示第i个 肥使用的是第n个正交导频。如果使用第n个正交导频的肥数为K。,则有
[0070] 步骤2 ;根据接入的用户个数KW及用户的地理位置分布,构造用户之间的干扰矩 阵G,其中Gu表示第i个用户扣巧对第j个肥之间的干扰,G的对角线元素设置为0,
[0071]
[007引其中du表示第i个肥和第j个肥之间的距离。
[0073] 步骤3 ;根据干扰矩阵对用户进行导频分配,导频分配通过如下迭代过程得到:
[0074](1)初始化导频分配向量,Ci= 1(i= 1,. . .,K),所有用户都使用1号导频;设 为使用相同导频的肥间最大干扰,初始为/皿單。nt^为迭代中的临时正交 导频序号,初始为ntemp= 1。设I' =(C1',...Ci',...C'K)为记录当前迭代过程的导 频分配向量,初始为I' =写。
[00巧]似进行迭代
[0076]对用户依次进行导频分配。当对用户i(i= 1,2,…,K)分配导频时,进行导频1 至IJ导频N的遍化如果< /__,那么賢,同时把当前导频n分配给 用户i,继续遍历。
[0077] (3)判断导频分配结果。如果C'与C相同,则结束导频分配过程,得到导频分配 结果;否则,令CC,继续似的迭代过程。
[0078] 当迭代过程结束时,就得到了导频分配结果。该时,进行性能分析,对比系统容量, 参照对象均为随机导频分配方案。变化用户上行功率的容量对比,如图1所示。由图1可 见,本发明的方案在上行功率大于5地m时优于随机导频方案,随着功率的增加,最终有约 32%的增益。变化正交导频数的容量对比,如图2所示。由图2可见,本发明的方案在固定 上行功率而变化导频数时始终优于随机导频方案,最多有约32%的增益。
[0079] 在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的方法,在没有超过本申请的精 神和范围内,可W通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子,不应该作为 限制,所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如,多个单元或组件可W结合或者可 W集成到另一个系统,或一些特征可W忽略,或不执行。
【主权项】
1. 一种密集节点配置系统中的导频复用方法,其特征在于: (1) 根据接入的用户个数K以及用户的统计信道状态信息,构造用户之间的干扰矩阵 G,其中Gii j表示第i个用户(UE)对第j个UE之间的干扰,G的对角线元素设置为O ; (2) 系统预先设计一组正交导频,可用的正交导频数为N,导频序号表示为1,2,…,N ; (3) 设导频分配向量为ξ = [ ξ i,…ξ i,…ξ κ],ξ i= n(n = 1··· N)表示第i个UE 使用的是第η个正交导频。如果使用第η个正交导频的UE数为Kn,则有(4) 根据干扰矩阵对用户进行导频分配,导频分配通过如下迭代过程得到: 步骤Α,初始化导频分配向量,ξ i= I (i = 1,. . .,Κ),所有用户都使用1号导频;设I _ 为使用相同导频的UE间最大干扰,初始为。ntemp为迭代中的临时正交导频 序号,初始为Iitemp= 1。设ξ' = (ξ Λ... ξ/,... ξ'κ)为记录当前迭代过程的导频分 配向量,初始为ξ ' = ξ ; 步骤Β,进行迭代, 对用户依次进行导频分配。当对用户i(i = 1,2, ···,!()分配导频时,遍历导频1到导 频N,如果L,那么L = ,同时把当前导频n分配给用户i,继续 执行遍历过程; 步骤C,判断导频分配结果。如果ξ'与ξ相同,则结束导频分配过程,得到导频分配 结果;否则,令ξ' = ξ,继续步骤Β。2. 根据权利要求1所述的密集节点配置系统中的导频复用方法,所述干扰矩阵G的构 造方法为:其中du表示第i个UE和第j个UE之间的距离。
【专利摘要】本发明提出一种密集节点配置系统中的导频复用方法。由于正交导频数有限,当正交导频数K小于用户数N时,需要进行导频复用。以往的导频复用方案是全随机的复用,这适用于用户均匀随机分布的情况。然而,由于实际系统中用户分布的不均匀性,全随机导频复用可能造成距离很近的用户复用一个导频,导致严重的导频干扰,降低系统的容量。本发明提出的导频复用方法,把用户之间的相互位置关系抽象成干扰矩阵,并且把导频干扰量化,给予干扰较大的用户较大的权重,使他们优先使用正交导频,从而,在系统层面大大降低导频干扰,提高信道状态信息估计的准确性,增大信道容量。本发明具有导频分配复杂度低、可行性高、可扩展性强的优点。
【IPC分类】H04L5/00, H04B7/04
【公开号】CN104901732
【申请号】CN201510173743
【发明人】王东明, 顾何平, 魏浩, 赵真灵, 段晓霞, 尤肖虎
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月13日