本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法。
背景技术：
近年来，大规模天线(massivemimo)是第五代无线通信系统(5thgeneration，5g)的关键技术，与传统的mimo技术相比，具有高传输速率，能量效率和频谱效率等很多优势。但是，massivemimo系统能发挥出众多优势的前提是能够获得信道状态信息(channelstateinformation,csi)。目前，在massivemimo系统中一般采用基于导频的方法进行信道估计，在发送端的信息序列中插入导频序列，接收端通过接收到的导频序列进行信道估计。在理想情况下，massivemimo系统给每个用户分配相互正交的导频序列，但是当相干时间较短时，导频序列的长度和导频集合规模受到限制，通常将相同的导频序列分配给不同的用户，由于用户终端使用相同导频序列，造成基站无法准确识别用户终端，使基站获得的信道估计信息存在误差，对通信系统的性能产生严重影响。导频污染现象不仅严重影响了基站对信道状态信息的准确获取，对系统下行预编码矩阵的工作性能也产生很大影响，还同时在下行数据传输过程中产生小区间干扰问题，显著制约着massivemimo系统阵列天线数目增多带来的增益。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，以解决现有技术所存在的导频污染严重，导致系统性能下降的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，包括：
为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符；
将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组，根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列；
将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；
从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列。
进一步地，所述为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符包括：
采用两类小区分类法，将小区分为两类，为不同类别小区的基站分配1位正交的类别标识符；
其中，同类别小区基站的类别标识符一致。
进一步地，所述将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组包括：
根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组，其中，所述第一小区为任一小区。
进一步地，所述根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组包括：
s21.初始化第j个小区的中心用户组kjc和边缘用户组kje；
s22.确定第j个小区内每个用户与该小区基站间的信道质量sj，其中，信道质量sj表示为：
其中，k表示第j个小区内的用户数目，sjk表示第j个小区内第k个用户与该小区基站间的信道质量，βjjk为第j个小区内第k个用户与该小区基站间的大尺度衰落系数；
s23.判断sjk是否大于预先设定的门限μ，若大于，则将第j个小区内第k个用户加入到中心用户组kjc，并将该sjk从sj中剔除；
s24.从sj中随机挑选2个值作为中心用户组kjc和边缘用户组kje的中心，分别表示为sc和se；
s25.分别计算sj中的sjk到中心sc和se的欧氏距离，并将sjk对应的用户划分到具有最小欧氏距离的组中，直到所有用户都被划分完毕；
s26.重新计算划分完毕后每组的中心sc和se；
s27.重复s25，直到中心用户组kjc和边缘用户组kje中的用户不再改变，或kjc中的中心用户到中心sc的距离与边缘用户组kje中的边缘用户到中心se的距离之和d的变化量小于预设距离阈值；
s28.j＝j 1，返回s21继续执行，直到所有小区完成用户分组。
进一步地，kjc中的中心用户到中心sc的距离与边缘用户组kje中的边缘用户到中心se的距离之和d表示为：
其中，sjm表示第j个小区的中心用户组kjc中的第m个用户与该小区基站间的信道质量，sjn表示第j个小区的边缘用户组kje中的第n个用户与该小区基站间的信道质量。
进一步地，所述根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列包括：
根据每个小区的中心用户数目和边缘用户数目，在同类别的小区内生成多个相互正交的导频序列；
将导频序列分为两组p1和p2，每个小区的中心用户复用p1组的导频序列，边缘用户使用p2组相互正交的导频序列。
进一步地，所述从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列包括：
从基站接收到的导频序列中取出类别标识符作为b，将b与分配给基站的正交类别标识符a作异或运算；
若异或运算结果为第一结果，则是本小区用户发送的导频序列，不滤除；否则，是其他类别小区用户发送的导频序列，滤除。
进一步地，异或运算表示为：
其中，若异或运算结果为0，则是本小区用户发送的导频序列，不滤除；否则，是其他类别小区用户发送的导频序列，滤除。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符；将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组，根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列；将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列。这样，能够在保证边缘用户通信质量的同时，消除不同类别小区的导频污染，提升系统性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的多小区多用户massivemimo系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的两类小区分类示意图；
图4为本发明实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法(指：每个小区复用相同的导频序列)的频谱效率随用户数变化示意图；
图5为本发明实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法的频谱效率随天线数变化示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的导频污染严重，导致系统性能下降的问题，提供一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法。
如图1所示，本发明实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，包括：
s101，为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符；
s102，将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组，根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列；
s103，将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；
s104，从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列。
本发明提供一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符；将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组，根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列；将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列。这样，能够在保证边缘用户通信质量的同时，消除不同类别小区的导频污染，提升系统性能。
本实施例中，图2为提供的多小区多用户massivemimo系统示意图，假设蜂窝网络中一共有l个六边形小区，中间的小区为目标小区，每个小区中有一个具有m(例如，m＝128)根天线的基站，服务k(例如，k＝20)个单天线用户，满足m≥k。对于massivemimo系统来说，上行链路基站通过用户发送的导频序列进行信道估计，并使用信道估计值对下行链路进行预编码。图2中，k代表小区中第k个用户，lthbs、jthbs分别表示第lth、jth个基站，hljk代表第j个小区的k个用户到第l个小区基站的信道。
在前述massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的具体实施方式中，进一步地，所述为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符包括：
采用两类小区分类法，将小区分为两类，为不同类别小区的基站分配1位正交的类别标识符；
其中，同类别小区基站的类别标识符一致。
如图3所示，将小区分为两类，灰色小区为第一类，即l1；白色小区为第二类，即l2；其中，类别的具体含义可以根据实际应用场景进行确定，例如，目标小区和非目标小区；为不同类别小区的基站分配的正交类别标识符为：a＝[0,1]，其中，第1类小区的类别标识符为1，第2类小区的类别标识符为0，以便消除不同类别小区的导频污染。
在前述massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的具体实施方式中，进一步地，所述将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组包括：
根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组，其中，所述第一小区为任一小区。
在前述massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组包括：
s21.初始化第j个小区的中心用户组kjc和边缘用户组kje；
s22.确定第j个小区内每个用户与该小区基站间的信道质量sj，其中，信道质量sj表示为：
其中，k表示第j个小区内的用户数目，sjk表示第j个小区内第k个用户与该小区基站间的信道质量，βjjk为第j个小区内第k个用户与该小区基站间的大尺度衰落系数；
s23.将第j个小区内的sjk从小到大排列，判断sjk是否大于预先设定的门限μ，若大于，则将第j个小区内第k个用户加入到中心用户组kjc，并将该sjk从sj中剔除；
s24.从sj中随机挑选2个值作为中心用户组kjc和边缘用户组kje的中心，分别表示为sc和se；
s25.分别计算sj中的sjk到中心sc和se的欧氏距离，并将sjk对应的用户划分到具有最小欧氏距离的组中，直到所有用户都被划分完毕；
s26.重新计算划分完毕后每组的中心sc和se；
s27.重复s25，直到中心用户组kjc和边缘用户组kje中的用户不再改变，或kjc中的中心用户到中心sc的距离与边缘用户组kje中的边缘用户到中心se的距离之和d的变化量小于预设距离阈值；其中，d表示为：
其中，sjm表示第j个小区的中心用户组kjc中的第m个用户与该小区基站间的信道质量，sjn表示第j个小区的边缘用户组kje中的第n个用户与该小区基站间的信道质量；
s28.j＝j 1，返回s21继续执行，直到所有小区完成用户分组。
本实施例中，所述大尺度衰落系数βjjk可以表示为：
其中，κ≥2为路径损耗，r为小区半径，rjjk表示第j个小区内第k个用户与第j个小区基站间距离，zjjk代表阴影衰落，满足10lg(zljk)～cn(0,σshadow)，z服从对数分布的标准差σshadow，一般取0～8，本实施例中，σshadow＝8。
本实施例中，引入聚类的思想，根据大尺度衰落系数对各小区的用户进行分组，分为中心用户组和边缘用户组。这样，可以根据用户的信道状态动态的改变分组，而不是只根据信道状态最好和信道状态最差两个用户的大尺度衰落系数作为判断依据，具有一定的伸缩性。
在前述massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列包括：
根据每个小区的中心用户数目和边缘用户数目，在同类别的小区内生成多个相互正交的导频序列；
将导频序列分为两组p1和p2，每个小区的中心用户复用p1组的导频序列，边缘用户使用p2组相互正交的导频序列。
本实施例中，经过用户分组后，假设，ai为第i个小区的中心用户数，bi为第i个小区的边缘用户数，以第一类(l1)小区为例，在第一类小区内生成
本实施例中，选择信道条件好的中心用户复用导频，降低了发送导频占用的时隙，有效地提高了系统的频谱效率。
在前述massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法的具体实施方式中，进一步地，所述从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列包括：
从基站接收到的导频序列中取出类别标识符(第一位)作为b，将b与分配给基站的正交类别标识符a作异或运算，表示为：
若异或运算结果为第一结果(0)，则是本小区用户发送的导频序列，不滤除；否则，是其他类别小区用户发送的导频序列，滤除。
综上，本实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，采用两类小区分类法，给不同类别小区的基站分配1位正交的类别标识符，即0和1；引入聚类的思想，根据大尺度衰落系数对各小区的用户进行分组，分为中心用户组和边缘用户组，边缘用户组使用相互正交的导频序列，中心用户组复用同一组导频序列；根据用户分组结果对各用户分配不同的导频序列；将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；当基站接收到导频信号时，从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果区分接收的导频序列是否来本类别小区内用户，滤除来自其他类别小区用户发送的导频序列，这样，在降低导频污染的同时选择信道条件好的中心用户复用导频，降低了发送导频占用的时隙，有效地提高了系统的频谱效率。
如图4所示，图4描述了本实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法的频谱效率随用户数目变化的示意图，该结果是在天线数为128，信噪比为20db的条件下，同条件重复测试2000次得出的。从图4可以看出，本实施例提出的方法在用户数较低的时候与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法的频谱效率相近，随着用户数的增加，本实施例提出的方法的优势会更加明显。这说明本实施例提出的导频分配方法的频谱效率优于将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法。
如图5所示，图5描述了本实施例提供的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法的频谱效率随天线数目变化的示意图，该结果是在用户数为20，信噪比为10db的条件下，同条件重复测试2000次得出的。从图5可以看出，本发明提出的方法在天线数从16到256的取值过程中，与传统方法相比，随着天线数的增多，本实施例提出的方法的优势越来越明显。与将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法相比，当天线数目为256时，频谱效率大约提高4-7bit/s/hz。这说明本实施例提出的方法的频谱效率优于将大尺度衰落系数的最大值最小值的均值作为阈值的用户分组方法和传统方法。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，包括：
为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符；
将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组，根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列；
将小区基站对应的类别标识符添加到小区用户发送的导频序列开头后，向基站发送导频序列；
从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列。
2.根据权利要求1所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，所述为不同类别小区的基站分配正交的类别标识符包括：
采用两类小区分类法，将小区分为两类，为不同类别小区的基站分配1位正交的类别标识符；
其中，同类别小区基站的类别标识符一致。
3.根据权利要求1所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，所述将每个小区的用户分为中心用户组和边缘用户组包括：
根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组，其中，所述第一小区为任一小区。
4.根据权利要求3所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，所述根据第一小区内用户与第一小区基站间的大尺度衰落系数对第一小区内的用户进行分组，得到第一小区的中心用户组和边缘用户组包括：
s21.初始化第j个小区的中心用户组kjc和边缘用户组kje；
s22.确定第j个小区内每个用户与该小区基站间的信道质量sj，其中，信道质量sj表示为：
其中，k表示第j个小区内的用户数目，sjk表示第j个小区内第k个用户与该小区基站间的信道质量，βjjk为第j个小区内第k个用户与该小区基站间的大尺度衰落系数；
s23.判断sjk是否大于预先设定的门限μ，若大于，则将第j个小区内第k个用户加入到中心用户组kjc，并将该sjk从sj中剔除；
s24.从sj中随机挑选2个值作为中心用户组kjc和边缘用户组kje的中心，分别表示为sc和se；
s25.分别计算sj中的sjk到中心sc和se的欧氏距离，并将sjk对应的用户划分到具有最小欧氏距离的组中，直到所有用户都被划分完毕；
s26.重新计算划分完毕后每组的中心sc和se；
s27.重复s25，直到中心用户组kjc和边缘用户组kje中的用户不再改变，或kjc中的中心用户到中心sc的距离与边缘用户组kje中的边缘用户到中心se的距离之和d的变化量小于预设距离阈值；
s28.j＝j 1，返回s21继续执行，直到所有小区完成用户分组。
5.根据权利要求4所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，kjc中的中心用户到中心sc的距离与边缘用户组kje中的边缘用户到中心se的距离之和d表示为：
其中，sjm表示第j个小区的中心用户组kjc中的第m个用户与该小区基站间的信道质量，sjn表示第j个小区的边缘用户组kje中的第n个用户与该小区基站间的信道质量。
6.根据权利要求1所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，所述根据用户分组结果为每个小区不同组的用户分配不同的导频序列包括：
根据每个小区的中心用户数目和边缘用户数目，在同类别的小区内生成多个相互正交的导频序列；
将导频序列分为两组p1和p2，每个小区的中心用户复用p1组的导频序列，边缘用户使用p2组相互正交的导频序列。
7.根据权利要求1所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，所述从基站接收到的导频序列中取出类别标识符，将取出的类别标识符与分配给基站的类别标识符进行异或运算，根据异或运算结果滤除其他类别小区用户发送的导频序列包括：
从基站接收到的导频序列中取出类别标识符作为b，将b与分配给基站的正交类别标识符a作异或运算；
若异或运算结果为第一结果，则是本小区用户发送的导频序列，不滤除；否则，是其他类别小区用户发送的导频序列，滤除。
8.根据权利要求1所述的massivemimo系统下多小区多用户导频分配方法，其特征在于，异或运算表示为：
其中，若异或运算结果为0，则是本小区用户发送的导频序列，不滤除；否则，是其他类别小区用户发送的导频序列，滤除。
技术总结