高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

大规模MIMO系统中联合用户分组和联盟博弈的动态导频分配方案

智慧 王飞跃 黄子菊

智慧, 王飞跃, 黄子菊. 大规模MIMO系统中联合用户分组和联盟博弈的动态导频分配方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
引用本文: 智慧, 王飞跃, 黄子菊. 大规模MIMO系统中联合用户分组和联盟博弈的动态导频分配方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
Hui ZHI, Feiyue WANG, Ziju HUANG. Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445
Citation: Hui ZHI, Feiyue WANG, Ziju HUANG. Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1686-1693. doi: 10.11999/5EIT190445

大规模MIMO系统中联合用户分组和联盟博弈的动态导频分配方案

doi: 10.11999/5EIT190445
基金项目: 安徽省高校自然科学研究项目(KJ2016A042)
详细信息
    作者简介:

    智慧:女,1984年生,讲师,研究方向为大规模MIMO、协作通信和无线传感器网络等

    王飞跃:男,1989年生,硕士生,研究方向为无线中继网络、协作通信、大规模MIMO

    黄子菊:女,1993年生,硕士生,研究方向为大规模MIMO、第五代(5G)移动通信系统

    通讯作者:

    智慧 zhihui_0902@163.com

  • 中图分类号: TN911.23

Dynamic Pilot Allocation Scheme for Joint User Grouping and Alliance Game in Massive MIMO Systems

Funds: The College Natural Science Research Project of Anhui Province (KJ2016A042)
  • 摘要:

    大量研究表明,大规模MIMO系统中的小区边缘用户比中心用户更易遭受导频污染的影响。因此,该文提出一种联合用户分组和联盟博弈(JUG-AG)的动态导频分配方案来减轻系统导频污染。根据用户信号强度将所有用户分为A,B两组,把接收基站信号强度弱的小区边缘用户记为A组,剩余用户则为B组。A组用户使用相互正交的导频,B组用户则借助联盟博弈来重复使用剩余的正交导频。在B组用户的联盟博弈中,用户被分成若干个互不相交的用户子联盟,属于不同子联盟的用户分配不同的相互正交导频序列,而属于同一子联盟中的用户使用相同的导频序列。与已有的导频分配方案相比,该文提出的JUG-AG方案更灵活,可以用于所有用户随机分布的场景。而且,该算法通过循环搜索可以获得整体最优解。仿真结果表明JUG-AG方案能够有效降低上行链路中用户信号检测的平均均方根误差(RMSE),而且可以提高用户的平均服务速率。

  • 图  1  系统模型与用户导频分配方案

    图  2  平均RMSE与$p$, ${M}$, ${\sigma ^2}$间的关系

    图  3  平均RMSE与$q$, $q$$N$以及平均RMSE与$N$间的关系

    图  4  服务速率与$p$, $M$间的关系

    算法1 导频分配算法
     步骤 1 (用户分组):计算所有用户的${\eta _{iik}}$值,从小到大排序。
    根据排序,优选前$q$个值较小的用户为A组,剩余($N - q$)个用户为B组。
     步骤 2 (联盟博弈):
     初始化:对于B组用户,给定初始联盟结构$\lambda = \{ {\lambda _1},{\lambda _2}, ···, {\lambda _{h - q}}\} $,并设当前搜索次数$\zeta = 0$。
     循环:
     (1) 对于所有用户$(i,k) \in \varPhi \,\,$(即B用户),进行循环搜索;
     (2) 对于所有${\lambda _j} \in \{ \{ {\lambda _1},{\lambda _2}, ···, {\lambda _{h - q}}{{\rm \} \backslash }}\Gamma (i,k)\} ,(j = 1,2,···,$   $h - q)$,进行查找:
     效用函数为RMSE时,若联盟调整规则1中两个条件都满足,则
     有$\lambda {{\rm = }}\lambda ^0$。同理,效用函数为服务速率时,若联盟调整规则2中两
     个条件都满足,则有$\lambda {{\rm = }}\lambda ^0$。
     否则,联盟结构保持不变($\lambda {{\rm = }}\lambda $)。
     结束(对应循环2)
     搜索次数增加,即$\zeta = \zeta + 1$,
     结束(对应循环1)
     直到$\lambda \xrightarrow{{(i,k)}}\, \,{\lambda ^0}$的所有条件不成立或$\zeta > \varpi $,循环结束。
     步骤 3 (导频分配):A组用户分配$q$个正交导频,B组中($N - q$)个用户根据第2步用户子联盟分配的结果将剩余$h - q$个正交导频依次分配给这$h - q$个用户子联盟。
    下载: 导出CSV

    表  1  仿真参数设置

    参数数值参数数值
    基站坐标(km)(4.0,4.0), (5.7,4.0),
    (2.3,4.0), (4.9,5.5),
    (3.1,5.5), (4.9,2.5),
    (3.1,2.5)
    最大搜索次数$\varpi $800
    小区数L7路径衰落因子$\upsilon $3
    用户数N20导频数h8
    下载: 导出CSV
  • ZHANG Ruoyu, ZHAO Honglin, ZHANG Jiayan, et al. Hybrid orthogonal and non-orthogonal pilot distribution based channel estimation in massive MIMO system[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics, 2018, 29(5): 881–898. doi: 10.21629/JSEE.2018.05.01
    KIM K, LEE J, and CHOI J. Deep learning based pilot allocation scheme (DL-PAS) for 5G massive MIMO system[J]. IEEE Communications Letters, 2018, 22(4): 828–831. doi: 10.1109/LCOMM.2018.2803054
    ZHI Hui and HU Yanjun. Novel multi-cell precoding schemes for TDD massive MIMO systems[J]. Wireless Personal Communications, 2017, 97(4): 6111–6129. doi: 10.1007/s11277-017-4829-4
    ZHU Xudong, WANG Zhaocheng, QIAN Chen, et al. Soft pilot reuse and multicell block diagonalization precoding for massive MIMO systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(5): 3285–3298. doi: 10.1109/TVT.2015.2445795
    张进彦, 金凤, 尹礼欣. 大规模MIMO系统中基于用户分类的动态导频分配[J]. 电信科学, 2017, 33(9): 76–84. doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2017212

    ZHANG Jinyan, JIN Feng, and YIN Lixin. Dynamic pilot assignment in massive MIMO system based on user classification[J]. Telecommunications Science, 2017, 33(9): 76–84. doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2017212
    ZHU Xudong, WANG Zhaocheng, DAI Linglong, et al. Smart pilot assignment for massive MIMO[J]. IEEE Communications Letters, 2015, 19(9): 1644–1647. doi: 10.1109/LCOMM.2015.2409176
    KU Li, FAN Jiancun, and DENG Jianguo. Low complexity pilot allocation in massive MIMO systems[C]. The 8th IEEE International Conference on Communication Software and Networks, Beijing, China, 2016: 402–406.
    AKBAR N, YANG Nan, SADEGHI P, et al. Multi-cell multiuser massive MIMO networks: User capacity analysis and pilot design[J]. IEEE Transactions on Communications, 2016, 64(12): 5064–5077. doi: 10.1109/TCOMM.2016.2614674
    JING Xiaorong, LI Mengwan, LIU Hongqing, et al. Superimposed pilot optimization design and channel estimation for multiuser massive MIMO systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018, 67(12): 11818–11832. doi: 10.1109/TVT.2018.2875480
    CASTAÑEDA GARCIA M H and LUO Jian. Time-shifted pilots multiplexed with uplink data and unequal power allocation[C]. 2018 IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Barcelona, Spain, 2018: 1–6.
    GAO Hongyuan, SU Yumeng, ZHANG Shibo, et al. Antenna selection and power allocation design for 5G massive MIMO uplink networks[J]. China Communications, 2019, 16(4): 1–15.
    GUO Kaifeng, GUO Yan, and ASCHEID G. Energy-efficient uplink power allocation in multi-cell mu-massive-MIMO systems[C]. The 21th European Wireless Conference, Budapest, Hungary, 2015: 1–5.
    AHMADI H, FARHANG A, MARCHETTI N, et al. A game theoretic approach for pilot contamination avoidance in massive MIMO[J]. IEEE Wireless Communications Letters, 2016, 5(1): 12–15. doi: 10.1109/LWC.2015.2487261
    MOCHAOURAB R, BJÖRNSON E, and BENGTSSON M. Adaptive pilot clustering in heterogeneous massive MIMO networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2016, 15(8): 5555–5568. doi: 10.1109/TWC.2016.2561289
    BOGOMOLNAIA A and JACKSON M O. The stability of hedonic coalition structures[J]. Games and Economic Behavior, 2002, 38(2): 201–230. doi: 10.1006/game.2001.0877
    OSBORNE M J and RUBINSTEIN A. A Course in Game Theory[M]. Cambridge, USA: MIT Press, 1994: 255–298.
  • 加载中
图(4) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  2115
  • HTML全文浏览量:  1106
  • PDF下载量:  64
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-18
  • 修回日期:  2019-09-28
  • 网络出版日期:  2020-01-20
  • 刊出日期:  2020-07-23

目录

    /

    返回文章
    返回