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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
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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

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