【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線通信多天線傳輸，特別是一種xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法及系統。
技術介紹
1、隨著第六代移動通信系統對超高頻譜效率、更靈活的網絡覆蓋需求的不斷增加，學術界正試圖進一步擴大基站天線數量，將天線陣列規模推向xl-mimo。作為未來通信系統的關鍵技術之一，xl-mimo技術有望提供更大的空間復用增益，也能有效對抗用戶間干擾和多徑衰落，提升系統可靠性，但同時也面臨著新的挑戰。尤其是空間非平穩的新特性，使用戶到基站天線陣列的信號傳播可能被散射或遮擋，最終導致用戶的發送能量只集中在陣列的部分天線，即用戶的vr(全文所提及的“vr”均指visibility?religions，其含義為“可視區域”)上。雖然當前已有不少研究考慮了xl-mimo系統的空間非平穩特性，例如在信道建模時加入生滅過程來模擬簇在陣列軸和時間軸上的非平穩特性或加入vr概念模擬接收信號能量沿陣列的變化情況，但目前大部分通過引入vr概念來建模空間非平穩特性的研究通常都是假設收發雙方的vr信息完美已知，忽略不完美vr估計對系統性能分析和無線傳輸方案設計等的影響。
2、文獻“localization?and?channel?reconstruction?for?extra?large?ris-assisted?massive?mimo?systems”(《ieee?journal?of?selected?topic?signalprocessing》，16卷，5期，2022年8月)先進行信道估計，依據vr內外的估計信道存在顯著的
技術實現思路
1、鑒于現有技術存在的問題，提出了本專利技術。
2、因此，本專利技術所要解決的問題在于如何解決在實際通信場景中充分利用導頻資源對vr信息和信道狀態信息進行估計，并基于不完美的vr信息和信道估計結果對系統進行性能分析和無線傳輸方案設計的問題。
3、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
4、第一方面，本專利技術實施例提供了一種xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其包括，基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率；
5、基站進一步利用上行導頻進行估計vr內的信道估計，得到mmse信道估計結果及不完美信道估計因子；
6、基于估計vr結果及估計信道狀態信息進行最大比合并接收檢測，計算m階qam調制下的系統平均誤比特率，并通過交替優化vr估計閾值和導頻長度來最小化系統平均誤比特率；
7、其中，估計結果用表示，mmse信道估計結果用表示，不完美信道估計因子用表示，vr估計閾值用ζ表示，導頻長度用τ表示。
8、作為本專利技術所述xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法的一種優選方案，其中：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，所述xl-mimo系統中的基站配備n根天線，服務k個單天線用戶(n＞＞k)，該用戶組由于地理位置相鄰而擁有相同的所述表示包含l根基站天線，vr內的真實信道為基站處未知用戶的vr信息和信道狀態信息；基于xl-mimo系統平均誤比特率最小化來優化設計vr估計閾值ζ和導頻長度τ。
9、作為本專利技術所述xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法的一種優選方案，其中：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，根據基站接收的用戶導頻信號的分布情況，計算各天線處所接收到的用戶組k個用戶導頻能量之和的概率分布，第n根天線上接收導頻能量之和采用如下公式：
10、
11、其中，k表示用戶組內用戶數，表示基站第n根天線處接收的用戶k導頻信號；
12、用戶k到基站的信道βk為大尺度衰落系數，d＝diag{δ1,...,δn}表示基站n天線對該組用戶的可視情況，可視時對角線元素δn＝1，否則為0，用戶組發送的導頻信號xp相互正交且長度為τ，基站接收導頻信號采用如下公式：
13、
14、其中，h表示該用戶組與基站間的完整信道，[·]h表示表示取共軛轉置，pp為導頻發送功率矩陣，np是方差為的加性高斯白噪聲，上式兩邊同時右乘xp后得到的yp第(n,k)個元素服從復高斯分布，其采用如下公式：
15、
16、其中，δn為指示基站第n根天線對該組用戶的可視情況，可視時置為1，否則為0，τ表示導頻長度，表示導頻傳輸階段的噪聲方差，是為了簡化公式表達的標記函數，運算過程：下標k為索引，表示第k個用戶，當δn＝0時，qn的概率密度函數采用如下公式：
17、
18、其中，表示概率密度函數，γ(x)為伽馬函數，k表示用戶組用戶數，e表示自然對數底，表示導頻傳輸階段的噪聲方差，τ表示導頻長度，當δn＝1時，qn的概率密度函數采用如下公式：
19、
20、其中，k表示用戶組內用戶數，是為了簡化公式表達的標記函數，運算過程：下標k為索引，表示第k個用戶。
21、作為本專利技術所述xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法的一種優選方案，其中：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，根據接收的用戶組發送的上行正交導頻信號能量之和是否達到預設的vr估計閾值進行vr估計，得到的vr估計結果用δn表征，并計算估計過程中可能出現的兩種錯誤事件的發生概率及vr估計概率，vr的估計過程采用如下公式：
22、
23、其中，ζ表示vr估計閾值，δn表示對δn的估計結果，qn是第n根天線上接收的導頻能量之和；
24、在vr估計過程中，存在兩種可能的錯誤事件虛警事件和漏檢事件對應的發生概率p10和p01分別采用如下公式：
25、
26、接著計算vr估計概率，其采用如下公式：
【技術保護點】
1.一種XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：包括，
2.如權利要求1所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行VR估計，得到VR估計結果及對應的估計概率，所述基站設在XL-MIMO系統中，基站配備N根天線，服務K個單天線用戶(N＞＞K)，該用戶組由于地理位置相鄰而擁有相同的所述表示包含L根基站天線，VR內的真實信道為基站處未知用戶的VR信息和信道狀態信息；基于XL-MIMO系統平均誤比特率最小化來優化設計VR估計閾值和導頻長度。
3.如權利要求2所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行VR估計，得到VR估計結果及對應的估計概率，根據基站接收的用戶導頻信號的分布情況，計算各天線處所接收到的用戶組K個用戶導頻能量之和的概率分布，第n根天線上接收導頻能量之和采用如下公式：
4.如權利要求3所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送
5.如權利要求4所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站進一步利用上行導頻進行估計VR內的信道估計，得到MMSE信道估計結果及不完美信道估計因子，繼而對用戶發送數據信號進行最大比合并接收檢測，計算檢測瞬時信干噪比，檢測結果如下：
6.如權利要求5所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述根據估計VR內第k個用戶的估計信道的范數平方的分布推導第k個用戶的檢測瞬時信干噪比的概率密度分布，是I個方差為和J個方差為的高斯隨機變量的平方和，其概率密度函數采用如下公式：
7.如權利要求6所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：所述基于估計VR結果及估計信道狀態信息進行最大比合并接收檢測，計算M階QAM調制下的系統平均誤比特率，并通過交替優化VR估計閾值和導頻長度來最小化系統平均誤比特率，其通過設計VR估計閾值和導頻長度來最小化系統誤比特率，優化問題描述采用如下公式：
8.一種XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計系統，基于權利要求1～7任一所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法，其特征在于：還包括，
9.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于：所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1～7任一所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法的步驟。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于：所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1～7任一所述的XL-MIMO系統中導頻長度與VR估計閾值設計方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其特征在于：包括，
2.如權利要求1所述的xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，所述基站設在xl-mimo系統中，基站配備n根天線，服務k個單天線用戶(n＞＞k)，該用戶組由于地理位置相鄰而擁有相同的所述表示包含l根基站天線，vr內的真實信道為基站處未知用戶的vr信息和信道狀態信息；基于xl-mimo系統平均誤比特率最小化來優化設計vr估計閾值和導頻長度。
3.如權利要求2所述的xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，根據基站接收的用戶導頻信號的分布情況，計算各天線處所接收到的用戶組k個用戶導頻能量之和的概率分布，第n根天線上接收導頻能量之和采用如下公式：
4.如權利要求3所述的xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其特征在于：所述基站根據用戶組發送的上行正交導頻信號進行vr估計，得到vr估計結果及對應的估計概率，其中基站根據接收的用戶組發送的上行正交導頻信號能量之和是否達到預設的vr估計閾值進行vr估計，得到的vr估計結果用δn表征，并計算估計過程中可能出現的兩種錯誤事件的發生概率及vr估計概率，vr的估計過程采用如下公式：
5.如權利要求4所述的xl-mimo系統中導頻長度與vr估計閾值設計方法，其特征在于：所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張軍，陸曉婷，蔡曙，張琦，朱洪波，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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