專利名稱：基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術領域的方法，尤其是一種無線多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的用戶調(diào)度和預編碼方法，具體地涉及一種基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的多輸入多輸出(SingleUser Multiple Input Multiple Output, SU-MIMO) 技術中，用戶和基站組成的多天線結構可以實現(xiàn)分集復用，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，能夠提高信道容量。在此技術的基礎上，又提出了多用戶多輸入多輸出(Multiple Users Multiple Input Multiple Output,MU-MIMO)技術。多用戶多輸入多輸出技術雖然是由傳統(tǒng)的多輸入多輸出技術發(fā)展而來，但是兩者還是有很大的差別。在多用戶多輸入多輸出技術中，基站可以同時服務多個用戶，在3GPP-LTE CThe 3rd Generation Partnership Project Long Time Evolution)標準協(xié)議中，考慮的是兩個用戶配對的用戶組占用相同視頻資源，即多用戶在相同子載波上傳輸，因此多用戶多輸入多輸出技術可以增大系統(tǒng)的空間復用率，能大大地提高系統(tǒng)吞吐量。但多用戶技術的引入，又帶來了多用戶之間共信道干擾的問題。因此，必須針對多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的特點，設計相應的預處理方法來消除或減少干擾的影響，從而達到最優(yōu)的吞吐量。其中，多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的預處理方法主要包括用戶調(diào)度和預編碼方案。對現(xiàn)有文獻的調(diào)研，了解前人的已有工作.Taesang Yoo等人在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》(美國電氣與電子工程師協(xié)會通信期刊，2007年9月第 7 卷第 1478 至 1491 頁)上，發(fā)表了“Multi-Antenna Downlink Channels with Limited Feedback and User Selection”(“采用有限反饋和用戶選擇的多天線下行信道研究”)， 該文提出了，在多天線多輸入多輸出的系統(tǒng)中，采用信道質(zhì)量信息(CQI)和信道方向信息 (CDI)的有限反饋方法，以及半正交的用戶選擇方法(Semi-orthogonal User Selection, SUS)，可以得到較優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量。具體方法步驟是首先，在全體用戶中選擇信道質(zhì)量信息最大的用戶，把它作為第一個調(diào)度用戶；其次，在未選擇用戶中找出與已選擇用戶相關性小于某一闊值的用戶集合，在此集合中選擇信道質(zhì)量指示最大的用戶作為這一次調(diào)度用戶；然后，重復上一步驟直到接收天線等于發(fā)射天線，或者半正交用戶集合為空集；最后， 對所調(diào)度用戶進行迫零預編碼aero-Forcing Precoding)，從而來傳輸數(shù)據(jù)進行通信。半正交用戶選擇雖然能減小調(diào)度用戶時的復雜度，但是這種方法不能得到最優(yōu)的調(diào)度用戶集合，而且文中是采用隨機預編碼矩陣，同樣也不能獲得最優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量。另外，檢索文獻又發(fā)現(xiàn)在用戶調(diào)度的方法中，Matteo Trivellato等人在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》(美國電氣與電子工程師協(xié)會通信期刊， 2008 年 10 月第 8 卷第 1494 至 1503 頁)上，發(fā)表了“On Transceiver Design and Channel Quantization for Downlink Multiuser MIMO Systems with Limited Feedback，，( “有限反饋ΜΙΜΟ系統(tǒng)中發(fā)射端的信道量化研究”)，本發(fā)明中研究貪婪算法的用戶選擇方法(Greedy algorithm User Selection, GUS)半正交的用戶選擇方法(Semi-orthogonal User kleCti0n，SUQ。貪婪算法的用戶調(diào)度方法相比半正交的用戶調(diào)度方法來說，貪婪算法的用戶調(diào)度過程中不是先從未選擇用戶中找出一個待選用戶集合，而是直接在所有未選擇用戶中進行選擇。并且文中除了第一個用戶是選擇最大信道質(zhì)量指示的用戶外，其余用戶的選擇是最大的信干噪比(Signal-to-interference-plus-noise ratio, SIN 。貪婪算法的用戶選擇方法相對于半正交用戶選擇方法來說，貪婪算法的用戶選擇方法更簡單， 更易于實現(xiàn)，而且待選集合是所有未選擇用戶，可能達到用戶調(diào)度的最優(yōu)解。其次，因為系統(tǒng)容量是和信干噪比成正比的，文中的選擇準則能達到一個較優(yōu)的系統(tǒng)容量，但是最大信干噪比下迫零預編碼在找尋波束成形向量時忽略了噪聲功率，因此最大信干噪比并不適用于所有環(huán)境，其他的選擇準則也是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足之處，提出了在有限反饋的多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的一種自適應用戶調(diào)度方法，采用的是貪婪的用戶調(diào)度方法，而用戶調(diào)度準則是根據(jù)系統(tǒng)的容量在最大信干噪比準則和最大信漏噪比(Signal-to-leakage-plus-noise ratio, SLNR)準則間進行自適應的切換，相比已有的方法，本發(fā)明能夠達到更大系統(tǒng)容量， 算法也較易于實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，包括如下步驟步驟A 通過用戶對基站發(fā)送的導頻信息進行信道估計，根據(jù)得到的信道矩陣計算信道方向信息并反饋給基站；步驟B 基站根據(jù)信道方向信息在不同的用戶選擇準則下進行用戶選擇，選擇完后計算出系統(tǒng)的容量；步驟C 選擇較大系統(tǒng)容量的用戶選擇準則作為本次的用戶調(diào)度準則，其中，所述步驟A中的計算信道方向信息包括如下步驟步驟Al 對信道矩陣做歸一化處理，得到歸一化后的信道矩陣；步驟A2 運用碼本和信道歸一化矩陣來計算信道方向信息對應的碼字。優(yōu)選地，所述步驟B包括如下步驟步驟Bl 基站基于第一用戶選擇準則和第二用戶選擇準則來選擇出用戶組；步驟B2 基于所述第一用戶選擇準則計算出第一預編碼矩陣，并計算出第一和速率；基于第二用戶選擇準則計算出第二預編碼矩陣，并計算出第二和速率，所述步驟C包括如下步驟步驟Cl 根據(jù)比較每一次時隙基站在相同系統(tǒng)參數(shù)條件下第一和速率和第二和速率，自適應地采用和速率較大的用戶選擇準則，即選擇相應的用戶組作為調(diào)度用戶組。優(yōu)選地，所述第一用戶選擇準則采用最大信干噪比準則，所述第二用戶選擇準則采用最大信漏噪比準則。優(yōu)選地，在所述步驟Bl中的基于最大信干噪比準則來選擇出用戶組包括如下步驟步驟Bll:獲取所有用戶集合T= {1，2，3，....，1(}，初始化使已選擇用戶集合5=〔步驟B12 在第一次選擇時，已選擇用戶組為空集，最大信干噪比表達式分母中的第一項干擾為0 ；基站選擇信道增益最大的用戶k，即trace (Hk*Hk) = max (trace ( * ))，S = {k}，T = T-{k}；步驟B13 基站在未選擇用戶集合T中，由最大信干噪比表達式計算出SINIik并進行比較，從而選擇出最大SINRk的用戶k ;S = S U {k}，T = T-{k}；步驟B14 重復所述步驟 B13直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目，其中，最大信干噪比表達式為
權利要求
1.一種基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟步驟A 通過用戶對基站發(fā)送的導頻信息進行信道估計，根據(jù)得到的信道矩陣計算信道方向信息并反饋給基站；步驟B:基站根據(jù)信道方向信息在不同的用戶選擇準則下進行用戶選擇，選擇完后計算出系統(tǒng)的容量；步驟C 選擇較大系統(tǒng)容量的用戶選擇準則作為本次的用戶調(diào)度準則， 其中，所述步驟A中的計算信道方向信息包括如下步驟 步驟Al 對信道矩陣做歸一化處理，得到歸一化后的信道矩陣； 步驟A2 運用碼本和信道歸一化矩陣來計算信道方向信息對應的碼字。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟B包括如下步驟步驟Bl 基站基于第一用戶選擇準則和第二用戶選擇準則來選擇出用戶組； 步驟B2 基于所述第一用戶選擇準則計算出第一預編碼矩陣，并計算出第一和速率； 基于第二用戶選擇準則計算出第二預編碼矩陣，并計算出第二和速率， 所述步驟C包括如下步驟步驟Cl 根據(jù)比較每一次時隙基站在相同系統(tǒng)參數(shù)條件下第一和速率和第二和速率， 自適應地采用和速率較大的用戶選擇準則，即選擇相應的用戶組作為調(diào)度用戶組。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述第一用戶選擇準則采用最大信干噪比準則，所述第二用戶選擇準則采用最大信漏噪比準則。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟Bl中的基于最大信干噪比準則來選擇出用戶組包括如下步驟步驟Bll 獲取所有用戶集合T = {1，2，3，....，K}，初始化使已選擇用戶集合· ; 步驟B12 在第一次選擇時，已選擇用戶組為空集，^iti噪比表達式分母中的第一項干擾為0 ；基站選擇信道增益最大的用戶k，即trace (Hk*Hk) = max (trace ( * )), S = {k}，T = T-{k}；步驟B13 基站在未選擇用戶集合T中，由最大信干噪比表達式計算出SINRk并進行比較，從而選擇出最大SINRk的用戶k ;S = S U {k},T = T-{k}；步驟B14 重復所述步驟B13直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目， 其中，最大信干噪比表汰式為
5.根據(jù)權利要求4所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟B2中，所述第一預編碼矩陣采用迫零預編碼矩陣，所述第一和速率C1的計算表達式為
6.根據(jù)權利要求3至5中任一項所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟Bl中的基于最大信漏噪比準則來選擇出用戶組包括如下步驟 步驟BllO 初始化，已選擇用戶集合S = D .所有用戶集合T = {1，2，3，....，K}， 步驟B120 在第一次選擇時，基站選擇信道增益最大的用戶k，S = {k}，T = T-{k}； 步驟B130 基站在未選擇用戶集合T中，由瑞利-里茨商性質(zhì)計算出SLNRk并進行比較，選擇最大SLNRk的用戶k;S = S U {k},T = T-{k}；步驟B140 重復所述步驟B130直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目， 其中，最大信漏噪比表達式為
7.根據(jù)權利要求6所述的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟B2中，所述第二預編碼矩陣采用基于漏功率的預編碼矩陣，所述第二和速率C1的計算表達式為
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線通信技術領域的無線多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的基于最大吞吐量的自適應用戶調(diào)度方法，通過比較基于最大信噪比用戶調(diào)度算法和基于最大信漏噪比用戶調(diào)度算法，并分析所得到的吞吐量結果來自適應地在兩種算法中切換，以此達到最大化系統(tǒng)吞吐量。本發(fā)明能支持多用戶傳輸，在相同的發(fā)送信噪比條件下，能獲得更大的系統(tǒng)吞吐量。
文檔編號H04B7/04GK102404031SQ20111034403
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者俞暉, 楊文逸, 秦佳美, 羅漢文, 黃劍 申請人:上海交通大學