基于mse的虛擬mimo用戶(hù)配對(duì)和資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步設(shè)及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于均方誤 差（MeanSquareofErrorMSE；)的虛擬多輸入多輸出（MultipleI噸utMultiple0u1:put MIMO)用戶(hù)配對(duì)和資源分配方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)的調(diào)整 配對(duì)用戶(hù)數(shù)和資源分配情況，同時(shí)保證系統(tǒng)的均方誤差MSE性能保持在一個(gè)特定口限下， 而且保證系統(tǒng)有最大的吞吐量。
【背景技術(shù)】
[000引多輸入多輸出MIM0技術(shù)在各種無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)已被廣泛地用于提高頻譜效率。然 而，由于用戶(hù)設(shè)備的成本和尺寸等實(shí)際操作方面的困難，使得多輸入多輸出MIM0技術(shù)在上 行鏈路的應(yīng)用受到局限。為了解決該個(gè)問(wèn)題，提出了虛擬多輸入多輸出MIM0的概念，即上 行鏈路對(duì)兩個(gè)或多個(gè)用戶(hù)進(jìn)行配對(duì)，在相同的頻帶和時(shí)隙內(nèi)對(duì)每個(gè)配對(duì)用戶(hù)部署單個(gè)發(fā)射 天線(xiàn)。與常規(guī)的多輸入多輸出MIM0系統(tǒng)相比，虛擬多輸入多輸出MIM0能通過(guò)設(shè)計(jì)良好的 用戶(hù)配對(duì)和資源調(diào)度策略來(lái)得到最大的系統(tǒng)吞吐量和最小的均方誤差MSE。因此，用戶(hù)配對(duì) 和資源調(diào)度是直接影響多輸入多輸出系統(tǒng)性能的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
[000引中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利文件"虛擬MIM0系統(tǒng)中的多用戶(hù)資源分配的方法 及裝置"（公開(kāi)號(hào)CN102340877A，申請(qǐng)?zhí)朇N201110314752. 1，申請(qǐng)日2011-10-17)中公開(kāi)了 一種根據(jù)用戶(hù)分類(lèi)和資源塊巧esourceBlock)RB進(jìn)行用戶(hù)配對(duì)和資源分配的方法。該方 法將用戶(hù)按優(yōu)先級(jí)分為二類(lèi)。首先，將所有資源塊RB依次最優(yōu)地分配給第一類(lèi)用戶(hù)；接著， 將同樣的資源塊RB依次最優(yōu)地分配給第二類(lèi)用戶(hù)；最后，根據(jù)系統(tǒng)吞吐量最大的配對(duì)準(zhǔn)則 實(shí)現(xiàn)對(duì)同一資源塊RB上第一類(lèi)和第二類(lèi)用戶(hù)的配對(duì)。該方法存在的不足是，不能動(dòng)態(tài)的 調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的用戶(hù)配對(duì)和資源分配情況，也無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足系統(tǒng)吞吐量要求和系統(tǒng)均方誤差 MSE性能要求。
[0004] 普天信息技術(shù)研究院有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利文件"一種用于MU-MIM0用戶(hù)配對(duì)的資 源分配方法"（公開(kāi)號(hào)CN103369688A，申請(qǐng)?zhí)朇N201210084341. 2,申請(qǐng)日2012-03-27)中公 開(kāi)了一種根據(jù)用戶(hù)優(yōu)先級(jí)由高到低的順序進(jìn)行用戶(hù)配對(duì)和資源分配的方法。該方法先根據(jù) 用戶(hù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行用戶(hù)配對(duì)，再為已配對(duì)用戶(hù)組中優(yōu)先級(jí)最大的用戶(hù)進(jìn)行資源分配，再將該 資源依次分段分配給該已配對(duì)用戶(hù)組中的其他用戶(hù)。該方法存在的不足是，總是將資源分 配給優(yōu)先級(jí)高的用戶(hù)，無(wú)法保證系統(tǒng)的均方誤差MSE性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于MSE的虛擬MIM0用戶(hù) 配對(duì)和資源分配方法，可W動(dòng)態(tài)的調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的用戶(hù)配對(duì)和資源分配情況，并且在保證系 統(tǒng)MSE性能的同時(shí)確保系統(tǒng)吞吐量最大。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體思路是，基站在獲得用戶(hù)配對(duì)約束矩陣、資源分配約 束矩陣、均方誤差MSE約束矩陣W及系統(tǒng)吞吐量后，構(gòu)建基于系統(tǒng)均方誤差MSE的用戶(hù)配對(duì) 和資源分配模型，通過(guò)分值定界法求解該模型，分別得到最優(yōu)的用戶(hù)配對(duì)結(jié)果和資源分配 結(jié)果。考慮在信號(hào)接收器中采用的是最小均方誤差檢測(cè)算法進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體步驟如下：
[000引 （1)基站獲得當(dāng)前時(shí)隙待配對(duì)用戶(hù)：
[0009] 基站開(kāi)機(jī)后，根據(jù)到達(dá)用戶(hù)流，獲取當(dāng)前時(shí)隙的待配對(duì)用戶(hù)和可配對(duì)用戶(hù)數(shù)；
[0010] (2)基站確定可選用戶(hù)對(duì)集合和可選資源塊分配集合：
[0011] 基站根據(jù)待配對(duì)用戶(hù)和可配對(duì)用戶(hù)數(shù)進(jìn)行排列組合，形成可選用戶(hù)對(duì)集合；基站 由虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)中內(nèi)置的資源塊個(gè)數(shù)，對(duì)資源塊進(jìn)行排列組合，形成可選資源塊 分配集合；
[0012] (3)基站獲得用戶(hù)配對(duì)約束矩陣：
[0013] (3a)由可選用戶(hù)對(duì)集合，生成用戶(hù)配對(duì)矩陣；
[0014] (3b)將用戶(hù)配對(duì)矩陣縱向復(fù)制A次，生成用戶(hù)配對(duì)約束矩陣，其中A表示可選資源 塊分配集合中的元素個(gè)數(shù)；
[0015] (4)基站獲得資源分配約束矩陣：
[0016] (4a)由可選資源塊分配集合，生成資源分配矩陣；
[0017] (4b)將資源分配矩陣橫向復(fù)制G次，生成資源分配約束矩陣，其中G表示可選的用 戶(hù)對(duì)集合中元素的個(gè)數(shù)；
[0018] (5)按照下式，計(jì)算每個(gè)用戶(hù)對(duì)在每個(gè)資源塊上的均方誤差MSE值：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于MSE的虛擬MMO用戶(hù)配對(duì)和資源分配方法，其步驟包括如下： (1) 基站獲得當(dāng)前時(shí)隙待配對(duì)用戶(hù)： 基站開(kāi)機(jī)后，根據(jù)到達(dá)用戶(hù)流，獲取當(dāng)前時(shí)隙的待配對(duì)用戶(hù)和可配對(duì)用戶(hù)數(shù)； (2) 基站確定可選用戶(hù)對(duì)集合和可選資源塊分配集合： 基站根據(jù)待配對(duì)用戶(hù)和可配對(duì)用戶(hù)數(shù)進(jìn)行排列組合，形成可選用戶(hù)對(duì)集合；基站由虛 擬多輸入多輸出系統(tǒng)中內(nèi)置的資源塊個(gè)數(shù)，對(duì)資源塊進(jìn)行排列組合，形成可選資源塊分配 集合； (3) 基站獲得用戶(hù)配對(duì)約束矩陣： (3a)由可選用戶(hù)對(duì)集合，生成用戶(hù)配對(duì)矩陣； (3b)將用戶(hù)配對(duì)矩陣縱向復(fù)制A次，生成用戶(hù)配對(duì)約束矩陣，其中A表示可選資源塊分 配集合中的元素個(gè)數(shù)； (4) 基站獲得資源分配約束矩陣： (4a)由可選資源塊分配集合，生成資源分配矩陣； (4b)將資源分配矩陣橫向復(fù)制G次，生成資源分配約束矩陣，其中G表示可選的用戶(hù)對(duì) 集合中元素的個(gè)數(shù)； (5) 按照下式，計(jì)算每個(gè)用戶(hù)對(duì)在每個(gè)資源塊上的均方誤差MSE值：
其中，Mh，k表示用戶(hù)對(duì)Uh在第k個(gè)資源塊上的均方誤差MSE值，Uh表示可選用戶(hù)對(duì)集合 中的第h個(gè)用戶(hù)對(duì)，h在[1，G]內(nèi)取值，k在[1，N]內(nèi)取值，G表示可選用戶(hù)對(duì)集合中元素的 個(gè)數(shù)，N表示系統(tǒng)內(nèi)置的資源塊個(gè)數(shù)，Qh表示用戶(hù)對(duì)Uh中的用戶(hù)總數(shù)，Hh，k表示用戶(hù)對(duì)Uh在 第k個(gè)資源塊上的信道矩陣，（*)H表示厄米轉(zhuǎn)置操作，表示求F范數(shù)后取2次方操作， 卜表示求次方操作，I?I表示取絕對(duì)值操作，det| ? |表示求行列式值操作，〇2 表示當(dāng)前時(shí)隙的信道噪聲功率，E表示用戶(hù)對(duì)的發(fā)射信號(hào)功率； (6) 獲得均方誤差MSE約束矩陣： (6a)由每個(gè)用戶(hù)對(duì)在每個(gè)資源塊上的均方誤差MSE值，生成均方誤差MSE配對(duì)因子矩 陣； (6b)由均方誤差MSE配對(duì)因子矩陣和資源分配矩陣，生成平均均方誤差MSE向量； (6c)將平均均方誤差MSE向量與維度是G*A的單位矩陣相乘，得到均方誤差MSE約束 矩陣，其中G表示可選的用戶(hù)對(duì)集合中元素的個(gè)數(shù)，A表示可選資源塊分配集合中的元素個(gè) 數(shù)； (7) 獲得系統(tǒng)吞吐量： (7a)生成用戶(hù)配對(duì)和資源分配的指示向量； (7b)將平均均方誤差MSE向量與用戶(hù)配對(duì)和資源分配的指示向量相乘，得到系統(tǒng)吞吐 量； (8) 基站構(gòu)建的用戶(hù)配對(duì)和資源分配模型如下： 目標(biāo)函數(shù)ni、ax{iVx} 約束條件ClX < 1N C2x<lu C3x^FX1g*a 其中，max{>}表示求最大值操作，x表示用戶(hù)配對(duì)和資源分配指示向量，nT表示用戶(hù) 對(duì)在特定資源分配情況下的平均均方誤差MSE向量，nTx表示虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)的吞 吐量，（*)T表示轉(zhuǎn)置操作；(^表示資源分配約束矩陣，1N表示長(zhǎng)度是N且元素全部等于1的 列向量，N表示虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)內(nèi)置的資源塊個(gè)數(shù)；(：2是用戶(hù)配對(duì)約束矩陣，1"表示 長(zhǎng)度是U且元素全部等于1的列向量，U表示待配對(duì)用戶(hù)總數(shù)；C3表示均方誤差MSE約束矩 陣，F(xiàn)表示當(dāng)均方誤差MSE值門(mén)限是M。時(shí)的均方誤差MSE配對(duì)因子，配對(duì)因子F由均方誤差 MSE門(mén)限值除以信道噪聲功率得到，表示長(zhǎng)度是G*A且元素全部等于1的列向量，G表示 可選的用戶(hù)對(duì)集合中元素的個(gè)