大規(guī)模mimo協(xié)作式用戶調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大規(guī)模MIMO協(xié)作式用戶調(diào)度方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)對信道狀態(tài)信息進(jìn)行壓縮或量化，導(dǎo)致系統(tǒng)的頻譜效率降低的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：1.基站發(fā)送訓(xùn)練序列到用戶，用戶根據(jù)接收到的信號和發(fā)送的訓(xùn)練序列估計(jì)信道信息；2.對系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分組，并對用戶設(shè)置定時(shí)器；3.通過定時(shí)器找到信道范數(shù)最大的用戶向本組的其它用戶廣播其信道狀態(tài)信息；4.計(jì)算本組其他用戶與信道范數(shù)最大用戶之間相關(guān)系數(shù)，由相關(guān)系數(shù)小于系統(tǒng)給定閾值的用戶向基站反饋其信道狀態(tài)信息；5.基站計(jì)算發(fā)送用戶集合，并將發(fā)送信號進(jìn)行波束成形后發(fā)送給用戶。本發(fā)明能在對系統(tǒng)和速度影響較小的前提下，有效降低系統(tǒng)反饋量，提高系統(tǒng)下行鏈路資源。
【專利說明】
大規(guī)模ΜI MO協(xié)作式用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種用戶調(diào)度方法，可用于大規(guī)模mMO系統(tǒng)中，在 不過多影響大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)性能的前提下減少上行鏈路中的反饋量，降低系統(tǒng)基站的計(jì)算 復(fù)雜度。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)中的多用戶調(diào)度方法能夠有效地提高系統(tǒng)的系統(tǒng)容量和系統(tǒng)穩(wěn) 定性，降低系統(tǒng)誤碼率。在現(xiàn)有的多用戶ΜΙΜΟ系統(tǒng)的用戶調(diào)度技術(shù)中，基站為了獲得最優(yōu)的 系統(tǒng)資源分配方案，需要用戶向基站反饋它們的用戶狀態(tài)信息，這也就意味著，在頻分雙工 系統(tǒng)中，必須為上行反饋鏈路分配較多的頻帶資源，這樣就會占用下行鏈路的頻帶資源，進(jìn) 而降低整個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率。除此之外，現(xiàn)在研究比較熱門的大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)相比于傳統(tǒng) 的ΜΙΜΟ系統(tǒng)，其基站天線數(shù)指數(shù)倍增加，由于系統(tǒng)中龐大的用戶數(shù)目，基站想要得到完美的 信道狀態(tài)信息就更加困難和復(fù)雜，所以大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)中的資源分配問題更加的嚴(yán)峻。針 對反饋的信道狀態(tài)信息占用系統(tǒng)頻帶資源的問題，目前很多學(xué)者已經(jīng)針對這個(gè)問題進(jìn)行了 深入的研究：2005年Masoud Sharif在"On the Capacity of ΜΙΜ0 Broadcast Channels With Partial Side Information"中通過反饋每個(gè)用戶的信干噪比來減少系統(tǒng)的反饋量； 2014年Junyoung Nam等在"Joint Spatial Division and Multiplexing:Opportunistic Beamforming,User Grouping and Simplified Downlink Scheduling" 中通過將信道協(xié)方 差矩陣相同的用戶分為一組來減少反饋量；2015年Byungju Lee在"Antenna Grouping Based Feedback Compression for FDD-Based Massive ΜΙΜΟ Systems" 中研究利用基站 發(fā)送天線之間的相關(guān)性，以縮小發(fā)射天線的維度來減少反饋量，進(jìn)而減少上行鏈路占用的 系統(tǒng)資源。
[0003] 然而，上述的反饋方案都是通過對信道狀態(tài)信息做出一定的壓縮或量化處理來減 少上行鏈路反饋量，因此基站接收到的不再是完美信道狀態(tài)信息，故基站在進(jìn)行用戶調(diào)度 和預(yù)編碼等工作時(shí)就很難找到最優(yōu)解決方案，最后導(dǎo)致系統(tǒng)性能不同程度的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)下的協(xié)作 式多用戶調(diào)度方法，以在不過大影響系統(tǒng)和速度性能產(chǎn)生的前提下，降低系統(tǒng)的反饋量，提 高下行鏈路的頻譜資源。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下：
[0006] 1)基站發(fā)送訓(xùn)練序列給用戶，用戶根據(jù)該訓(xùn)練序列和所接收到的信號估計(jì)信道狀 態(tài)?目息H;
[0007] 2)將大規(guī)模MBTO系統(tǒng)內(nèi)的Μ個(gè)用戶均勻分為Ν組，每組中的用戶數(shù)目 > 且假 定每個(gè)組之間不會出現(xiàn)信息的相互干擾，其中「·?為向上取整符號；
[0008] 3)為每個(gè)用戶設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，設(shè)第i組的第k個(gè)用戶的定時(shí)器計(jì)時(shí)起點(diǎn)為％，其 中&的值與每個(gè)用戶的即時(shí)信道狀態(tài)信息有關(guān)，其表達(dá)式為：
[0010] 其中，λ為一個(gè)微秒級別的時(shí)間常數(shù)，為第i組的第k個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向 量，11 · 11表示取向量范數(shù)操作。
[0011] 4)每組中的所有用戶分配得到計(jì)時(shí)起點(diǎn)后，其各自的定時(shí)器同時(shí)開始從計(jì)時(shí)起點(diǎn) 逐漸減??；
[0012] 5)設(shè)第i組用戶lu的計(jì)時(shí)器最先到零，該用戶將向第i組的所有其它用戶和基站廣 播自己的信道狀態(tài)信息向量\和定時(shí)器停止信號；
[0013] 6)在第i組的其它用戶都接收到信道狀態(tài)信息最優(yōu)用戶h的廣播信息后，停止其 定時(shí)器的計(jì)時(shí)，并計(jì)算用戶nu與用戶匕之間的相關(guān)系數(shù)
[0015] 其中A和、分別為第i組第k個(gè)和第m個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向量，μ為用戶的總 數(shù)目，Ν為用戶組的數(shù)目；
[0016] 7)比較每個(gè)組中用戶的相關(guān)系數(shù)與系統(tǒng)既定相關(guān)性閾值α之間的大?。喝绻?' < ?，則該第i組中用戶nu向基站反饋其信道狀態(tài)信息向量&，如果心?2 ?，則該用戶不 向基站反饋其信道狀態(tài)信息向量；
[0017] 8)基站接收到N個(gè)組發(fā)送過來的信道狀態(tài)信息后通過半正交用戶調(diào)度算法選擇出 信道正交特性最優(yōu)的用戶集合S，且card(S)<N t，其中card(S)表示集合S中的用戶數(shù)目，Nt 表示基站天線數(shù)；
[0018] 9)基站根據(jù)被選擇用戶的信道狀態(tài)信息構(gòu)造波束成形矩陣W，并用矩陣W對發(fā)送數(shù) 據(jù)做波束成形，再將波束成形后的信號發(fā)送給被選擇的用戶。
[0019] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)本發(fā)明通過用戶協(xié)作通信的方式，將基站端的工作量分給了每個(gè)用戶，在用戶 端對自己的信道狀態(tài)進(jìn)行篩選，從而減小基站端的計(jì)算復(fù)雜度；
[0021] (2)本發(fā)明通過在用戶端設(shè)置定時(shí)器，并廣播信道范數(shù)最大用戶的信道狀態(tài)信息 給其它用戶，來剔除掉信道相關(guān)性高的用戶，從而減小反饋信道狀態(tài)信息的用戶數(shù)和系統(tǒng) 反饋信息量，提高了系統(tǒng)的頻譜效率；
[0022] (3)本發(fā)明通過將信道條件差的用戶剔除掉，而不是通過對所有用戶的信道狀態(tài) 信息進(jìn)行壓縮、量化等處理方式來減少反饋，所以基站接收到的用戶狀態(tài)信息為完美的信 道狀態(tài)信息，故不會對系統(tǒng)和速度性能造成太大的損失；
[0023] 下面通過附圖和實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明使用的系統(tǒng)模型圖；
[0026] 圖3是本方案在MBTO系統(tǒng)中和速度隨接收信噪比變化的性能仿真圖；
[0027] 圖4是本方案在大規(guī)模MBTO系統(tǒng)中和速度隨接收信噪比變化的性能仿真圖；
[0028] 圖5是本方案在大規(guī)模ΜΙΜΟ系統(tǒng)的反饋用戶數(shù)隨相關(guān)性閾值α變化的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]參照圖2,本發(fā)明使用的通信系統(tǒng)由基站、反饋信道、發(fā)送信道和用戶構(gòu)成;其中， 基站有Nt根發(fā)射天線，每根天線相互獨(dú)立;系統(tǒng)中有Μ個(gè)用戶，假設(shè)每個(gè)用戶均有1根接收天 線;每根發(fā)送天線和接收天線之間的發(fā)送信道服從復(fù)高斯分布，不同的發(fā)送信道之間相互 獨(dú)立，系統(tǒng)用戶分為Ν個(gè)組，每個(gè)用戶組相互獨(dú)立，發(fā)送的信息不會相互干擾，同時(shí)發(fā)送信道 受到加性高斯白噪聲干擾;假設(shè)上行反饋信道為完美信道，不會出現(xiàn)時(shí)延和噪聲。
[0030]參照圖1，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0031 ]步驟1:用戶獲取信道狀態(tài)信息估計(jì)值Η。
[0032] (1.1)基站向用戶發(fā)送用戶已知的訓(xùn)練序列X，用戶獲得接收信號，該接收信號的 表示式為:y = Hx+n，其中η為傳輸過程中受到的加性高斯白噪聲向量，Η為信號傳輸過程中 的信道狀態(tài)信息矩陣；
[0033] (1.2)用戶利用接收到的信號y和基站發(fā)送的訓(xùn)練序列X，根據(jù)最小均方誤差得到 的信號傳輸過程中的衰減矩陣，即信道狀態(tài)信息的估計(jì)值為：
[0035] 其中，（·）?示向量的共輒轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣，Rh = E{HtH}為信道狀態(tài)信息Η的自 相關(guān)矩陣，Ε{ ·}為統(tǒng)計(jì)期望符號，r為縮放系數(shù)，其作用是減小估計(jì)誤差，<為接收噪聲功 率。
[0036] 步驟2:對大規(guī)模MBTO系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分組。
[0037]為了方便本大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)中用戶間的相互協(xié)作通信，避免相距過遠(yuǎn)的用戶進(jìn)行 信息傳輸，設(shè)系統(tǒng)中有Μ個(gè)用戶，將它們均勻分為Ν組，則每組內(nèi)的用戶數(shù)為且假定每個(gè) 組之間不會出現(xiàn)信息的相互干擾，其中「·1為向上取整符號。
[0038] 步驟3:為系統(tǒng)中的用戶設(shè)置定時(shí)器。
[0039] 為每個(gè)用戶設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，且第i組的第k個(gè)用戶的定時(shí)器計(jì)時(shí)起點(diǎn)從時(shí)間點(diǎn)& 開始，其中1的值與每個(gè)用戶的即時(shí)信道狀態(tài)信息有關(guān)，信道向量范數(shù)大的用戶時(shí)間點(diǎn)義 的值會比較小，該起始時(shí)間點(diǎn)％的表達(dá)式為：
[0041] 其中，λ為一個(gè)微秒級別的時(shí)間常數(shù)，\為第i組的第k個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向 量，Μ · 11代表取向量范數(shù)操作。
[0042] 步驟4:找出每組中信道向量范數(shù)最大的用戶。
[0043] 每個(gè)用戶為其自己的定時(shí)器設(shè)置計(jì)時(shí)起點(diǎn)后，所有用戶的定時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)， 且從計(jì)時(shí)起點(diǎn)開始逐漸減小；
[0044] 由于信道范數(shù)大的用戶的計(jì)時(shí)起點(diǎn)會較小，所以信道向量范數(shù)最大的用戶的定時(shí) 器的值最先到零，故可找出信道向量范數(shù)最大的用戶。
[0045] 步驟5:信道向量范數(shù)最大的用戶向本組的其它用戶廣播信息。
[0046] 設(shè)第i組第k個(gè)用戶h的計(jì)時(shí)器最先到零，則它將向第i組的所有其他用戶和基站 廣播一個(gè)信息，該信息包含用戶匕的信道狀態(tài)信息向量》^和定時(shí)器停止信號。
[0047] 步驟6:利用信道狀態(tài)信息向量篩選出與信道向量范數(shù)最大的用戶相關(guān)性差的 用戶，并將其信道狀態(tài)信息反饋給基站。
[0048] (6.1)第i組的所有其它用戶nu在接收到信道向量范數(shù)最大的用戶h的廣播信息 后，停止其定時(shí)器的計(jì)時(shí)，并計(jì)算其與用戶h之間的相關(guān)系數(shù)匕
[0050] 其中，.為第i組第k個(gè)和第m個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向量，Μ為用戶的總數(shù) 目，Ν為用戶組的數(shù)目；
[0051] (6.2)將每個(gè)用戶的相關(guān)系數(shù)與系統(tǒng)給定的閾值α進(jìn)行比較:如果& 則該用 戶nu向基站反饋其信道狀態(tài)信息向量hw:i，如果/Μ? 2 ?，則該用戶不向基站反饋其信道狀態(tài) 信息向量。
[0052]步驟7:基站接收到Ν個(gè)用戶組發(fā)送的信道狀態(tài)信息后，通過半正交用戶調(diào)度算法 選擇出信道狀態(tài)最優(yōu)的用戶集合。
[0053] (7.1)初始化第一次用戶選擇中待選用戶集合Γ :為：Γ : = {1，2，…，Κ};初始化被 選擇用戶的集合So為空集，即慫=0淇中0表示集合為空集，K為待選用戶的總數(shù)目；
[0054] (7.2)計(jì)算第i次用戶選擇中待選用戶集合中用戶m的投影向量gm:
[0056]其中，Nt為基站天線數(shù)，grn為用戶m的信道狀態(tài)信息向量hm在span{g(i)，g(2)，…， g(i-i)}的正交補(bǔ)空間上的投影，m=l，2,…，card( Γ〇,其中card( 表示待選用戶集合 中的元素?cái)?shù)目，span{g⑴，g⑵，…，g(i-i)}為前i-1次被選用戶的投影向量{g⑴，g⑵，…， g(1-υ}組成的子空間，gd-υ和gG)分別代表第i_l次和第j次被選擇用戶的投影向量，hm為用 戶m的信道狀態(tài)信息向量，（· Γ表示向量的共輒轉(zhuǎn)置，Μ · | |2為向量2范數(shù)的平方，I為單位 矩陣，當(dāng)i = l時(shí)，投景多向量gm = hm;
[0057] (7.3)根據(jù)(7.2)中得到的投影向量，得到第i次被選擇用戶為：
[0059] 其中，card( ·)表示集合中元素的數(shù)目；
[0060] (7.4)利用第i次被選用戶對相關(guān)的信息進(jìn)行更新：
[0061] Si-Si-iU
[0062] h(i)=hn(i)，
[0063] g(i) = gII(i),
[0064] 其中，Si-i和Si分別表示為第i-1次和第i次被選用戶的集合，h⑴和g⑴分別為第i 次被選用戶的信道狀態(tài)信息向量和投影向量；
[0065] (7.5)根據(jù)選用戶集合51中的數(shù)目，計(jì)算第1+1次待選用戶集合「1+1:
[0066]若待選用戶集合Si*的數(shù)目小于基站發(fā)射天線數(shù)Nt，即carcKSiKNt，則得到第i+1 次待選用戶集合ri+1:
[0068] i-i+1，
[0069] 其中，1C為用戶m對應(yīng)的信道狀態(tài)信息向量的共輒轉(zhuǎn)置，g⑴為第i次被選用戶的投 影向量，
[0070] 否則，該半正交最優(yōu)用戶選擇過程結(jié)束；
[0071 ] (7.6)若待選用戶集合Γ i+1為非空集合，即1；:+1產(chǎn)0，則跳回步驟(7.2)繼續(xù)執(zhí)行， 否則，該半正交最優(yōu)用戶選擇過程結(jié)束。
[0072] 步驟8:基站根據(jù)被選擇用戶的用戶狀態(tài)信息對發(fā)送的信息做迫零波束成形，然后 將數(shù)據(jù)發(fā)送給基站選擇的用戶。
[0073] (8.1)為了減小傳輸過程中的用戶間干擾，需要先對發(fā)送數(shù)據(jù)做迫零波束成形，即 根據(jù)被選擇用戶的信道狀態(tài)信息構(gòu)造波束成形矩陣W:
[0075] 其中，W(S)表示集合S對應(yīng)的被選用戶的波束成形矩陣，H(S)表示集合S對應(yīng)的被 選用戶的信道狀態(tài)信息矩陣，H(sy表示該矩陣的偽逆，H(sr為該矩陣的共輒轉(zhuǎn)置，（· r1 表不括號中的矩陣的逆矩陣；
[0076] (8.2)對發(fā)送信號做波束成形后，將其通過下行鏈路發(fā)送給用戶，即用戶接收到的 信號向量y為：
[0077] y = H(S)ff(S)x+n,
[0078] 其中，y為被選用戶的接收信號向量，X為基站發(fā)送的信號向量，η為數(shù)據(jù)傳輸過程 中經(jīng)歷的噪聲向量。
[0079] 本發(fā)明的效果可通過以下仿真進(jìn)一步說明：
[0080] 1.仿真條件
[0081] 仿真使用的通信系統(tǒng)如圖2,所有發(fā)送信道均為準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平坦衰落信道，信道系 數(shù)服從均值為零，方差為1的復(fù)高斯分布，同時(shí)發(fā)送信道受到的干擾為均值為〇,方差為1的 加性高斯白噪聲。
[0082]為了簡化分析，假設(shè)用戶在系統(tǒng)中的位置是隨機(jī)均勻分布的，同時(shí)本發(fā)明中采用 用戶隨機(jī)分組的方式，即隨機(jī)將相同數(shù)目的用戶分為一組。每個(gè)用戶裝載一根接收天線。假 設(shè)本發(fā)明中的上行反饋信道不受噪聲干擾，同時(shí)沒有時(shí)間延遲。在下行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送中，基 站為每個(gè)已選用戶分配相同的功率。
[0083]仿真使用的方法有5種：1、本發(fā)明方法，2、全反饋半正交用戶調(diào)度方法，3、隨機(jī)向 量量化有限反饋用戶調(diào)度方法，4、格拉斯曼碼本有限反饋用戶調(diào)度方法，5、隨機(jī)波束成形 方法。
[0084] 2.仿真內(nèi)容與結(jié)果
[0085] 用本發(fā)明仿真系統(tǒng)和速度，分別與采用完美信道狀態(tài)信息、量化反饋和隨機(jī)波束 成形方案的系統(tǒng)和速度進(jìn)行比較，同時(shí)比較本發(fā)明的系統(tǒng)反饋量和采用全反饋半正交用戶 調(diào)度方案的系統(tǒng)反饋量。
[0086] 仿真 1:
[0087]設(shè)通信系統(tǒng)基站有4根天線，有60個(gè)用戶，每個(gè)用戶裝載1根天線，同時(shí)將用戶隨機(jī) 分組，且每組用戶數(shù)目為4,其中隨機(jī)向量量化有限反饋方案中采用8比特隨機(jī)碼本量化和 半正交用戶調(diào)度結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)用戶調(diào)度，格拉斯曼碼本有限反饋方案中采用8比特格 拉斯曼碼本量化和半正交用戶調(diào)度結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)用戶調(diào)度。用戶端的相關(guān)系數(shù)篩選閾 值α為0.3，半正交用戶調(diào)度算法中的相關(guān)性系數(shù)β為0.25;
[0088] 用上述5種方法進(jìn)行用戶調(diào)度，得到的系統(tǒng)和速度隨接收信噪比變化曲線如圖3所 不。
[0089] 由圖3可知，在一般ΜΜ0系統(tǒng)中，相比于隨機(jī)向量量化有限反饋用戶調(diào)度、格拉斯 曼碼本有限反饋用戶調(diào)度和隨機(jī)波束成形調(diào)度三種用戶調(diào)度方法，本發(fā)明有著較大的和速 度優(yōu)勢，同時(shí)，對比于全反饋半正交用戶調(diào)度方法，在減少系統(tǒng)反饋量的前提下，不會對系 統(tǒng)和速度造成過大的損耗。
[0090] 仿真 2:
[0091] 設(shè)通信系統(tǒng)基站有16根天線，有60個(gè)用戶，每個(gè)用戶裝載1根天線，同時(shí)將用戶隨 機(jī)分組，且每組中用戶數(shù)為5,其中隨機(jī)向量量化有限反饋方案中采用8比特隨機(jī)碼本量化 和半正交用戶調(diào)度結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)用戶調(diào)度。用戶端的相關(guān)系數(shù)篩選閾值α為0.2,半正 交用戶調(diào)度算法中的相關(guān)性系數(shù)β為〇. 38;
[0092] 用全反饋半正交用戶調(diào)度方法、隨機(jī)向量量化有限反饋用戶調(diào)度方法以及本發(fā)明 3種方法進(jìn)行用戶調(diào)度，得到的系統(tǒng)和速度隨接收信噪比變化曲線如圖4所示。
[0093]由圖4可知，在大規(guī)模ΜΜ0系統(tǒng)中，對比全反饋半正交用戶調(diào)度方法，本發(fā)明沒有 對系統(tǒng)的和速度造成過大的損失，且反饋用戶狀態(tài)信息的用戶數(shù)大大減少。同對比于量化 有限反饋方案，本發(fā)明的和速度性能具有極大的優(yōu)勢，且隨著平均接收信噪比的增加，和速 度性能的優(yōu)勢進(jìn)一步加大。
[0094]仿真 3:
[0095] 設(shè)通信系統(tǒng)基站有16根天線，有60個(gè)用戶，每個(gè)用戶裝載1根天線，此時(shí)用戶平均 接收信噪比為l〇dB;
[0096] 采用本發(fā)明和全反饋半正交用戶調(diào)度方法進(jìn)行用戶調(diào)度，得到的反饋用戶數(shù)隨系 統(tǒng)相關(guān)性閾值α變化的曲線圖，如圖5所示。
[0097]由圖5可知，在全反饋半正交用戶調(diào)度方法中，系統(tǒng)永遠(yuǎn)需要所有60個(gè)用戶的信道 狀態(tài)向量，而本發(fā)明可以通過控制閾值α的大小來調(diào)節(jié)中繼端向基站處反饋信道狀態(tài)信息 的用戶數(shù)，在本仿真中控制閾值α為0.15-0.25,此時(shí)基站大約只需要26-42個(gè)用戶的信道狀 態(tài)信息，從而極大的減少了系統(tǒng)的反饋量，且根據(jù)仿真1的結(jié)果知，本發(fā)明不會對系統(tǒng)的和 速度性能造成太大的影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大規(guī)模M頂O協(xié)作式用戶調(diào)度方法，包括如下步驟： (1) 基站發(fā)送訓(xùn)練序列給用戶，用戶根據(jù)該訓(xùn)練序列和所接收到的信號估計(jì)信道狀態(tài) 十目息H; (2) 將大規(guī)模MBTO系統(tǒng)內(nèi)的M個(gè)用戶均勻分為N組，每組中的用戶數(shù)目^&假定每 個(gè)組之間不會出現(xiàn)信息的相互干擾，其中「·1為向上取整符號； (3) 為每個(gè)用戶設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，設(shè)第i組的第k個(gè)用戶的定時(shí)器計(jì)時(shí)起點(diǎn) 的值與每個(gè)用戶的即時(shí)信道狀態(tài)信息有關(guān)，其表達(dá)式為：其中，λ為一個(gè)微秒級別的時(shí)間常數(shù)，1?為第i組的第k個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向量， ? 11表示取向量范數(shù)操作。 (4) 每組中的所有用戶分配得到計(jì)時(shí)起點(diǎn)后，其各自的定時(shí)器同時(shí)開始從計(jì)時(shí)起點(diǎn)逐 漸減?。? (5) 設(shè)第i組用戶Iu的計(jì)時(shí)器最先到零，該用戶將向第i組的所有其它用戶和基站廣播自 己的信道狀態(tài)信息向量1^和定時(shí)器停止信號； (6) 在第i組的其它用戶都接收到信道狀態(tài)信息最優(yōu)用戶Ic1的廣播信息后，停止其定時(shí) 器的計(jì)時(shí)，并計(jì)算用戶nu與用戶h之間的相關(guān)系數(shù)^ =其中，\和*^分別為第i組第k個(gè)和第m個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息向量，M為用戶的總數(shù) 目，N為用戶組的數(shù)目； (7) 比較每個(gè)組中用戶的相關(guān)系數(shù)與系統(tǒng)既定相關(guān)性閾值α之間的大?。喝绻?？％ <?， 貝IJ該第i組中用戶πη向基站反饋其信道狀態(tài)信息向量》^，如果^ ，則該用戶不向基站反 饋其信道狀態(tài)信息向量； (8) 基站接收到N個(gè)組發(fā)送過來的信道狀態(tài)信息后通過半正交用戶調(diào)度算法選擇出信 道正交特性最優(yōu)的用戶集合S，且card(S)<N t，其中card(S)表示集合S中的用戶數(shù)目，Nt表 示基站天線數(shù)； (9) 基站根據(jù)被選擇用戶的信道狀態(tài)信息構(gòu)造波束成形矩陣W，并用矩陣W對發(fā)送數(shù)據(jù) 做波束成形，再將波束成形后的信號發(fā)送給被選擇的用戶。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(1)中用戶獲取信道狀態(tài)信息估計(jì)值H，按如下 步驟進(jìn)行： (la) 基站向用戶發(fā)送用戶已知的訓(xùn)練序列X，用戶獲得接收信號：y = Hx+n，其中η為傳 輸過程中受到的加性高斯白噪聲向量，H為信號傳輸過程中的信道狀態(tài)信息矩陣； (lb) 用戶利用接收到的信號y和基站發(fā)送的訓(xùn)練序列X，根據(jù)最小均方誤差估計(jì)算法得 到信號傳輸過程中的信道狀態(tài)信息矩陣H:其中，（·）?示向量的共輒轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣，Rh = E{HtH}為信道狀態(tài)信息矩陣H的自 相關(guān)矩陣，E{ ·}為統(tǒng)計(jì)期望符號，r為縮放系數(shù)，其作用是減小估計(jì)誤差，<為接收噪聲功 率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(8)中所述的基站接收到N個(gè)用戶組發(fā)送過來 的信道狀態(tài)信息，然后通過半正交用戶調(diào)度算法選擇出信道狀態(tài)最優(yōu)的用戶，按如下步驟 進(jìn)行： (8a)初始化第一次用戶選擇中待選用戶集合「:為：Γ :=(1,2, ···，!(};初始化被選擇用 戶的集合So為空集，即為=0 ;其中0表示集合為空集，K為待選用戶的總數(shù)目； (8b)計(jì)算第i次用戶選擇中待選用戶集合中用戶s的投影向量gs:其中，Nt為基站天線數(shù)，gs為用戶s，s = l，2,…，card( Γ i)的信道狀態(tài)信息向量hs在span {g(i)，g(2)，···，g(i-1)}的正交補(bǔ)空間上的投影，span{g(i)，g(2),…，g(i-1)}為前i_l次被選用戶 的投影向量{g⑴，g⑵，…，gU-i)}組成的子空間，g(i-i)和g(j)分別代表第i-Ι次和第j次被選 擇用戶的投影向量，h s為用戶s的信道狀態(tài)信息向量，（· Γ表示向量的共輒轉(zhuǎn)置，M · I I2為 向量2范數(shù)的平方，I為單位矩陣，當(dāng)i = l時(shí)，投影向量gs = hs; (8c)根據(jù)(8b)中得到的投影向量，得到第i次被選擇用戶為：(8d)利用第i次被選用戶對相關(guān)的信息進(jìn)行更新： Si^Si-i U h(i) = hn(i), g(i) = gir(i)， 其中，Si-i和Si分別表示為第i-l次和第i次被選用戶的集合，h⑴和g⑴分別為第i次被選 用戶的信道狀態(tài)信息向量和投影向量； (Se)根據(jù)選用戶集合&中的數(shù)目，計(jì)算第i+Ι次待選用戶集合Γ1+1: 若被選用戶集合S1*的數(shù)目小于基站發(fā)射天線數(shù)Nt，即CarcKS1XN t,則得到第i+1次待 選用戶集合r1+1:其中，h!為用戶s對應(yīng)的信道狀態(tài)信息向量的共輒轉(zhuǎn)置，g⑴為第i次被選用戶的投影向 量； 否則，該半正交最優(yōu)用戶選擇過程結(jié)束； (8f)判斷待選集合Γ i+1是否為空集： 若待選用戶集合r 1+1為非空集合，即r;+1 ，則返回步驟(8b)繼續(xù)進(jìn)行最優(yōu)用戶選擇， 否則，該半正交最優(yōu)用戶選擇過程結(jié)束。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(9)中的基站根據(jù)被選擇用戶的用戶狀態(tài)信息 對發(fā)送的信息做迫零波束成形，按如下公式進(jìn)行：其中，S為被選用戶集合，W(S)表示集合S對應(yīng)的被選用戶的波束成形矩陣，H(S)表示集 合S對應(yīng)的被選用戶信道狀態(tài)信息矩陣，表示H(S)的偽逆，H(ST表示H(S)的共輒轉(zhuǎn) 置，（· Γ1表示矩陣的逆矩陣。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（9)中將波束成形后的信號發(fā)送給被選的用 戶，是對發(fā)送信號做波束成形后，將其通過下行鏈路發(fā)送給用戶，即用戶接受到的信號向量 y為： y = H(S)ff(S)x+n, 其中，X為基站發(fā)送的信號向量，η為數(shù)據(jù)傳輸過程中經(jīng)歷的噪聲向量。
【文檔編號】H04W72/12GK106028462SQ201610345623
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】宮豐奎, 陳翔, 張南, 李棟
【申請人】西安電子科技大學(xué)