專利名稱：多用戶mimo廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信領(lǐng)域的多天線多用戶調(diào)度技術(shù)，更具體地講，是一 種多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法。
背景技術(shù)：
下一代無線通信系統(tǒng)(B3G/4G)支持的業(yè)務(wù)從語音到多媒體業(yè)務(wù)，包括實(shí)時的 流媒體業(yè)務(wù)，這需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率。然而在有限的無線資源條 件下，即對于功率、帶寬和復(fù)雜度受限的無線通信系統(tǒng)而言，大幅度提高系統(tǒng)容 量是一個極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上同時裝備 多根天線，構(gòu)成多入多出(MIMO)傳輸系統(tǒng)。MIMO技術(shù)充分開發(fā)空間資源， 可以在不增加帶寬和發(fā)射功率的情況下成倍提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率
并能夠增強(qiáng)無線連接的可靠性。在散射豐富的無線通信環(huán)境中， 一個擁有^根發(fā)
射天線和^根接收天線的點(diǎn)對點(diǎn)MIMO系統(tǒng)的信道容量是與發(fā)射天線數(shù)和接收
天線數(shù)相對較小的值min (M, 7V)成線性關(guān)系的。
近年來，多用戶多入多出(MU-MIMO)系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。在多用戶MIMO 廣播信道中，具備M根發(fā)射天線的基站與K個具有多接收天線的移動用戶進(jìn)行 通信。這種系統(tǒng)能夠獲得多用戶分集增益。由于網(wǎng)絡(luò)中存在多個用戶，多用戶分 集來源于存在著獨(dú)立衰落信號路徑，這可理解為一種用戶選擇性分集。多用戶分 集是利用信道衰落來改善系統(tǒng)性能的由衰落引起的信道波動確保以高概率存在 一個用戶，其信道強(qiáng)度遠(yuǎn)大于所有用戶的平均水平，將全部的系統(tǒng)資源分配給該 用戶就可以充分利用強(qiáng)信道的增益。MIMO廣播系統(tǒng)的容量域可以通過臟紙編碼 技術(shù)(DPC)達(dá)到。臟紙編碼使得發(fā)射端能夠預(yù)先消除非因果知道的干擾，從而 達(dá)到最優(yōu)系統(tǒng)速率和?？梢岳脧V播信道(BC)和多址接入信道(MAC)之間 的對偶性實(shí)現(xiàn)DPC容量，即將應(yīng)用于多址接入信道的迭代注水方法映射為廣播信 道的調(diào)度策略以達(dá)到DPC容量，這種方法的復(fù)雜度為OpW^2)。然而這種非線性
4編碼復(fù)雜度太高，以至于難以在實(shí)際系統(tǒng)中采用。
作為次優(yōu)的迫零波束形成(ZFBF)方法可以避免實(shí)施DPC的高復(fù)雜度，這 種簡單的線性預(yù)編碼方法也被稱為正交發(fā)射空間濾波(OTSF)或信道倒置。此方
法對發(fā)送給每個用戶的數(shù)據(jù)流進(jìn)行獨(dú)立編碼，并以波束形成矢量加權(quán)產(chǎn)生相互正 交的信道以消除多用戶間干擾。ZFBF也是一種漸進(jìn)性最優(yōu)的方法，即當(dāng)用戶個 數(shù)趨于無限時，可獲得與DPC相同的漸進(jìn)性容量和。
迫零方案的成功實(shí)現(xiàn)要求所用用戶總的接收天線數(shù)必須不多于基站的發(fā)射天 線數(shù)。當(dāng)條件不滿足時，不能進(jìn)行完全迫零，也即不能實(shí)現(xiàn)向所有K個用戶同時 傳送數(shù)據(jù)流而不存在用戶間干擾。然而在實(shí)際系統(tǒng)中，用戶數(shù)K和總的接收天線 數(shù)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基站發(fā)射天線數(shù)M，此時解決的辦法是在所有K個用戶中選擇不 多于M個用戶數(shù)的子集同時進(jìn)行通信顯然最優(yōu)用戶子集通過完全搜索(窮舉)獲
得，搜索空間的大小為iPH。顯然當(dāng)K較大時，窮舉法的復(fù)雜度將變得很高。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為了減小窮舉用戶選擇方法的搜索復(fù)雜度， Goran Dimic等在《IEEE Transactions On Signal Processing》(美國電氣與電子工程 師協(xié)會信號處理會報)(2005年第53期第3857頁至3868頁)上發(fā)表了 ("On Downlink Beamforming with Greedy User Selection: Performance Analysis and a Simple New Algorithm")("具有貪婪用戶選擇的下行波束成型性能分析和一種 簡單的新方法")，該文中提出了基于迫零波束形成的一種貪婪用戶遞增選擇方法， 每次選取用戶使得系統(tǒng)下行速率和最大化，直到選取的用戶數(shù)達(dá)到發(fā)射天線數(shù)或 是總的容量不再增加。其不足之處在于該方法每次迭代時要對復(fù)合信道矩陣求
逆，其復(fù)雜度為^M^)，當(dāng)M和K較大時，該方法的復(fù)雜度仍然比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種多用戶MIMO廣
播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法，使基站能夠快速地選擇出一組具有高質(zhì)量
信道條件的活動用戶，使系統(tǒng)獲得較好的總吞吐量性能，在系統(tǒng)和容量性能損失
很小的同時，保證基于迫零波束形成策略的通信系統(tǒng)能夠獲得多用戶分集增益。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是具有多個發(fā)射天線的基站通 過具有單接收天線的多個終端的信道信息來選擇一組滿足要求的下行鏈路發(fā)送目標(biāo)終端，首先由小區(qū)內(nèi)全部移動終端得到每個用戶的完全信道狀態(tài)信息。然 后構(gòu)造信道模值-角度效用函數(shù)，直接通過各用戶接收端的信道估計得到待選用戶
集合^中第''個用戶的信道模值lh,l ，々是該用戶與已選用戶信道之間的角度累 積和，本方法迭代選取用戶使效用函數(shù)^—W最大化，每次迭代完成后，選中的
用戶進(jìn)入已選用戶子集A，并從待選用戶集合^中刪除，直到選擇的用戶數(shù)lAl等 于發(fā)射天線數(shù)M。
本發(fā)明包括如下步驟
第一步，從所有移動接收端獲得每個用戶的信道狀態(tài)信息(CSI)，該信 道狀態(tài)信息可以利用信道估計方法獲得；
第二步，對于每一個移動終端用戶的信道狀態(tài)信息提取所有的信道模值；
所述的選取信道模值最大的用戶作為第一個選定的用戶，也即選取信道增 益或信道容量最大的用戶。
第三步，根據(jù)得到的信道模值，進(jìn)行基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，
所述的基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，具體為
① 選取信道模值最大的用戶作為第一個選定的用戶；
② 計算剩余用戶與第一個用戶的信道間角度，通過信道和模值構(gòu)造效用 函數(shù)；
③ 將選定的用戶標(biāo)號存入索引集合A中，并從待選用戶集合Q中刪除；
④ 按照效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則，迭代選取其余的M-l個用戶； 進(jìn)一步的，所述的基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，具體實(shí)現(xiàn)如下
I、初始化各量s = l， A = 0 (空集)，Q,={1,...，K}。其中S為迭代次數(shù)，
A為選中的用戶集合，Q為本次迭代時待選用戶的集合。
n、選取第一個用戶，其信道模值為所有用戶中最大的；r(l) = argmax||ht||;
此用戶的序號進(jìn)入已選用戶集合A，并從待選用戶集合中刪除，A — AU{;r(l)}，
Q2二^eQ^^;r(l》；迭代次數(shù)指標(biāo)更新s" + l。
III、設(shè)置角度累加變量々，表示待考察用戶與已選用戶信道間的角度累加和。計算待選用戶與已選的第一個用戶信道之間的角度C 1 ， ，
"=>3"，構(gòu)造效用函數(shù)&鄉(xiāng)(0^| ,)|><々)"，依據(jù)效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則，選 出第二個用戶"^hargT^^J"，同步驟II，更新已選用戶集合A，待選
用戶集合Q,和迭代次數(shù)S: A —AU{"(J)}， Qs+l={/teQs，A^;z"(》}, 5 = 1 + 1;
IV、以效用函數(shù)&,,。.為核心，迭代選取其余(M-2)個用戶，重復(fù)第III步
直到滿足要求的已選用戶子集合A 。
上述過程中，每次迭代選定一個用戶，該用戶不再參與下一輪迭代，縮小 搜索的空間。
每次迭代選取一個用戶，當(dāng)已選的用戶數(shù)小于基站發(fā)射天線數(shù)M時，重 復(fù)執(zhí)行按照效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則迭代選取其余用戶；當(dāng)己選的用戶數(shù)等于基 站發(fā)射天線數(shù)M時，則輸出選擇的目標(biāo)終端索引集合。
第四步，根據(jù)選出的用戶子集A，進(jìn)行迫零波束成形和功率注水分配。
本發(fā)明根據(jù)多用戶的信道狀態(tài)信息(CSI)對MIMO下行鏈路進(jìn)行用戶調(diào) 度，將信道狀態(tài)信息分解為信道模值和信道間角度，并根據(jù)兩者關(guān)于信道模 型的概率統(tǒng)計分布構(gòu)造了一個新的乘積一指數(shù)型的效用函數(shù)，基站發(fā)射端以 這個效用函數(shù)最大化為準(zhǔn)則迭代選取用戶。構(gòu)造的新型效用函數(shù)綜合考慮了 用戶的信道模值和彼此間的正交性，并且有效地避免了傳統(tǒng)貪婪用戶遞增選 擇方法中的復(fù)合信道矩陣求逆運(yùn)算，復(fù)雜度大大減小，從而使基站能夠快速 尋找到一組信道條件較好的用戶子集同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于構(gòu)造的效用函數(shù)只包含信道模值和角度，因次所提出 的方法有效地避免了貪婪用戶遞增選擇方法中的用戶信道復(fù)合矩陣求逆運(yùn) 算，只需要進(jìn)行矢量內(nèi)積運(yùn)算，復(fù)雜度上得以大大的降低。同時本發(fā)明方法 在不同的發(fā)射天線數(shù)、用戶數(shù)和信噪比條件下均能達(dá)到很好的吞吐量性能， 和貪婪方法性能十分接近，比傳統(tǒng)的TDMA方式和基于信道模值或基于角度 的用戶選擇方法有了很大的性能增益。因此本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在通信系統(tǒng)性能與 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度之間合理有效的折中選擇，很適合在實(shí)際系統(tǒng)中使用?？梢?為超三代(B3G)、第四代(4G)蜂窩移動通信以及無線局域網(wǎng)(WLAN)、
7無線廣域網(wǎng)(WWAN)等系統(tǒng)的用戶選擇方案提供重要的理論依據(jù)和具體的 實(shí)現(xiàn)方法。


圖1是多用戶MIMO下行鏈路框圖2是M=2, K=100條件下系統(tǒng)速率和隨SNR變化的方法性能比較曲線 圖(Rayleigh信道模型);
圖3是M二4， KMOO條件下系統(tǒng)速率和隨SNR變化的方法性能比較曲線 圖(Rayleigh信道模型);
圖4是M=2， K=100條件下不同用戶選擇方法系統(tǒng)速率和之間的比值曲 線圖5是M=4， K=100條件下不同用戶選擇方法系統(tǒng)速率和之間的比值曲 線圖6是M=2, SNR-10犯時速率和隨用戶數(shù)K變化的方法性能比較曲線
圖7是M=4， SNR=10dB時速率和隨用戶數(shù)K變化的方法性能比較曲線
圖8是不同用戶選擇方法復(fù)雜度性能比較曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明 的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
(1)基于波束成形的多用戶MIMO廣播信道系統(tǒng)的構(gòu)造
基于發(fā)射端波束成形策略的多用戶MIMO下行廣播信道系統(tǒng)的構(gòu)造如圖 l所示，本發(fā)明基站采用2根或4根發(fā)射天線，每個移動用戶終端為單接收天線。 準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息在各個用戶接收端獲取，并通過無噪聲，無延遲的理想 反饋信道反饋給基站發(fā)射端，本發(fā)明不涉及具體的獲取方式。發(fā)射端依據(jù)用 戶信道反饋信息完成對發(fā)射信號的波束形成。為了全面測試本發(fā)明對系統(tǒng)和 容量性能的影響，采用多徑Rayldgh信道模型仿真。(2)信道狀態(tài)信息的獲取
本發(fā)明不涉及信道估計的具體問題，本發(fā)明都是假定每個用戶接收端能 夠準(zhǔn)確地得到各自全部的信道狀態(tài)信息。
(3)效用函數(shù)的構(gòu)造
對于兩個用戶的情況，MIMO廣播信道容量的一個下界為
(Vh, +h，h，
=log
《(wi2+Nr)4iwih氛(i)
h,h'
其中^"-,,1二2|,|2 。注意到兩個信道矢量的夾角為/^，因此 反
N|2 h2||2 INIh 映了用戶信道間的相關(guān)性，"2越大則信道正交性越好。
從式(1)可以得出結(jié)論兩用戶MIMO下行鏈路容量與用戶信道矢量
的模值以及兩者間的正交性密切相關(guān)。因此針對MU-MIMO系統(tǒng)，為了獲得 更大的系統(tǒng)下行速率和，基站在進(jìn)行用戶選擇時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮用戶信道矢 量模值以及信道相互之間的相關(guān)性。為此構(gòu)造信道模值-角度效用函數(shù) ^WW = (|hn(,)|x<，其中l(wèi)h。(,)l為待選用戶集合Q,中第沖用戶的信道模值，" 是該用戶與已選用戶信道之間的角度累積和，本方法迭代選取用戶使效用函 數(shù)《。^(/)最大化，每次迭代完成后，選中的用戶在保證自身信道模值較大的
同時，又可以保證它與已選用戶間的角度性能較好(更加接近于正交情況)， 從而保證了最終選出的用戶集合可以獲得良好的下行的系統(tǒng)速率和性能。 (4) MU-MIMO發(fā)射端迫零波束成形過程
基站發(fā)射端采用線性波束成形發(fā)射策略。設(shè)發(fā)送給用戶^的數(shù)據(jù)符號為 ^，波束成形矩陣W^Wp^,...,^]，功率控制矩陣/) = "—^1,^2,...,^;)，則發(fā)
射信號矢量可表示為
x=wV s=|;v^^ (2)
其中w,為歸一化權(quán)重矢量，即滿足<w,=l， j = l，2，...,K 則第A個用戶的接收信號為<formula>formula see original document page 10</formula>基站通過迫零波束成形(ZFBF)選取每個波束成形權(quán)重矢量以滿足 ht^=0，從而完全消除了用戶間干擾，這要求所有用戶總的接收天線
數(shù)不大于發(fā)射天線數(shù)。當(dāng)條件不滿足時，由于HH"不可逆，不能進(jìn)行完全迫 零，因此不能實(shí)現(xiàn)向所有K個用戶同時傳送數(shù)據(jù)流而不存在用戶間干擾。解 決的辦法是在所有K個用戶中選擇不多于M個用戶數(shù)的子集同時進(jìn)行通信。
設(shè)A為所有用戶的一個子集合，Ac仏...,W且lAlsM。設(shè)A中的用戶信道矩陣 分別為11,1，11,,..,、| 。則用戶子集A對應(yīng)的復(fù)合信道矩陣為
h<formula>formula see original document page 10</formula>|
迫零波束成形矩陣為
WA=Hl《(HAH"'= 用戶4接收到的信號為
■ '1 ， '？ '|A| ■
則用戶集合A的系統(tǒng)速率和為:
i f^ = max "og—
A IX ^ 」
1 + '
乙/V " jUl
是第^個用戶的等效信道增益<
(5)功率注水分配 通過注水方法(water-filling)求得分配給第^個用戶的功率A :
(4)
(5)
(6)
(7)
A-丄.、.
(8)
其中Oc)+:maxOc，0)，義為注水線，其作用是使用戶分配的功率和滿足總功 率約束條件。
10本發(fā)明中，基于效用函數(shù)&一的用戶選擇方法有效地避免了貪婪方法過
程中的矩陣求廣義逆運(yùn)算。以一次矢量內(nèi)積運(yùn)算為基本單元考察方法的復(fù)雜 度，所提出方法的矢量內(nèi)積運(yùn)算主要集中在步驟3:迭代選擇用戶時，需要求 出待選用戶和已選用戶信道間的角度。 一個角度包括了一次矢量內(nèi)積和兩個 向量的Eudidean范數(shù)計算。但對于信道模值，基站可以通過用戶反饋的信道 狀態(tài)信息，在調(diào)度開始前一次性計算得到。每次計算角度時，不需要再計算 各用戶的信道模值，而只需根據(jù)選中的用戶標(biāo)號直接調(diào)用。因此，求信道間 的角度僅為一次內(nèi)積運(yùn)算。
步驟3需要迭代選出第二個到第M個用戶。選擇第二個用戶時，需要求待 選的《-l個用戶與已選的第一個用戶的信道角度，即《-l次矢量內(nèi)積。依此 類推，選擇第M個用戶時，要求待選的K-M + 1個用戶與已選的M-1個用戶間 的角度，每一個待選用戶需要進(jìn)行M-1次矢量內(nèi)積。加上迭代開始前的K個 用戶信道模值計算，本發(fā)明方法的總運(yùn)算量為.-
X + g,(K_i) = (M2—M + 2)X/2 —A/(M —1)(2M —1)/6 (9)
由式(9)可得本文方法的復(fù)雜度近似為0(A/Y)。在現(xiàn)有的MU-MIMO用
戶選擇方法中達(dá)到DPC容量的迭代注水方法復(fù)雜度為0(M2/^ )。貪婪用戶選擇
方法的復(fù)雜度也以矢量內(nèi)積為基準(zhǔn)，其復(fù)雜度為0(A/乂)。因此，基于效用函
數(shù)最大化的用戶選擇方法比迭代注水方法和貪婪選擇方法的復(fù)雜度大為降 低，尤其是當(dāng)發(fā)射天線數(shù)M和用戶數(shù)K較大時，基站采用新方法的快速調(diào)度性 能將更加突出。
(5)實(shí)施例 實(shí)施例1
本實(shí)施例基于上述的多徑Rayleigh信道模型，這種窄帶通信系統(tǒng)的信道 模型適合于散射豐富且無視距傳輸分量的無線通信環(huán)境，此時、為零均值循
環(huán)對稱復(fù)高斯隨機(jī)變量(ZMCSCG)。假定信道為準(zhǔn)靜態(tài)的頻率非選擇性慢衰 落信道，即信道在每一幀傳輸開始時刻隨機(jī)產(chǎn)生，而在每一幀的傳輸間隔內(nèi)保持不變。進(jìn)一步假定系統(tǒng)的收發(fā)端都具有準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息(perfect CSI)，每個用戶通過無噪聲無延時的理想反饋信道，將各自的信道狀態(tài)信息 反饋給發(fā)射端，使基站獲得所有用戶準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息。
通過Monte Carlo仿真比較新方法與幾種傳統(tǒng)用戶選擇方法的性能。傳統(tǒng) 的用戶選擇方法包括通過迭代注水方法實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)和容量DPC，貪婪用戶遞 增選擇方法，分別基于信道模值或信道角度的選擇方法，以及時分復(fù)用 (TDMA)下行調(diào)度方法。在TDMA中，基站每一個調(diào)度時刻只選擇一個具 有最大信道容量的用戶進(jìn)行通信。如系統(tǒng)模型所假設(shè)，系統(tǒng)仿真產(chǎn)生104個獨(dú) 立同分布的準(zhǔn)靜態(tài)、平坦、瑞利衰落信道，通過對所有信道實(shí)現(xiàn)取平均得到 系統(tǒng)速率和。
圖2所示為發(fā)射天線數(shù)分別為M=2情況下，系統(tǒng)速率和隨信噪比SNR的 變化情況，其中用戶數(shù)為K=100?？梢钥闯?，在不同信噪比條件下所提出的 效用函數(shù)最人化選擇方法和貪婪用戶遞增選擇方法性能十分接近。本發(fā)明方 法比迭代注水方法的DPC容量僅差0.6bps，在相同速率和條件下，SNR僅有 0.9dB的損失，比基于角度和基于模值的選擇方法分別要好2dB和4dB;
圖3所示為發(fā)射天線數(shù)分別為M-4，K-100時，系統(tǒng)速率和隨信噪比SNR 的變化情況。本發(fā)明方法與DPC的差距在2dB以內(nèi)，比基于角度和基于模值 的優(yōu)化大約2dB和6dB。和TDMA方式相比，基于效用函數(shù)的方法平均要優(yōu) 化13.88bps，并且隨著SNR的增加，本發(fā)明方法的性能更加突出。
圖4所示為用戶數(shù)lv^2， K-100條件下，本發(fā)明方法和DPC容量以及貪 婪選擇方法速率和的比值關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出隨著SNR的增加，兩 個比值都在逐漸提高。本發(fā)明方法與貪婪用戶選擇下行速率和的比值十分接 近于1，兩種方法基本上能達(dá)到相同的速率和。同時本發(fā)明方法也達(dá)到了相比 于DPC容量很高比例的系統(tǒng)速率和，效用函數(shù)方法獲得了不低于DPC容量 88%的系統(tǒng)吞吐量；
圖5是M=4， K=100時，本發(fā)明方法和DPC容量以及貪婪選擇方法速率 和的比值關(guān)系?？梢钥闯?，所提出的基于效用函數(shù)的方法與貪婪選擇方法的 比值在任意SNR ( 0—30dB )下都高于0.95 ;在中高信噪比區(qū)域 (SNR=10—30dB),本發(fā)明方法與迭代注水DPC和容量的比值在0.85至0.95
12之間。
圖6比較了 M=2， SNR-10dB條件下幾種用戶選擇方法隨用戶數(shù)K的變 化情況。從圖中可以看出，在不同K值下，效用函數(shù)方法和貪婪選擇方法性 能十分接近，并且隨著用戶數(shù)的增大，兩者之間的差距進(jìn)一步減小。同時比 基于模值，基于角度和TDMA三種用戶選擇方案獲得了很大的性能增益。
圖7是M=4， SNR=10dB情況下幾種用戶選擇方法隨用戶數(shù)K的變化情 況。與圖6所示的M3時的曲線相比，可以看出，隨著天線數(shù)的增加，效用 函數(shù)方法和貪婪選擇方法的和容量性能更加接近，兩者之間的差距進(jìn)一步減 小。
圖8所示為M:2，4兩種情況下，基于效用函數(shù)的用戶選擇方法與迭代注 水方法、貪婪方法的復(fù)雜度關(guān)系比較圖。從圖8可以看出，三種方法中實(shí)現(xiàn) DPC最優(yōu)容量的迭代注水方法復(fù)雜度最高，貪婪用戶選擇方法復(fù)雜度次之， 本發(fā)明所提出的基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇方法復(fù)雜度最低。并且隨著 發(fā)射天線數(shù)M的增大，本發(fā)明方法的低復(fù)雜度優(yōu)越性比另外兩種方法更加突 出。
1權(quán)利要求
1、一種多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，從所有移動接收端獲得每個用戶的信道狀態(tài)信息；第二步，對于每一個移動終端用戶的信道狀態(tài)信息提取所有的信道模值；第三步，根據(jù)得到的信道模值，進(jìn)行基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇；所述的基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，具體為①選取信道模值最大的用戶作為第一個選定的用戶；②計算剩余用戶與第一個用戶的信道間角度，通過信道和模值構(gòu)造效用函數(shù)；③將選定的用戶標(biāo)號存入索引集合A中，并從待選用戶集合Ω中刪除；④按照效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則，迭代選取其余的M-1個用戶；第四步，根據(jù)選出的用戶子集A，進(jìn)行迫零波束成形和功率注水分配。
2、 如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇 方法，其特征是所述的信道狀態(tài)信息是通過信道估計方法獲得。
3、 如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇 方法，其特征是所述的選取信道模值最大的用戶作為第一個選定的用戶， 也即選取信道增益或信道容量最大的用戶。
4、 如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇 方法，其特征是所述的基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，具體實(shí)現(xiàn)如下I、初始化各量S = l， A:0空集，Q1={1,...，W，其中S為迭代次數(shù)，A為選中的用戶集合，Q為本次迭代時待選用戶的集合；n、選取第一個用戶，其信道模值為所有用戶中最大的"l)-argg^llh』；此用戶的序號進(jìn)入己選用戶集合A，并從待選用戶集合中刪除，A仨AU^(1》，Q2={yfceQ,，/^;r(l)};迭代次數(shù)指標(biāo)更新s" + l;III、設(shè)置角度累加變量"，表示待考察用戶與已選用戶信道間的角度累加和，計算待選用戶與己選的第一個用戶信道之間的角度cos^ 1 " ，<formula>formula see original document page 3</formula>^P + ^ ，構(gòu)造效用函數(shù)^,吵(/)—lh。(,』^f ，依據(jù)效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則，選 出第二個用戶；r(2卜arg^jc^^("，同步驟II，更新已選用戶集合A，待選用戶集合Q,和迭代次數(shù)S: AiAU{""}， Qs+1 ={*eCls^-;r("} ， s = s + l;IV、以效用函數(shù)《 %為核心，迭代選取其余M-2個用戶，重復(fù)第III步直 到滿足要求的已選用戶子集合A。
5、 如權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法，其特征是每次迭代選定一個用戶，該用戶不再參與下一輪迭代。
6、 如權(quán)利要求4所述的多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法，其特征是每次迭代選取一個用戶，當(dāng)已選的用戶數(shù)小于基站發(fā)射天 線數(shù)M時，重復(fù)執(zhí)行按照效用函數(shù)最大化準(zhǔn)則迭代選取其余用戶；當(dāng)已選的 用戶數(shù)等于基站發(fā)射天線數(shù)M時，則輸出選擇的目標(biāo)終端索引集合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多用戶MIMO廣播信道中低復(fù)雜度用戶的選擇方法。本發(fā)明首先從所有移動接收端獲得每個用戶的信道狀態(tài)信息；對于每一個移動終端用戶的信道狀態(tài)信息提取所有的信道模值；根據(jù)得到的信道模值，進(jìn)行基于效用函數(shù)最大化的用戶選擇，其中每次迭代選定一個用戶，該用戶不再參與下一輪迭代。本發(fā)明使基站能夠快速地選擇出一組具有高質(zhì)量信道條件的活動用戶，使系統(tǒng)獲得較好的總吞吐量性能，在系統(tǒng)和容量性能損失很小的同時，保證基于迫零波束形成策略的通信系統(tǒng)能夠獲得多用戶分集增益。
文檔編號H04W72/00GK101499837SQ200910045030
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者韡 關(guān), 宇 張, 徐朝凱, 羅漢文, 磊 陳 申請人:上海交通大學(xué)