專利名稱：Mu-mimo系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及多用戶多輸入多輸出(簡稱MU-MIM0)系 統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，多輸入多輸出(簡稱ΜΙΜΟ)技術(shù)以其很高的頻譜利用率、良好的抗多 徑衰落和抗干擾性能，成為未來移動通信的主要技術(shù)之一。多用戶多輸入多輸出(簡稱 MU-MIM0)系統(tǒng)由于能同時服務(wù)多個用戶，并仍然保持MIMO天線系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因此引起了越 來越廣泛的關(guān)注。然而由于多用戶MIMO系統(tǒng)中多個用戶共用同一時間與頻率資源，必然會 引入多用戶的共信道干擾(簡稱CCI)，影響數(shù)據(jù)的可靠接收，導(dǎo)致MU-MIMO系統(tǒng)的吞吐量降 低。為了有效的抑制多用戶的CCI，基站(簡稱BS)需要采用合理的用戶調(diào)度方法。在時分雙工復(fù)用(簡稱TDD)模式下，基站可以通過信道互易性獲知用戶的信道 信息，采用基于非碼本的用戶調(diào)度方法，可以更好的利用TDD模式的優(yōu)點(diǎn)，從而更好的提高 MU-MIMO系統(tǒng)的性能。現(xiàn)有的用戶調(diào)度方法主要有1.基站遍歷所有用戶，計算每個用戶的MIMO信道矩陣的Frobenius范數(shù)值，也即 用戶的MIMO信道增益。根據(jù)用戶信道增益的大小，進(jìn)行用戶的調(diào)度。使得被調(diào)度的用戶集 合具有最大的MIMO信道增益。這種方法簡稱為NBS。2.基站遍歷所有用戶，計算每個用戶的MIMO信道矩陣的Frobenius范數(shù)值，也即 用戶的MIMO信道增益，調(diào)度具有最大MIMO信道增益的用戶。遍歷所有未被調(diào)度的用戶，計 算與已調(diào)度用戶的信道相關(guān)性。通過門限值的設(shè)定，對未調(diào)度的用戶進(jìn)行取舍，更新未調(diào)度 用戶的集合。在更新的用戶集合內(nèi)，仍然優(yōu)先調(diào)度具有最大MIMO信道增益的用戶。這種方 法簡稱為SUS。3.基站遍歷所有用戶，計算每個用戶的SU-MIMO系統(tǒng)吞吐量，選取具有最大系統(tǒng) 吞吐量值的用戶作為第一個調(diào)度用戶。遍歷所有未被調(diào)度的用戶，聯(lián)合已調(diào)度的用戶，計算 MU-MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)吞吐量，調(diào)度使得MU-MIMO系統(tǒng)吞吐量最大的用戶。這種方法簡稱為 GIS。4.基站遍歷所有用戶，計算每個用戶對于MU-MIMO系統(tǒng)吞吐量的影響，依次排除 對MU-MIMO系統(tǒng)吞吐量影響小的用戶，更新剩余用戶的集合，即為調(diào)度用戶的集合。這種方 法簡稱為⑶S。上述現(xiàn)有的MU-MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法的主要缺點(diǎn)是未能充分的利用多用戶分 集增益，導(dǎo)致MU-MIMO系統(tǒng)吞吐量不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的MU-MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法未能充分的利用多 用戶分集增益的不足，提出了 MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方法是=MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，包括步驟步驟1 各用戶根據(jù)接收的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計以獲取自身當(dāng)前的MIMO信道矩 陣，各用戶分別計算自身的MIMO信道矩陣的Frobenius范數(shù)值，也即各用戶的MIMO信道增益。步驟2 基站通過信道互易性獲知各用戶端的MIMO信道矩陣和MIMO信道增益；步驟3 基站根據(jù)從用戶獲知的各用戶的MIMO信道增益，調(diào)度具有最大MIMO信道 增益的用戶作為基站發(fā)送的第一個用戶；步驟4 基站代入已調(diào)度的用戶的MIMO信道矩陣和未調(diào)度用戶的MIMO信道矩陣 到用戶調(diào)度函數(shù)，計算并選取最大函數(shù)值所對應(yīng)的用戶作為下一個調(diào)度用戶，依次遍歷所 有未調(diào)度用戶直到調(diào)度出的用戶的數(shù)目達(dá)到基站調(diào)度器的設(shè)計要求。本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明基站代入已調(diào)度的用戶的MIMO信道矩陣和未 調(diào)度用戶的MIMO信道矩陣到用戶調(diào)度函數(shù)來確定下一個調(diào)度用戶，保證了每次調(diào)度的用 戶都使得MU-MIMO系統(tǒng)具有最大的多用戶分集增益，從而提高了 MU-MIMO系統(tǒng)的吞吐量。


圖1是MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的主流程圖。圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的方法與現(xiàn)有技術(shù)方法的吞吐量對比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。在對具體實(shí)施作詳細(xì)的介紹時，同時對實(shí)施例的基礎(chǔ)知識做簡要介紹，由于這部 分內(nèi)容都是基于現(xiàn)有技術(shù)，因此沒有做詳細(xì)的展開描述，但是這并不影響本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員對本發(fā)明的理解和實(shí)施。如附圖1所示，圖中基站包括調(diào)度器和預(yù)編碼器，基站所覆蓋的所有用戶(從用戶 1到用戶X)通過導(dǎo)頻估計出各自的信道矩陣，并使用Frobenius范數(shù)計算出信道增益。根 據(jù)TDD模式下的信道互易性，基站可獲知所有用戶的信道矩陣和信道增益，利用調(diào)度器調(diào) 度出用于用戶發(fā)送數(shù)據(jù)信息的用戶，系統(tǒng)再經(jīng)過預(yù)編碼器將數(shù)據(jù)信息傳送到天線端進(jìn)行發(fā) 送到用戶接收。在TDD模式下，定義M為基站端發(fā)射天線數(shù)，小區(qū)內(nèi)共有X個用戶，每個用 戶都只有1根接收天線。同一時間基站只對Κ(Κ小于或等于Μ)個用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為 了簡化分析，本發(fā)明的功率分配采用平均功率分配。第k個用戶的MIMO信道矩陣為hk = [hka K hk,M] (1)hk,j為第j根發(fā)射天線到第k個用戶的接收天線的信道沖激響應(yīng)，其包絡(luò)服從獨(dú)立 同分布的Rayleigh衰落。第k個用戶接收到的信號為yk = hkffs+nk (2)s為KX 1維的發(fā)射數(shù)據(jù)矢量，包含K個用戶的數(shù)據(jù)流。W為MXK維預(yù)編碼矩陣。 nk是零均值和方差為S 2加性高斯噪聲。
在TDD模式下，通過信道互易性，基站可以獲得所有用戶的信道狀態(tài)信息?；靖?據(jù)用戶的信道信息，進(jìn)行預(yù)編碼器的設(shè)計。本發(fā)明采用ZFBF預(yù)編碼技術(shù)。ZFBF技術(shù)只需通 過簡單地對信道矩陣作偽逆運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜度低，因此在實(shí)際的系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 假設(shè)所有被調(diào)度的K個用戶的MIMO信道矩陣所組成的信道集合為H = [h。...,hf(3)其中示矩陣的轉(zhuǎn)置應(yīng)用基于迫零的波束成形(ZFBF)線性預(yù)編碼技術(shù)，預(yù)編碼矩陣W可表示為
權(quán)利要求
1.MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，包括步驟步驟1 各用戶根據(jù)接收的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計以獲取自身當(dāng)前的MIMO信道矩陣， 各用戶分別計算自身的MIMO信道矩陣的Frobenius范數(shù)值，也即各用戶的MIMO信道增益； 步驟2 基站通過信道互易性獲知各用戶端的MIMO信道矩陣和MIMO信道增益； 步驟3 基站根據(jù)從用戶獲知的各用戶的MIMO信道增益，調(diào)度具有最大MIMO信道增益 的用戶作為基站發(fā)送的第一個用戶；步驟4 基站代入已調(diào)度的用戶的MIMO信道矩陣和未調(diào)度用戶的MIMO信道矩陣到用 戶調(diào)度函數(shù)，計算并選取最大函數(shù)值所對應(yīng)的用戶作為下一個調(diào)度用戶，依次遍歷所有未 調(diào)度用戶直到調(diào)度出的用戶的數(shù)目達(dá)到基站調(diào)度器的設(shè)計要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步 驟1包括如下分步驟步驟11.初始化所有待調(diào)度用戶的集合為T= {1，...，X}，已調(diào)度用戶的集合為5 = 0， 0表示空集；步驟12.各用戶計算出自身的MIMO信道增益，即IhlJ = I, ...,X，I |g| |F表示矩陣的 Frobenius 范數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步 驟3包括如下分步驟步驟31.確定第一個用戶的選取準(zhǔn)則為Xbarggaxjlh』)；(1)其中，ind_l表示調(diào)度的第一個用戶，argmaX(g)表示取參數(shù)的最大值； 步驟32.同時，基站更新待調(diào)度用戶的集合和已調(diào)度用戶的集合 T = T-ind_l ； (2) S = S+ind_l ； (3)其中T表示待調(diào)度用戶的集合，S表示已調(diào)度用戶的集合；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步 驟4包括如下分步驟確定第k(2 < k < K)個用戶的選取準(zhǔn)則為ind — Λ = arg max(det(h, Vf) (h, Vf) f))；(4)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述選 取準(zhǔn)則中的 ?？梢酝ㄟ^如下矩陣分解獲得Hx=U^Vf =UA[Vf Vff;(5)H, = [h[ hT2 K hlJ ；(6)其中Ss表示已調(diào)度的用戶集中的用戶所組成的合并信道矩陣， ,，義分別表示對矩 陣^進(jìn)行SVD分解后的左，右奇異酉矩陣，Σ s是由奇異值構(gòu)成的對角矩陣，藝由義(1)和 Γ 兩部分組成， )υ表示非零奇異值所對應(yīng)的正交基， Γ表示零奇異值所對應(yīng)的正交基；(g)H 表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。令矩陣S5的秩為L=I^nk(S5)，rank(g)表示矩陣的取秩運(yùn)算。進(jìn)一 步分析可知， Γ即表示的右奇異矩陣的后M-L個右奇異列向量，即艮的零空間正交基。
全文摘要
本發(fā)明涉及MU-MIMO系統(tǒng)下行鏈路的用戶調(diào)度方法，包括步驟步驟1各用戶根據(jù)接收的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計以獲取自身當(dāng)前的MIMO信道矩陣，各用戶分別計算自身的MIMO信道矩陣的Frobenius范數(shù)值，也即各用戶的MIMO信道增益；步驟2基站通過信道互易性獲知各用戶端的MIMO信道矩陣和MIMO信道增益；步驟3基站根據(jù)從用戶獲知的各用戶的MIMO信道增益，調(diào)度具有最大MIMO信道增益的用戶作為基站發(fā)送的第一個用戶；步驟4基站代入已調(diào)度的用戶的MIMO信道矩陣和未調(diào)度用戶的MIMO信道矩陣到用戶調(diào)度函數(shù)，計算并選取最大函數(shù)值所對應(yīng)的用戶作為下一個調(diào)度用戶，依次遍歷所有未調(diào)度用戶直到調(diào)度出的用戶的數(shù)目達(dá)到基站調(diào)度器的設(shè)計要求。本發(fā)明的有益效果是提高了MU-MIMO系統(tǒng)的吞吐量。
文檔編號H04W72/12GK102006146SQ20101055863
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者方舒, 李少謙, 楊陽, 羅旬 申請人:電子科技大學(xué)