專利名稱：一種基于貪婪波束選擇策略的orbf多用戶調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多用戶MIMO技術，涉及MIMO BC下行信道的自適應傳輸調(diào)度策略，具體涉及一種基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法。
背景技術：
在多用戶MIMO下行系統(tǒng)中，對于Siarif提出的正交隨機波束成型(ORBF)由于擁有計算復雜度低、CSI反饋量少等優(yōu)點，引起了很多研究者的關注。在用戶數(shù)比較多的時候具有與DPC算法相同的漸進性能；但是在用戶比較少的時候，ORBF算法的系統(tǒng)性能會急劇下降。此外，在高信噪比環(huán)境下，ORBF系統(tǒng)會處于“干擾受限”狀態(tài)，此時波束間的干擾會嚴重制約系統(tǒng)的性能的提升。而且大量研究證明，在ORBF傳輸策略中，調(diào)度所有的波束不一定是最優(yōu)傳輸方案。因此，為了克服ORBF上述的缺點，大量研究者在傳統(tǒng)ORBF的基礎上提出了多用戶調(diào)度策略。現(xiàn)今，已有文獻提出的ORBF多用戶調(diào)度方法除了傳統(tǒng)的ORBF策略外，還包括自底向上調(diào)度策略、自頂向下調(diào)度策略、以及基于查找表的多波束選擇算法，下面分別進行說明。典型的傳統(tǒng)ORBF調(diào)度策略大致闡述如下。Siarif提出的傳統(tǒng)ORBF策略時并沒有自適應用戶波束調(diào)度，因此該算法在每個發(fā)送時隙均調(diào)度所有的波束為各自信道環(huán)境最好的用戶進行數(shù)據(jù)傳輸。但是在大部分環(huán)境下，調(diào)度所有的波束不一定是最優(yōu)的傳輸方案，特別是在高信噪比環(huán)境下，系統(tǒng)處于“干擾受限”狀態(tài)，這時更傾向于調(diào)度更少的波束以減少波束間干擾對系統(tǒng)性能影響。所以，傳統(tǒng)ORBF在很多情況下都存在較大的性能損失。典型的自底向上調(diào)度策略大致闡述如下。該算法先在調(diào)度波束數(shù)為1時，為每個波束分配性能表現(xiàn)最好的用戶，以此作為固定的用戶波束組合。然后，第一步選擇出來的用戶(及其它們對應的波束)將在往后的各種調(diào)度波束數(shù)中，按所有可能的排列方式進行組合，并計算其性能。最終在所有的組合中找到系統(tǒng)性能最高的用戶波束組合作為本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度方案。該算法在實際最佳調(diào)度波束數(shù)為1的時候，系統(tǒng)性能會有很大的改善。但是當實際調(diào)度波束數(shù)更高的時候，該算法的得出的方案不一定是最佳方案，這就會使得該算法即使調(diào)度正確波束數(shù)也達不到最佳的系統(tǒng)性能。典型的自頂向下調(diào)度策略大致闡述如下。與自底向上算法截然相反，自頂向下算法的第一步是假設被調(diào)度波束數(shù)為Nt，并為每個波束中分配性能表現(xiàn)最好的用戶，以此作為固定的用戶波束配對。然后，第一步選擇出來的用戶(及其它們對應的波束)將在往后的各種可能的波束數(shù)中，按所有可能的排列方式進行組合，并計算其性能。最終在所有的組合中找到系統(tǒng)性能最高的用戶波束組合作為本次數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度方案。該算法在當前信道環(huán)境適合調(diào)度所有波束時，自頂向下算法能夠達到性能最優(yōu)。但是當實際調(diào)度波束數(shù)減少時，由于該用戶波束固定搭配不一定是當時信道狀況的最佳配對，所以性能會有所損失。典型的基于查找表多波束選擇策略大致闡述如下?；诓檎冶淼亩嗖ㄊx擇算法會通過預先的模擬仿真以查找表形式把不同信道環(huán)境下最佳的調(diào)度波束數(shù)保存在基站內(nèi)。在每個發(fā)送時隙內(nèi)，系統(tǒng)會根據(jù)當前的信道環(huán)境從查找表中得出最優(yōu)波束數(shù)，然后對該波束數(shù)下的各種可能用戶波束組合進行遍歷，找出系統(tǒng)對應調(diào)度波束數(shù)下最優(yōu)的調(diào)度方案。 該策略只能根據(jù)當前信道環(huán)境所在查找表區(qū)間給出一個近似的調(diào)度波束數(shù)參考值。在復雜多變的時變信道環(huán)境中，由于查找的精度問題，該策略十分容易讓系統(tǒng)調(diào)度錯誤數(shù)量的波束進行數(shù)據(jù)傳輸，是系統(tǒng)性能有較大的損失。 無論上述哪種用戶調(diào)度策略，都只有在特定的信道環(huán)境下才能使系統(tǒng)達到性能最優(yōu)，并不能真正根據(jù)不同信道環(huán)境自適應調(diào)度最佳方案使系統(tǒng)獲得更高的性能。因此，有必要提出一種自適應各種信道環(huán)境的ORBF多用戶調(diào)度方法來克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ORBF的多用戶自適應調(diào)度方法，能夠使實現(xiàn)ORBF調(diào)度策略的基站根據(jù)不同信道環(huán)境自適應調(diào)整所要調(diào)度的用戶與波束，使ORBF策略在不同信道環(huán)境下也能很好地改善系統(tǒng)性能，特別是克服傳統(tǒng)ORBF在用戶數(shù)較低的時候或者信噪比較高的時候性能低下的缺陷。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，包括如下步驟(1)各用戶將其信道狀態(tài)信息CSI反饋給基站；(2)假定調(diào)度單波束傳輸數(shù)據(jù)，即調(diào)度波束數(shù)B = 1時，基站從用戶集合和波束集合中選擇一對用戶波束組合形成調(diào)度方案，并計算此時的系統(tǒng)速率；C3)增加假定調(diào)度的波束數(shù)，基站在未被調(diào)度的用戶集合和波束集合中選擇一對用戶波束組合增補進原調(diào)度方案，并計算該更新后的方案下的相應系統(tǒng)速率；(4)重復步驟(3)，直到假定調(diào)度波束數(shù)達到基站可調(diào)度波束數(shù)上限Nt ； (5)根據(jù)各調(diào)度波束數(shù)對應方案的系統(tǒng)速率，基站選擇出最適合于當前信道環(huán)境的調(diào)度方案實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在本發(fā)明的一個實施例中，所述各用戶反饋的CSI為各用戶與所有波束間的系統(tǒng)增益|h>;|2。其中，K為基站與第k個用戶之間的信道增益矢量，，且1彡k彡K，
K為基站所在小區(qū)內(nèi)的用戶總數(shù)；Wi為基站生成的第i個波束成型矢量，w, e￡w'xl，且 1彡i彡Nt，Nt為基站天線形成的波束總數(shù)。在用戶反饋CSI階段，每個用戶k必須將Nt個
系統(tǒng)增益數(shù)值|hfw,|2及其對應的波束編號i反饋給基站?；驹诮邮芩杏脩舴答伒腃SI
后，將能建立起KXNt維的所有用戶與波束間的系統(tǒng)增益矩陣G，即能夠獲知整個信道狀態(tài)
信息。其中11>,260,1<眾<[,1<匕乂，且
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IhWi f IhW2 f L |hwwJ2在本發(fā)明的另一實施例中，所述各個用戶是通過MIMO MAC上行信道實現(xiàn)無差錯
CSI反饋的。在本發(fā)明的再一實施例中，所述步驟O)中基站選擇信道環(huán)境最好的用戶及對應的波束形成調(diào)度方案。在本發(fā)明的又一實施例中，所述步驟O)中，基站選擇在單波束下，信道信干噪比 SINR值最大的用戶。在本發(fā)明的再一實施例中，所述步驟(3)中增加的用戶波束對都必須是在當前的調(diào)度波束數(shù)下，基于原調(diào)度方案的信道環(huán)境最好的用戶及其對應的波束，即令系統(tǒng)的SINR 值最大的用戶及其對應波束。在本發(fā)明的又一實施例中，所述步驟(3)具體為(31)令調(diào)度波束數(shù)B = B+1，并令調(diào)度波束數(shù)為B-I時的已選擇的用戶波束調(diào)度方案集合為S ;(32)基站在未被選擇的用戶波束集合中，選擇一種用戶波束組合增補進調(diào)度方案集合S，被選擇的用戶波束組合是當前調(diào)度波束數(shù)B下，增補進調(diào)度波束數(shù)為B-I時的調(diào)度方案后，使系統(tǒng)獲得比選擇其余用戶波束組合時都要大的SINR值的用戶及其對應波束，此時增補后的調(diào)度方案能夠讓系統(tǒng)在此次增補前的調(diào)度方案集合S的基礎上，達到當前調(diào)度波束數(shù)下所能達到的最高系統(tǒng)速率；(3 計算當前調(diào)度波束數(shù)下，經(jīng)增補后的調(diào)度方案達到的系統(tǒng)速率。在本發(fā)明的又一實施例中，所述的系統(tǒng)速率為多用戶MIMO環(huán)境下，系統(tǒng)在當前調(diào)度方案下達到的和速率(Sum-rate)，則，所述步驟(2)、(3)、(4)完成后，系統(tǒng)將會得到與波束總數(shù)量相同的Nt個和速率，每個和速率對應于一種調(diào)度波束數(shù)及該波束數(shù)下的調(diào)度方案。在本發(fā)明的再一實施例中，所述步驟(5)中最適合于當前進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩舨ㄊ{(diào)度方案的判斷依據(jù)具體為在最終Nt種調(diào)度方案中，選擇出對應和速率最大方案作為當前時隙的最佳調(diào)度方案供基站進行數(shù)據(jù)傳輸。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法可以根據(jù)不同信道環(huán)境自適應調(diào)度合適的用戶與波束進行數(shù)據(jù)傳輸，有效解決了 ORBF在用戶數(shù)較少以及信噪比較高的時候性能受到嚴重制約的缺陷。同時克服了自底向上波束調(diào)度策略、自頂向下波束調(diào)度策略以及基于查找表多波束選擇策略等只能在特定信道環(huán)境下才能使系統(tǒng)獲得大幅度性能改善的缺陷?？傊?，本方法能夠大幅度改善ORBF在不同信道環(huán)境下系統(tǒng)性能。通過以下的描述并結合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實施例。


圖1為本發(fā)明基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法的流程圖。圖2為圖1所示基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法所處的典型多用戶MIMO BC下行廣播信道環(huán)境。圖3為圖1所示基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法中各用戶反饋信道狀態(tài)信息示意圖。圖4a_4d為圖1所示基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法中利用貪婪算法對用戶與波束進行的篩選配對過程。圖5為圖1所示基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法中利用貪婪算法調(diào)度用戶與波束后進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖疽鈭D。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。本發(fā)明基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法是基于典型的多用戶MIMO 下行信道環(huán)境下實現(xiàn)的在MIMO BC下行廣播信道中，小區(qū)基站BS配置有Nt根天線，小區(qū)有K個單天線用戶；各天線形成的波束與各用戶之間的信道是相互獨立的瑞利衰落信道； 各用戶終端能夠獲得完整的CSI，并且能夠利用MIMO MAC上行信道低速無差錯反饋CSI。在闡述本實施例基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法之前，先說明所述方法中涉及的以下概念信干噪比(SINR)為在多用MIMO下行系統(tǒng)中終端接收到的信號功率與噪聲功率、 干擾功率的比值。在ORBF調(diào)度策略中，若第k個用戶所需要的信息由波束i進行傳輸，則該用戶的接收到的信號為
權利要求
1.一種基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，包括如下步驟(1)各用戶將其信道狀態(tài)信息(CSI)反饋給基站；(2)假定調(diào)度單波束傳輸數(shù)據(jù)，即調(diào)度波束數(shù)B= 1時，基站從用戶集合和波束集合中選擇一對用戶波束組合形成調(diào)度方案，并計算此時的系統(tǒng)速率；(3)增加假定調(diào)度的波束數(shù)，基站在未被調(diào)度的用戶集合和波束集合中選擇一對用戶波束組合增補進原調(diào)度方案，并計算該更新后的方案下的相應系統(tǒng)速率；(4)重復步驟(3)，直到假定調(diào)度波束數(shù)達到基站可調(diào)度波束數(shù)上限Nt；(5)根據(jù)各調(diào)度波束數(shù)對應方案的系統(tǒng)速率，基站選擇出最適合于當前信道環(huán)境的調(diào)度方案實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
2.如權利要求1所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述各用戶反饋的csi為各用戶與基站所有波束間的系統(tǒng)增益
3.如權利要求2所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于， 各個用戶是通過MIMO MAC上行信道實現(xiàn)無差錯CSI反饋的。
4.如權利要求1所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于， 所述步驟O)中，基站選擇信道環(huán)境最好的用戶及對應的波束形成調(diào)度方案。
5.如權利要求1所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于， 所述步驟O)中，基站選擇在單波束下，信道信干噪比SINR值最大的用戶。
6.如權利要求4或5之一所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟(3)中增加的用戶波束對都必須是在當前的調(diào)度波束數(shù)下，基于原調(diào)度方案的信道環(huán)境最好的用戶及其對應的波束，即令系統(tǒng)的SINR值最大的用戶及其對應波束ο
7.如權利要求1-5之一所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為(31)令調(diào)度波束數(shù)B = B+1，并令調(diào)度波束數(shù)為B-I時的已選擇的用戶波束調(diào)度方案集合為S;(32)基站在未被選擇的用戶波束集合中，選擇一種用戶波束組合增補進調(diào)度方案集合 S，被選擇的用戶波束組合是當前調(diào)度波束數(shù)B下，增補進調(diào)度波束數(shù)為B-I時的調(diào)度方案后，使系統(tǒng)獲得比選擇其余用戶波束組合時都要大的SINR值的用戶及其對應波束，此時增補后的調(diào)度方案能夠讓系統(tǒng)在此次增補前的調(diào)度方案集合S的基礎上，達到當前調(diào)度波束數(shù)下所能達到的最高系統(tǒng)速率；(33)計算當前調(diào)度波束數(shù)下，經(jīng)增補后的調(diào)度方案達到的系統(tǒng)速率。
8.如權利要求7所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于， 所述的系統(tǒng)速率為多用戶MIMO環(huán)境下，系統(tǒng)在當前調(diào)度方案下達到的和速率(Sum-rate)，貝U，所述步驟0)、(3)、(4)完成后，系統(tǒng)將會得到與波束總數(shù)量相同的Nt個和速率，每個和速率對應于一種調(diào)度波束數(shù)及該波束數(shù)下的調(diào)度方案。
9.如權利要求8所述的基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，其特征在于， 所述步驟(5)中最適合于當前進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩舨ㄊ{(diào)度方案的判斷依據(jù)具體為在最終Nt種調(diào)度方案中，選擇出對應和速率最大方案作為當前時隙的最佳調(diào)度方案供基站進行數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于貪婪波束選擇策略的ORBF多用戶調(diào)度方法，包括如下步驟(1)各用戶將其CSI反饋給基站；(2)假定調(diào)度單波束傳輸數(shù)據(jù)，基站選擇一對用戶波束組合形成調(diào)度方案，并計算此時的系統(tǒng)速率；(3)增加假定調(diào)度的波束數(shù)，基站在未被調(diào)度的用戶集合和波束集合中選擇一對用戶波束組合增補進原調(diào)度方案，并計算更新后的方案的相應系統(tǒng)速率；(4)重復步驟(3)，直到假定調(diào)度波束數(shù)達到可調(diào)度波束數(shù)上限；(5)根據(jù)各調(diào)度波束數(shù)對應方案的系統(tǒng)速率，基站選擇出最適合于當前信道環(huán)境的調(diào)度方案實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本方法能夠讓ORBF方案在不同信道環(huán)境下，自適應調(diào)度合適的波束及用戶進行數(shù)據(jù)傳輸，大幅度改善ORBF方案的系系統(tǒng)性能。
文檔編號H04B7/06GK102316598SQ201110276570
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者劉云翔, 劉子豪, 蘇鋼, 譚力 申請人:華中科技大學