專利名稱：下行多用戶mimo的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用戶選擇方法，具體涉及下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積(maximum product of effective channel gains,簡稱 MPECG)用戶選擇方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展以及人們對高數(shù)據(jù)傳輸速率的需求，無線頻譜資源匱乏問題成為了眾多學(xué)者關(guān)注的重點。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Out-put,簡稱ΜΜ0)技術(shù)由于其可以在保證高頻譜利用率的同時實現(xiàn)高吞吐量而得到學(xué)者的廣泛關(guān)注。在實現(xiàn)下行鏈路多用戶MMO傳輸中，技術(shù)的關(guān)鍵是保證多個用戶能夠同時傳輸信息，且彼此之間無干擾，因此有了預(yù)編碼技術(shù)的提出。臟紙編碼(Destination Point Code,簡稱DPC)技術(shù)是最優(yōu)的預(yù)編碼方案,可以消除多用戶間的干擾，并且已經(jīng)有學(xué)者證明臟紙編碼(DPC)處理下，實現(xiàn)的系統(tǒng)和容量最大。然而由于DPC的高復(fù)雜性，在實際系統(tǒng)中難以實現(xiàn)。為了在實際系統(tǒng)中應(yīng)用，人們提出了一些低復(fù)雜度的次優(yōu)方案，如研究最廣泛的破零波束形成技術(shù)(ZFBF)。已經(jīng)證明了，在接收終端數(shù)量很大時，ZFBF的性能與DPC相接近。現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的主要方法是，設(shè)計每個用戶的傳輸矢量，使其位于其他用戶信道的零空間，以實現(xiàn)多用戶間的干擾消除，設(shè)計可以通過求解用戶的合成信道矩陣偽逆的方法來實現(xiàn)。在ZFBF實際的傳輸中，發(fā)送端有大量待傳輸用戶的情況經(jīng)常存在，由于同時服務(wù)的用戶數(shù)不能超過發(fā)送天線數(shù)目，因此對用戶選擇技術(shù)的研究十分重要。用戶選擇技術(shù)以最大化系統(tǒng)和速率為目標(biāo)，從待傳輸數(shù)據(jù)的用戶中確定服務(wù)用戶子集。通常完全搜索策略可以選出最優(yōu)的用戶子集，但運算量大限制了該策略的應(yīng)用。為了實際應(yīng)用的需要，學(xué)者們研究了一些低復(fù)雜度的次優(yōu)策略，如半正交用戶選擇算法(SUS)，連續(xù)注水算法(SWF)。這些方法極大的推動了 MMO傳輸技術(shù)的發(fā)展，但是在系統(tǒng)和速率提升和復(fù)雜度改進(jìn)等方面仍然存在著改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有通信技術(shù)系統(tǒng)容量低、復(fù)雜度高的問題，從而提出了下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法。下行多用戶MMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法，在信道傳輸中，基站有M根發(fā)送天線，接收端有N個用戶終端，并且每個用戶都配備單根接收天線，每個用戶與基站之間的信道為比，其中，M和N均為正整數(shù)，且M彡N屯表示第i個用戶與基站之間的信道，i =1,2,......,N；下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法包括下述步驟步驟一、初始化，0*= 0，屯,={1，2，...州}，1^ = O ；
其中，k表示迭代次數(shù)，k = O, I,......，N ;Qk表示第k次迭代后被選擇的用戶
集；Ψ,表示第k次迭代之后可選用戶集，步驟二、根據(jù)公式(30)開始第一次迭代，k=k+l(30)選取信道增益最大的用戶，計算在第一次迭代后的聯(lián)合信道矩陣Η(Ω,)、被選擇的用戶集Ω,和可選用戶集Ψ,;步驟三、根據(jù)公式(30)開始第k次迭代，根據(jù)公式(3 5)計算第k-Ι次迭代之后可選用戶集Ψη中的每個用戶和k-ι次迭代的聯(lián)合信道矩陣組成的新的聯(lián)合矩陣H(Qk, i)，H(Qkii)表示第i個用戶為被選的目標(biāo)用戶時，第k次迭代時的聯(lián)合信道矩陣，H( QkjQk^1) V!(35)根據(jù)公式(36)獲取當(dāng)選擇第i個用戶作為第k次迭代的用戶時每個用戶的有效信道增益Yj(Qkii), Yj(Qk,i)表示在信道矩陣H(Qkii)中第j個用戶的有效信道增益，
(a , _I_=_I_
_7]kJ) — [H(Qkj)H(Qu)Xi — [(L(Qkj)-iYL(Qkj)-Xj(36)其中，ie Ψη，j=l,…k ;根據(jù)公式(37)獲取具有最大化有效信道增益乘積的用戶Uk的增益乘積
i k λaigmax Π^(Ω- ν)(37)
\ /:1 J根據(jù)公式(38)獲取具有最大化有效信道增益乘積的用戶Uk的聯(lián)合信道矩陣H(Qk),二J /I ']P”公式中\(zhòng)表示用戶Uk的信道，判斷k是否小于等于M，判斷為是，重復(fù)執(zhí)行步驟三，判斷為否，執(zhí)行步驟四；步驟四、對已選擇的M個用戶的聯(lián)合信道矩陣H(Qk)進(jìn)行注水分配功率。本發(fā)明所述的下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法其優(yōu)勢可以體現(xiàn)在兩個方面。第一表現(xiàn)為本方法在系統(tǒng)容量方面的優(yōu)越性。MPECG可以選出更優(yōu)的用戶子集，SP可以實現(xiàn)更高的系統(tǒng)和速率，且與全空間搜索算法性能接近。另一方面，本發(fā)明的復(fù)雜度低。MPECG算法可以進(jìn)一步減少計算量。用戶選擇算法的主要運算量集中在矩陣分解上，MPECG算法由于只需要考慮選擇用戶子集的信道逆矩陣的對角元素，省去了傳統(tǒng)的log運算和F-范數(shù)運算。


圖I為本發(fā)明的方法流程圖；圖2為多用戶MIMO下行鏈路傳輸模型；圖3為在信噪比為IOdB條件下不同算法的和容量和用戶數(shù)量的關(guān)系曲線，圖中A表示發(fā)送天線數(shù)為6，-表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為6時的全局搜索，-〇-表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為6時的最小化偽逆范數(shù)，-★-表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為6時的最大化等效信道增益乘積，表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為6時的半正交用戶選擇算法；B表示發(fā)送天線數(shù)為4，… □… 表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為4時的全局搜索，····〇… 表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為4時的最小化偽逆范數(shù)，…·★…·表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為4時的最大化等效信道增益乘積，...t表示當(dāng)發(fā)送天線數(shù)為4時的半正交用戶選擇算法；圖4為當(dāng)用戶數(shù)為15，發(fā)送天線數(shù)為4時不同算法的和容量和SNR的關(guān)系曲線，圖中C表示全局搜索，D表示最大化等效信道增益乘 積，E表示最小化偽逆范數(shù)，F(xiàn)表示半正交用戶選擇算法。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖I具體說明本實施方式，本實施方式所述的下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法，在信道傳輸中，基站有M根發(fā)送天線，接收端有N個用戶終端，并且每個用戶都配備單根接收天線，每個用戶與基站之間的信道為Hi,其中，M和N均為正整數(shù)，且M彡N屯表示第i個用戶與基站之間的信道，i=l,2,......,N；下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法包括下述步驟步驟一、初始化，Ω*= 0，Wk={l, 2, . . . , N}, k = O ；其中，k表示迭代次數(shù)，k = 0，l，......，N;Qk表示第k次迭代后被選擇的用戶
集；Ψ,表示第k次迭代之后可選用戶集，步驟二、根據(jù)公式(30)開始第一次迭代，k=k+l(30)選取信道增益最大的用戶，計算在第一次迭代后的聯(lián)合信道矩陣Η(Ω,)、被選擇的用戶集Ω,和可選用戶集Ψ,;步驟三、根據(jù)公式(30)開始第k次迭代，根據(jù)公式(35)計算第k-Ι次迭代之后可選用戶集Ψη中的每個用戶和k-Ι次迭代的聯(lián)合信道矩陣組成的新的聯(lián)合矩陣H(Qk, J，H(Qkii)表示第i個用戶為被選的目標(biāo)用戶時，第k次迭代時的聯(lián)合信道矩陣，Η(Ω1 > )τ=[Η(Ω1 _1)τ h^](35)根據(jù)公式(36)獲取當(dāng)選擇第i個用戶作為第k次迭代的用戶時每個用戶的有效信道增益Yj(Qkii), Yj(Qk,i)表示在信道矩陣H(Qkii)中第j個用戶的有效信道增益，
權(quán)利要求
1.下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法，在信道傳輸中，基站有M根發(fā)送天線，接收端有N個用戶終端，并且每個用戶都配備單根接收天線，每個用戶與基站之間的信道為4， 其中，M和N均為正整數(shù)，且M彡N屯表示第i個用戶與基站之間的信道，i =1,2,......,N； 其特征在于下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法包括下述步驟 步驟一、初始化= Wk={l，2,. . . , N}, k = 0 ； 其中，k表示迭代次數(shù)，k = 0,1,......，N ; Qk表示第k次迭代后被選擇的用戶集；Wk表示第k次迭代之后可選用戶集， 步驟二、根據(jù)公式(30)開始第一次迭代， k=k+l(30) 選取信道增益最大的用戶，計算在第一次迭代后的聯(lián)合信道矩陣H(Qk)、被選擇的用戶集Qk和可選用戶集Wk; 步驟三、根據(jù)公式(30)開始第k次迭代，根據(jù)公式(35)計算第k-1次迭代之后可選用戶集中的每個用戶和k-1次迭代的聯(lián)合信道矩陣組成的新的聯(lián)合矩陣H( Q u)，H( Q k,i)表示第i個用戶為被選的目標(biāo)用戶時，第k次迭代時的聯(lián)合信道矩陣，H(Qkji)T=[H(Qk_1)T hj](35) 根據(jù)公式(36)獲取當(dāng)選擇第i個用戶作為第k次迭代的用戶時每個用戶的有效信道增益Yj(Qu), Y j ( Q k, i)表示在信道矩陣H(Qu)中第j個用戶的有效信道增益，
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的下行多用戶MMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法，其特征在于步驟二所述的選取信道增益最大的用戶，計算在第一次迭代后的聯(lián)合信道矩陣H(Qk)、被選擇的用戶集Qk和可選用戶集Wk的具體過程為 根據(jù)公式(31)選取信道增益最大值
全文摘要
下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法，涉及下行多用戶MIMO的最大化等效信道增益乘積用戶選擇方法。它為了解決現(xiàn)有通信技術(shù)系統(tǒng)容量低、復(fù)雜度高的問題。本發(fā)明的具體過程為初始化；開始第一次迭代；根據(jù)公式開始第k次迭代，計算第k-1次迭代之后可選用戶集中每個用戶和k-1次迭代聯(lián)合信道矩陣組成的新聯(lián)合矩陣，獲取當(dāng)選擇第i個用戶作為第k次迭代用戶時每個用戶有效信道增益，獲取具有最大化有效信道增益乘積的用戶uk增益乘積，獲取具有最大化有效信道增益乘積用戶uk聯(lián)合信道矩陣，對已選擇的M個用戶的聯(lián)合信道矩陣進(jìn)行注水分配功率；對已選擇M個用戶的聯(lián)合信道矩陣進(jìn)行注水分配功率。本發(fā)明應(yīng)用于通信領(lǐng)域。
文檔編號H04B7/04GK102970116SQ201210528228
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者于啟月, 史雨薇, 王宏宇, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)