一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，包括步驟：①移動(dòng)臺(tái)接收由基站發(fā)射的公共導(dǎo)頻序列，經(jīng)處理獲得精確的信道狀態(tài)信息，反饋給基站；②將所有共K個(gè)移動(dòng)臺(tái)用戶隨機(jī)分為M組，每組用戶數(shù)為N；③在M個(gè)組內(nèi)，分別采用窮舉法從各自N個(gè)用戶中選取k個(gè)用戶同時(shí)通信的所有可能的組合，根據(jù)每個(gè)用戶接收信號(hào)矢量計(jì)算系統(tǒng)的和容量，選出和容量最大的那一組；④在M個(gè)組之間，選取和容量最大的那一組參與同基站之間的通信；⑤基站發(fā)射機(jī)對(duì)選出用戶組合中每個(gè)用戶信號(hào)分別進(jìn)行處理，通過天線發(fā)射出去；⑥選出用戶組合中每個(gè)用戶接收機(jī)采用最大比合并方式接收信號(hào)。本發(fā)明具有調(diào)度所需的運(yùn)算量減少、效率提高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)線通信鏈路的兩端使用空間分開的多根天線的MMO系統(tǒng)，可以在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中獲得空間分集增益以提高傳輸?shù)目煽啃?，或者獲得空分復(fù)用增益以提高頻譜效率。具體體現(xiàn)在:(I)空間分集主要用于抗多徑衰落，對(duì)于一個(gè)具有N根接收天線和M根發(fā)射天線的MMO系統(tǒng)，假設(shè)不同天線對(duì)之間的信道服從獨(dú)立同分布的Rayleigh衰落，應(yīng)用空時(shí)編碼可以獲得匪的分集度。因此即使在非常復(fù)雜的傳播環(huán)境下，MMO系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的高質(zhì)量傳輸。(2)空分復(fù)用主要用于提高傳輸速率，在獨(dú)立信道的假設(shè)條件下MIMO系統(tǒng)的容量隨min{N，Μ}線性增長(zhǎng)。此外，通過多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的虛擬MMO技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Mesh網(wǎng)絡(luò)等環(huán)境。
[0003]MMO技術(shù)的以上突出優(yōu)點(diǎn)使其成為無(wú)線通信發(fā)展的必然方向，是新一代高速移動(dòng)網(wǎng)、固定寬帶無(wú)線接入(BWA)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為IEEE 802.16 (WiMAX)和IEEE802.1ln的可選技術(shù)，是新一代無(wú)線通信系統(tǒng)(4G、5G)倍受青睞的研究方向。
[0004]MMO多用戶分集技術(shù)考慮數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，采用高效的用戶調(diào)度機(jī)制，可以大幅度提高接入網(wǎng)在高密度用戶條件下的頻譜效率。盡管MIMO系統(tǒng)在單用戶情形下可以通過增加天線數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的容量，然而增加天線將使系統(tǒng)的成本、功耗等大幅度上升。此外，實(shí)際的通信系統(tǒng)，通常是由許多用戶構(gòu)成的多用戶系統(tǒng)，需要考慮如何減小用戶之間的干擾、如何合理地在用戶間分配有限的無(wú)線資源。
[0005]在由AP(或基站)和多個(gè)移動(dòng)用戶構(gòu)成的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信鏈路中，由于無(wú)線信道的隨機(jī)波動(dòng)性，它們到基站的信道隨時(shí)間的衰落相互獨(dú)立，考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)有限時(shí)延不敏感的特點(diǎn)，在媒介控制層置入一個(gè)數(shù)據(jù)包調(diào)度器，在每個(gè)時(shí)隙根據(jù)每個(gè)用戶到AP之間的信道狀態(tài)信息(CSI)，采用合適的調(diào)度策略把共享的無(wú)線資源分配給信道質(zhì)量最好的一個(gè)或一組用戶，可以大幅度提高M(jìn)MO多用戶系統(tǒng)的吞吐量，從而獲得多用戶調(diào)度增益——多用戶分集增益(MUD)。此外，通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)、引入發(fā)射端預(yù)處理等措施，可以人為地增大信道衰落的幅度和變化速率，進(jìn)一步提高多用戶分集增益。
[0006]綜上所述，在接入網(wǎng)系統(tǒng)中采用MMO多用戶分集技術(shù)可以在不增加天線及相關(guān)硬件的投入的情況下，大幅度提高系統(tǒng)在多用戶條件下的吞吐量，具有無(wú)需額外的發(fā)射功率、無(wú)需占用過多的帶寬資源、對(duì)各種傳輸技術(shù)的適應(yīng)性強(qiáng)且使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，可直接用于WIMAX、TD-SCDMA等3G標(biāo)準(zhǔn)及其LTE演進(jìn)版本，已經(jīng)成為新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。
[0007]為了獲得多用戶分集增益，需要在每個(gè)時(shí)隙選擇(調(diào)度)合適的用戶參與傳輸。目前的調(diào)度算法主要分為單用戶調(diào)度和多用戶調(diào)度。
[0008](I)單用戶調(diào)度，在每個(gè)時(shí)隙只調(diào)度一個(gè)用戶參與傳輸。相關(guān)調(diào)度算法主要有以下幾種:
[0009]①貪婪調(diào)度方法，在每個(gè)時(shí)隙選擇信道條件最好的用戶參與傳輸。該算法選出的用戶通常具有最佳接收的信噪比，可以獲得最高的系統(tǒng)吞吐量。但是那些距離基站較遠(yuǎn)的用戶可能始終沒有接入的機(jī)會(huì)，因此該方法沒有考慮用戶的公平性。
[0010]②比例公平調(diào)度方法，在每個(gè)時(shí)隙選擇瞬時(shí)信噪比和平均信噪比的比值最大的用戶參與傳輸。該算法選出的用戶通常處于自己一段時(shí)間以來(lái)最好的信道條件(不考慮和其它用戶做比較)，因此該方法充分考慮到用戶所處位置對(duì)接入的影響，可以獲得最佳的用戶公平性。但系統(tǒng)吞吐量有所下降。
[0011](2)多用戶調(diào)度，在每個(gè)時(shí)隙調(diào)度多個(gè)用戶同時(shí)參與傳輸。相關(guān)調(diào)度方法主要為窮舉搜索法。設(shè)有K個(gè)用戶希望接入，系統(tǒng)支持同時(shí)供η個(gè)用戶同時(shí)傳輸，則窮舉搜索法需要遍歷所有的種組合。當(dāng)參與調(diào)度的用戶數(shù)K和選中的用戶數(shù)k增加時(shí)，系統(tǒng)調(diào)度的計(jì)算量會(huì)大幅度增加為O (Kk)，一方面使得系統(tǒng)開銷過高而無(wú)法承受，另一方面導(dǎo)致處理延時(shí)增加，以至于調(diào)度速度無(wú)法趕上信道的變化，進(jìn)而降低所獲得的多用戶分集增益，并可能導(dǎo)致錯(cuò)誤調(diào)度。
[0012]可見，基于現(xiàn)有的MIMO多用戶分集技術(shù)采用的窮舉搜索調(diào)度算法來(lái)進(jìn)行多用戶數(shù)據(jù)傳輸，面臨復(fù)雜度隨參與調(diào)度用戶數(shù)增長(zhǎng)過快的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)上述技術(shù)缺陷，降低調(diào)度算法復(fù)雜度，提供一種基于多輸入-多輸出(MIMO)多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，適用于ΜΙΜ0、虛擬MIMO及采用相關(guān)技術(shù)的移動(dòng)通信網(wǎng)、MESH網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線數(shù)據(jù)通信環(huán)境。
[0014]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0015]一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法包括以下步驟:
[0016](I)移動(dòng)臺(tái)接收端接收由基站發(fā)射的公共導(dǎo)頻序列，經(jīng)處理獲得精確的信道狀態(tài)信息，然后將所述信道狀態(tài)信息反饋給基站；
[0017](2)基站根據(jù)所述信道狀態(tài)信息對(duì)要求參與傳輸?shù)腒個(gè)用戶隨機(jī)分為M組，每組用戶數(shù)為N ；
[0018](3)在M組內(nèi)，分別采用窮舉法從各自N個(gè)用戶中選取k個(gè)用戶同時(shí)通信的所有可能的組合，根據(jù)每個(gè)用戶的接收信號(hào)矢量計(jì)算各種組合下的系統(tǒng)和容量，選出系統(tǒng)和容量最大的一組k個(gè)用戶；
[0019](4)比較M組各自選中的系統(tǒng)和容量最大的一組k個(gè)用戶的系統(tǒng)和容量，選取M組中系統(tǒng)和容量最大的一組的k個(gè)用戶參與同基站之間的通信；
[0020](5)基站發(fā)射機(jī)對(duì)選出M組中系統(tǒng)和容量最大的一組中每個(gè)用戶信號(hào)分別進(jìn)行信道編碼、功率控制和波束成形處理，通過天線發(fā)射出去；
[0021](6)M組中系統(tǒng)和容量最大的一組中每個(gè)用戶接收機(jī)采用最大比合并方式接收信號(hào)。
[0022]進(jìn)一步的，步驟(3)中接收信號(hào)矢量根據(jù)下述公式計(jì)算得到:

【權(quán)利要求】
1.一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調(diào)度的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)移動(dòng)臺(tái)接收端接收由基站發(fā)射的公共導(dǎo)頻序列，經(jīng)處理獲得精確的信道狀態(tài)信息，然后將所述信道狀態(tài)信息反饋給基站； (2)基站根據(jù)所述信道狀態(tài)信息對(duì)要求參與傳輸?shù)腒個(gè)用戶隨機(jī)分為M組，每組用戶數(shù)為N ； (3)在M組內(nèi)，分別采用窮舉法從各自N個(gè)用戶中選取k個(gè)用戶同時(shí)通信的所有可能的組合，根據(jù)每個(gè)用戶的接收信號(hào)矢量計(jì)算各種組合下的系統(tǒng)和容量，選出系統(tǒng)和容量最大的一組k個(gè)用戶； (4)比較M組各自選中的系統(tǒng)和容量最大的一組k個(gè)用戶的系統(tǒng)和容量，選取M組中系統(tǒng)和容量最大的一組的k個(gè)用戶參與同基站之間的通信； (5)基站發(fā)射機(jī)對(duì)選出M組中系統(tǒng)和容量最大的一組中每個(gè)用戶信號(hào)分別進(jìn)行信道編碼、功率控制和波束成形處理，通過天線發(fā)射出去； (6)M組中系統(tǒng)和容量最大的一組中每個(gè)用戶接收機(jī)采用最大比合并方式接收信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中接收信號(hào)矢量根據(jù)下述公式計(jì)算得到:
其中，r為NkX I接收信號(hào)矢量，S0為發(fā)射信號(hào)，Ptl為目標(biāo)用戶平均接收功率，P」為干擾用戶j的平均功率并假設(shè)每個(gè)干擾用戶的功率相同，H0為NkXNt維信道矩陣，Hj為NkXNt維干擾信道矩陣，η為復(fù)高斯白噪聲矢量，L為干擾用戶數(shù)，wT為發(fā)射波束成形矢量，Sj為干擾用戶發(fā)射的信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中同時(shí)進(jìn)行通信的用戶之間互為共信道干擾，鄰道干擾時(shí)的每個(gè)移動(dòng)用戶接收端的信號(hào)干擾噪聲比為:
其中λ_為HfH。的最大特征值，Umax是HfHli的最大特征值λ _對(duì)應(yīng)的特征向量，H是共軛轉(zhuǎn)秩運(yùn)算符，Ω。為用戶的信號(hào)噪聲比，Q1為干擾用戶的信噪比,Htl為NkXNt維信道矩陣，Hj為NkXNt維干擾信道矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:系統(tǒng)和容量采用下述公式確定:
為 C = 1g2 (1+y)； 其中C為系統(tǒng)容量，Y為每個(gè)移動(dòng)用戶接收端的信號(hào)干擾噪聲比SINR。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:通過分組可適用并行算法完成相關(guān)運(yùn)算。
【文檔編號(hào)】H04B7/06GK104202075SQ201410476308
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】唐冬, 呂明霞 申請(qǐng)人:廣州大學(xué)