本發(fā)明屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種數(shù)模混合通信中的聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法。該方法通過模擬波束訓練，將各用戶對應每個碼字訓練得到的參考信號接收功率反饋給基站形成表格，基站根據(jù)用戶反饋的參考信號接收功率信息進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。
背景技術(shù)：
：智能終端的廣泛普及和網(wǎng)絡容量的爆炸式增長，對實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸和可靠無線通信的需求日益迫切，在下一代無線通信系統(tǒng)中著重高頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)研究，超稠密網(wǎng)絡部署成為一種演進思路。毫米波憑借極大的帶寬和極窄的波束成為一大研究熱點，其短波長優(yōu)勢使得天線尺寸大幅減小，便于實現(xiàn)大規(guī)模天線陣列，天線陣列提供的陣列增益可以有效彌補毫米波的快衰落特性。針對多用戶多輸入多輸出(multiple-usermultiple-inputmultiple-output,mu-mimo)系統(tǒng)，基站可以實現(xiàn)將多個數(shù)據(jù)流并行傳輸給多個用戶，提高系統(tǒng)吞吐量。一條射頻鏈路與一個發(fā)射子陣列相連，射頻鏈路由于成本高昂在發(fā)射端僅配備有限的數(shù)量，而基站所能支持同時進行信號傳輸?shù)挠脩魯?shù)與基站發(fā)射子陣列數(shù)有關(guān)。因此，用戶數(shù)較多時，在同一個時頻資源上只能調(diào)度部分用戶，有效合理的用戶調(diào)度能夠獲得多用戶分集增益。在mu-mimo系統(tǒng)中進行用戶調(diào)度，需要充分考慮用戶間干擾給系統(tǒng)性能帶來的影響。數(shù)字波束成型技術(shù)要求每根天線配備一條射頻鏈路，可以高效抑制用戶間干擾，實現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)性能，但是復雜度和成本過高。模擬波束成型技術(shù)通過使用相移器大幅降低了復雜度，但是系統(tǒng)性能受到影響。該方法基于碼書完成聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度，在模擬波束訓練階段，各用戶對每個碼字進行模擬波束訓練，將相應的參考信號接收功率反饋給基站。在模擬波束及用戶調(diào)度階段，基站根據(jù)用戶反饋的參考信號接收功率信息進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。相較于通過最優(yōu)的窮舉法同時選擇多個用戶和對應的模擬波束，復雜度顯著降低。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法，可以同時調(diào)度多個用戶及相應的模擬波束，提高系統(tǒng)容量，且所采用的調(diào)度方法簡單，復雜度低。技術(shù)方案：一種數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法，包括如下步驟：(1)基站依次使用碼本中的碼字對各用戶進行模擬波束訓練，各用戶觀測并記錄每個碼字所對應的參考信號接收功率并反饋給基站；(2)基站收集到各個用戶采用不同碼字進行模擬波束訓練時的參考信號接收功率后，首先根據(jù)參考信號接收功率最大準則調(diào)度第一個用戶，然后以待調(diào)度用戶的加入對已調(diào)度用戶干擾滿足所定義的性能準則為原則對其余用戶進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中采用如下方法1至方法4中的任一種對其余用戶進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度：方法1：首先從候選碼字索引號集合中選出使已調(diào)度用戶的速率和最大的碼字索引號作為最佳碼字索引號，然后基于最佳碼字索引號在候選用戶集合中選出信干噪比最大的用戶作為最佳調(diào)度用戶；方法2：首先從候選碼字索引號集合中選出使已調(diào)度用戶的信干噪比大于設定門限的碼字索引號集合，然后從滿足門限的碼字索引號集合及候選用戶集合中選出使待調(diào)度用戶和已調(diào)度用戶的速率和最大的用戶和對應的碼字索引號作為最佳用戶碼字索引號對；方法3：首先從候選碼字索引號集合中選出使已調(diào)度用戶的干擾功率和最小的碼字索引號作為最佳碼字索引號，然后基于最佳碼字索引號在候選用戶集合中選出信干噪比最大的用戶作為最佳調(diào)度用戶；方法4：從候選碼字索引號集合和候選用戶集合中選出具有最大參考信號接收功率的用戶和對應的碼字索引號作為最佳用戶碼字索引號對。在具體實施時：方法1中按照如下公式從候選碼字索引號集合中選出最佳碼字索引號m*：按照如下公式在候選用戶集合中選出最佳用戶n*：其中，ua為候選用戶集合，us為已調(diào)度用戶集合，ba為候選碼字索引號集合，i為已調(diào)度用戶，n為候選用戶，m為候選碼字索引號；分母上的1表示歸一化噪聲功率，ic表示調(diào)度用戶i使用的碼字索引號，bc表示調(diào)度用戶b使用的碼字索引號，和pi,m表示在不同碼字索引號對應的碼字時調(diào)度用戶i的參考信號接收功率，和表示在不同碼字索引號對應的碼字時候選用戶n的參考信號接收功率；us-{i}表示從集合us中移去已調(diào)度用戶i。方法2中按照如下公式從候選碼字索引號集合中選出碼字索引號集合m：按照如下公式從滿足門限的碼字索引號集合及候選用戶集合中選出最佳用戶n*和對應的最佳碼字索引號m*：其中，δ2為設定的已調(diào)度用戶的信干噪比門限，pn,m表示在候選碼字索引號m對應的碼字時候選用戶n的參考信號接收功率。方法3中按照如下公式從候選碼字索引號集合中選出最佳碼字索引號m*：按照如下公式在候選用戶集合中選出最佳用戶n*：方法4中按照如下公式從候選碼字索引號集合和候選用戶集合中選出最佳用戶n*和對應的最佳碼字索引號m*：采用上面任一種方法調(diào)度后更新相應的集合，進行下一個用戶和模擬波束的選擇，直至完成所有用戶的調(diào)度。作為優(yōu)選，所述步驟(1)中各用戶將大于反饋閾值門限的參考信號接收功率的相關(guān)信息反饋給基站，若基站未收到來自用戶對某個碼字的反饋則將相應的參考信號接收功率記為0。作為優(yōu)選，用戶反饋給基站的信息包括參考信號接收功率和該參考信號接收功率所對應的碼字索引號。有益效果：本發(fā)明提出的數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法，在模擬波束訓練階段，將各用戶對每個碼字進行模擬波束訓練的參考信號接收功率反饋給基站形成表格。在模擬波束及用戶調(diào)度階段，基站根據(jù)用戶反饋的參考信號接收功率信息進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。本發(fā)明所提出的用戶調(diào)度方法可以有效減小調(diào)度復雜度，實現(xiàn)多個用戶同時通信。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的方法流程圖。圖2為本發(fā)明實施例中仿真對比實驗流程圖。圖3為本發(fā)明實施例的方法和窮舉法的系統(tǒng)容量隨信噪比變化的曲線圖。具體實施方法下面結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。對于mu-mimo無線通信系統(tǒng)，基站配置l個發(fā)射子陣列，待服務用戶數(shù)為k(k≥l)，碼本中的碼字個數(shù)為n。本發(fā)明實施例提供的一種數(shù)模混合通信中的聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法，基于碼書完成mu-mimo無線通信系統(tǒng)聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。如圖1所示，本發(fā)明方法主要包括模擬波束訓練階段和聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度階段。在模擬波束訓練階段，基站依次使用碼本中的碼字對各用戶進行模擬波束訓練，各用戶觀測并記錄每個碼字所對應的參考信號接收功率并反饋給基站。在聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度階段，首先根據(jù)參考信號接收功率最大準則調(diào)度第一個用戶，然后以待調(diào)度用戶的加入對已調(diào)度用戶干擾滿足所定義的性能準則為原則對其余用戶進行聯(lián)合模擬波束及用戶調(diào)度。本具體實施例中：基站配備4個發(fā)射子陣列，每個子陣列的天線數(shù)為8，待服務單天線用戶數(shù)為10，基站同時調(diào)度4個用戶進行通信。模擬波束訓練時使用dft類型的碼本，碼本中的碼字數(shù)為16，即l＝4，k＝10，n＝16。下文結(jié)合該具體系統(tǒng)模型詳細闡述本發(fā)明公開的數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法。模擬波束訓練階段：基站依次使用碼本中的碼字wc進行模擬波束訓練，其中c＝1,…,16表示碼字索引號。所有用戶同時觀測并記錄每個碼字所對應的參考信號接收功率，記為pk,c，其中k表示第k個用戶，k＝1,…,10。用戶依據(jù)一定的反饋準則向基站反饋所測量的參考信號接收功率，反饋準則定義為用戶將大于反饋閾值門限δ1(可設為0或較小的值)的參考信號接收功率的相關(guān)信息反饋給基站，如反饋該參考信號接收功率pk,c及其所對應的碼字索引號c。模擬波束及用戶調(diào)度階段：基站根據(jù)所有用戶反饋的參考信號接收功率，形成相應的參考信號接收功率表格，如表1所示。該表記錄各個用戶采用不同碼字進行模擬波束訓練時的參考信號接收功率。若表中的pk,c未得到反饋，則將第k個用戶對應碼字索引號c的參考信號接收功率記為0。表1各用戶反饋的模擬波束訓練信息碼字1碼字2…碼字16ue1p1,1p1,2…p1,16ue2p2,1p2,2…p2,16……………ue10p10,1p10,2…p10,16模擬波束及用戶調(diào)度的具體步驟為：步驟1：設置初始候選用戶集合為ua＝{1,2,…,10}，候選碼字索引號集合為ba＝{1,2,…,16}，已調(diào)度用戶集合為us＝φ，已調(diào)度用戶的碼字索引號集合為bs＝φ，其中φ表示空集。步驟2：選擇第1個用戶和模擬波束基站按照公式(1)從表1中選出最大參考信號接收功率所對應的最佳調(diào)度用戶i*和相應的最佳碼字索引號j*：更新集合us＝us∪{i*}，bs＝bs∪{j*}，ua＝ua-{i*}，ba＝ba-{j*}，其中us∪{i*}表示將調(diào)度用戶i*加入集合us，bs∪{j*}表示將調(diào)度用戶i*對應的碼字索引號j*加入集合bs，ua-{i*}表示從集合ua中移去調(diào)度用戶i*，ba-{j*}表示從集合ba中移去碼字索引號j*。步驟3：選擇第l(2≤l≤4)個用戶和模擬波束第l個用戶通信時可能會對us集合中的用戶造成干擾，為了降低干擾，采用以下四種方法之一進行聯(lián)合模擬波束和用戶調(diào)度。方法1：1)按照公式(2)從集合ba中選出使已調(diào)度用戶的速率和最大的碼字索引號作為最佳碼字索引號m*：其中，i為已調(diào)度用戶，m為候選碼字索引號；分母上的1表示歸一化噪聲功率，ic表示調(diào)度用戶i使用的碼字索引號，bc表示調(diào)度用戶b使用的碼字索引號，和pi,m表示在不同碼字索引號對應的碼字時調(diào)度用戶i的參考信號接收功率；us-{i}表示從集合us中移去已調(diào)度用戶i。按公式(2)得到的最佳碼字索引號m*即作為第l個用戶使用的碼字索引號。如果公式(2)有多個解，則從中隨機選擇一個作為第l個用戶使用的碼字索引號。2)按照公式(3)從集合ua中選出信干噪比最大的用戶作為最佳用戶n*：其中，n為候選用戶，m*為最佳碼字索引號；1表示歸一化噪聲功率,和表示在不同碼字索引號對應的碼字時候選用戶n的參考信號接收功率。根據(jù)公式(3)得到的最佳用戶n*即作為調(diào)度的第l個用戶。方法2：1)設定已調(diào)度用戶的信干噪比門限δ2，按照公式(4)從集合ba中選出使已調(diào)度用戶的信干噪比大于該門限的碼字索引號集合m：其中，i為已調(diào)度用戶，m為候選碼字索引號；1表示歸一化噪聲功率，ic表示調(diào)度用戶i使用的碼字索引號，bc表示調(diào)度用戶b使用的碼字索引號，和pi,m表示在不同碼字索引號對應的碼字時調(diào)度用戶i的參考信號接收功率；us-{i}表示從集合us中移去用戶i。按照公式(4)得到的m即作為第l個用戶可能使用的碼字索引號集合。2)基站從集合m和ua中選出使所有l(wèi)個用戶(待調(diào)度用戶和已調(diào)度用戶)的速率和最大的用戶和對應的碼字索引號作為最佳用戶碼字索引號對(m*,n*)：其中，n為候選用戶，m為候選碼字索引號，pn,m和表示在不同碼字索引號對應的碼字時候選用戶n的參考信號接收功率。按照公式(5)得到的最佳用戶n*即作為調(diào)度的第l個用戶，m*即作為第l個用戶使用的碼字索引號。方法3：1)按照公式(6)從集合ba中選出使已調(diào)度用戶的干擾功率和最小的碼字索引號作為最佳碼字索引號m*：其中，i為已調(diào)度用戶，m為候選碼字索引號，pi,m為在候選碼字索引號m對應的碼字時已調(diào)度用戶i的參考信號接收功率。按照公式(6)得到的最佳碼字索引號m*即作為第l個用戶使用的碼字索引號。2)按照公式(7)從集合ua中選出信干噪比最大的用戶作為最佳用戶n*：其中，n為候選用戶，m*為最佳碼字索引號；1表示歸一化噪聲功率，bc表示調(diào)度用戶b的碼字索引號，和表示在不同碼字索引號對應碼字時候選用戶n的參考信號接收功率。根據(jù)公式(7)得到的最佳用戶n*即作為調(diào)度的第l個用戶。方法4：按照公式(8)從集合ua和ba中選出具有最大參考信號接收功率的用戶和對應的碼字索引號作為最佳用戶碼字索引號對(m*,n*)：其中，n為候選用戶，m為候選碼字索引號，pn,m為在候選碼字索引號m對應的碼字時候選用戶i的參考信號接收功率。按照公式(8)得到的最佳用戶n*即作為調(diào)度的第l個用戶，m*即作為第l個用戶使用的碼字索引號。步驟4：更新集合us＝us∪{n*}，bs＝bs∪{m*}，ua＝ua-{n*}，ba＝ba-{m*}。判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到4，如果未達到，則跳轉(zhuǎn)至步驟3開始調(diào)度其他用戶；否則，完成調(diào)度。如圖2所示，為驗證本發(fā)明方法效果，本發(fā)明采用上述方法1至方法4的調(diào)度方法分別進行仿真實驗并與窮舉法進行了復雜度和性能的比較。本發(fā)明提供的數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法與窮舉法的復雜度比較基于兩個方面：搜索次數(shù)和四則運算次數(shù)，如表2所示。表2復雜度比較搜索次數(shù)四則運算次數(shù)方法1226462方法24983974方法3226110方法44980窮舉法9172800210974400本發(fā)明提供的數(shù)?；旌贤ㄐ胖械穆?lián)合模擬波束及用戶調(diào)度方法與窮舉法的系統(tǒng)容量隨發(fā)射信噪比的曲線如圖3所示。從圖中可以看出，相較于窮舉法，方法1至方法4在大幅減小復雜度的同時，系統(tǒng)容量性能較好。所有方法的系統(tǒng)容量隨著信噪比的增大呈現(xiàn)先逐漸上升，并趨于平穩(wěn)的趨勢，這是因為在高信噪比時，影響系統(tǒng)容量的干擾和噪聲中干擾占主導地位，且干擾功率和有用功率的比值保持恒定。當前第1頁12