多用戶系統(tǒng)中基于時延感知的半正交調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計算機(jī)多用戶系統(tǒng)調(diào)度方法，特別是一種在半正交調(diào)度算法基礎(chǔ) 上引入速率因子、隊列等待時延因子的多用戶系統(tǒng)中基于時延感知的半正交調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多用戶多入多出（Multi User-Multiple Input Multiple Output，MU-MIMO) 系統(tǒng)的下行鏈路用戶調(diào)度技術(shù)成為近年來研宄的熱點(diǎn)（參見Hong-Chuan Yang and Mohamed-Slim Alouini. Order Statistics in Wireless Communications:Diversity Adaptation, and Scheduling in MIMO and OFDM Systems[M]. Cambridge:Cambridge University Press，2011 :193-256.，以及邱玲，徐杰，等.多用戶、多小區(qū)MMO通信 技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2011:125-147.)。除了一些經(jīng)典算法諸如輪詢調(diào)度 (參見 Xian Yongju, Tian Fengchun. Analysis of M-LWDF Fairness and an Enhanced M-LWDF Packet Scheduling Mechanism[J]. The Journal of China Universities of Posts Telecommunications，2011，18(4):82_88.)，最大載干比調(diào)度（參見Driouch E.Efficient Scheduling Algorithms for Multi-antenna CDMA Systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2012, 61 (2):521-532.)，比例公平調(diào)度（參 見 Data J A. Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency-high Data Rate Personal Communication Wireless System[C]//Proc.of Vehicular Technology Conference. Tokyo，Japan:[s.n.]，2000:206-210.)等，半正交調(diào)度（Semi-orthogonal User Scheduling，SUS，參見 T Yoo and A Goldsmith. On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming[J]IEEE J.Select. Areas Commun. 2006, 24 (3) : 528-541.)也廣泛應(yīng)用于 MU-MMO 系統(tǒng)。但是 SUS 算法 沒有考慮業(yè)務(wù)時延與公平性要求。文獻(xiàn)（張炳超，黎海濤.一種多用戶MMO系統(tǒng)的 公平調(diào)度算法[<1].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2010,5(2) :213-216.，以及￡%13〇111 M, Riera-Palou F,Femenias G. A fair MU-MIMO scheme for IEEE 802.1lac[C]//Proc. of International Symposium on Wireless Communication Systems. Paris, France:IEEE 口1^%，2012:1049-1053.)提出的算法僅僅考慮了公平性，卻不能滿足MU-MMO系統(tǒng)中 對時延敏感的視頻業(yè)務(wù)需求?文獻(xiàn)M Torabzadeh and W Ajib. Packet scheduling and fairness for multiuser MIMO systems[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2010, 59 (3) : 1330-1340.提出算法雖然能兼顧時延，但是沒有使用波束賦型 技術(shù)在發(fā)射端消除用戶間干擾，這使得系統(tǒng)用戶端的處理變得復(fù)雜。文獻(xiàn)（She F，Luo H，Chen W, Wang X. Joint Queue Control and User Scheduling in MIMO Broadcast Channel under Zero-Forcing Multiplexing[C]//Proc. of International Conference on Communications. Beijing，China: IEEE press，2008:275-279.)提出一種半正交注水 算法（Semi-orthogonal User Scheduling with Water Filling，SUSWF)算法，該算法 基于隊列長度，能使系統(tǒng)獲得較大的公平性與穩(wěn)定性。文獻(xiàn)（Meng Wang，F(xiàn)eng Li，Jamie S. Evans. Modified Semi-orthogonal User Scheduling Scheme with Optimized User Selection Parameter[C]//Proc. of 2013Australian Communications Theory Workshop. Adelaide，SA: IEEE Press，2013:111-115.)對SUS算法中的正交化門限值提出了最優(yōu)化解 決方案。以上兩篇文獻(xiàn)雖然對SUS進(jìn)行了改進(jìn)，但都忽略了業(yè)務(wù)時延的要求。為了滿足服 務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS)需求，兼顧時延與公平性，本文在SUS基礎(chǔ)上改進(jìn)算法， 提出時延感知半正交 G)elay-Aware Semi-orthogonal User Scheduling, DA-SUS)算法。
[0003] 圖1為MU-MMO系統(tǒng)下行鏈路結(jié)構(gòu)圖，假設(shè)基站端天線數(shù)為Nt，總的用戶數(shù)為K，每 個用戶配備一根天線。用戶集M 人丨，為調(diào)度用戶集合，|u|彡Nt。用H(U)，W(U)分 別代表信道矩陣H= [h/，…，hKT]和波束賦型矩陣W= [Wl，…，wK]對應(yīng)的子矩陣。迫零波 束賦型需滿足用戶間發(fā)射信號干擾為零，令W(U)為行滿秩矩陣H(U)的偽逆，即
[0004] ff(U) = H(U)h[H(U)H(U)h] _1
[0005] 用戶k的速率為：
[0006] rk= log2(l+bkPk)
[0007]其中 bk= [H⑶ H(U) h]',。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多用戶 系統(tǒng)中基于時延感知的半正交調(diào)度方法，該方法在犧牲少量吞吐率的情況下有效減小業(yè)務(wù) 平均時延，同時保證了用戶公平性。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種多用戶系統(tǒng)中基于時延感知的半正交 調(diào)度方法，令U為已選用戶集合，在調(diào)度前為空，r為備選用戶集合，每次迭代循環(huán)，選擇一 個用戶，加入U，同時備選用戶集合r減去這個該用戶，假設(shè)基站端天線數(shù)為N t，每個用戶 配備一根接收天線，具體包括以下步驟：
[0010] 步驟（1)，初始化，在迭代次序i = 1時，備選用戶集合為所有的用戶集合，即r = {1，…，K}，K為用戶的總數(shù)，假設(shè)K>Nt，令已選用戶集合為空，即U= 0);
[0011] 對于每個用戶kG r，求用戶k的信道在{g⑴，g⑵，…，構(gòu)成的子空間上的 投影gk;投影gk的計算公式為：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種多用戶系統(tǒng)中基于時延感知的半正交調(diào)度方法，其特征在于，令U為已選用戶 集合，在調(diào)度前為空，Γ為備選用戶集合，每次迭代循環(huán)，選擇一個用戶，加入U，同時備選 用戶集合r減去這個該用戶，假設(shè)基站端天線數(shù)為N t，每個用戶配備一根接收天線，具體包 括以下步驟： 步驟（1)，初始化，在迭代次序i = 1時，備選用戶集合為所有的用戶集合，即Γ = {1，···，Κ}，Κ為用戶的總數(shù)，假設(shè)KSNt，令已選用戶集合為空，即U = Φ ; 步驟（2)，對于每個用戶ke Γ，求用戶k的信道在{g(1)，g(2)，…，構(gòu)成的子空間 上的投影gk; 步驟⑶，調(diào)度時，根據(jù)如下公式更新用戶k在MAC層第t個調(diào)度周期的業(yè)務(wù)隊列平均 比特流輸出速率rk ·和平均比特流輸入速率Rk (t); 步驟（4)，計算DA-SUS速率因子Yk (t)和隊列時延因子n k(t); 步驟（5)，計算權(quán)重ω k (t); 步驟（6)，選擇第i個用戶π (i); 步驟（7)，如果i〈Nt，則更新Γ ;如果Γ不為空，且i〈Nt，更新i = i+Ι，回到步驟（2)， 否則結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中，投影g k的計算公式為：
其中，hk是信道狀態(tài)，表示g(j)的共軛轉(zhuǎn)置，當(dāng)i = 1，gk= h k。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（3)中，平均比特流輸出速率rk(t) 和平均比特流輸入速率R k (t)的計算方法如下：
其中々T。是滑動平均窗口長度；< 為用戶k業(yè)務(wù)隊列實(shí)際比特流輸出速率，< 為 用戶k業(yè)務(wù)隊列實(shí)際比特流輸入速率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（4)中，計算DA-SUS速率因子γ k(t) 和隊列時延因子nk(t)，公式為：
其中Tk(t)為隊頭等待時延，dk(t)為最大時延限制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（5)，計算權(quán)重ω k(t)，公式為： wk⑴=Yk⑴x rU⑴。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下準(zhǔn)則選擇第i個用戶π (i):
P是基站發(fā)射總功率，|U|是當(dāng)前集合U內(nèi)用戶的個數(shù)， 如果用戶的達(dá)到速率:log
小于最小業(yè)務(wù)速率Rmin，則回到步驟（2); 否則更新已選用戶集合U : U：=UU {Ji (i)}, g⑴=g π⑴， π (i)準(zhǔn)則：選取第i個用戶放入到U中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟（7)中采用以下公式更新Γ :
其中0〈α〈1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多用戶系統(tǒng)中基于時延感知的半正交調(diào)度方法，步驟(1)，初始化；步驟(2)，對于每個用戶k∈Γ，求用戶k的信道在{g(1),g(2),…,g(i-1)}構(gòu)成的子空間上的投影gk；步驟(3)，調(diào)度時，根據(jù)如下公式更新用戶k在MAC層第t個調(diào)度周期的業(yè)務(wù)隊列平均比特流輸出速率rk(t)和平均比特流輸入速率Rk(t)；步驟(4)，計算DA-SUS速率因子γk(t)和隊列時延因子ηk(t)；步驟(5)，計算權(quán)重ωk(t)；步驟(6)，選擇第i個用戶π(i)；步驟(7)，如果i<Nt，則更新Γ；如果Γ不為空，且i<Nt，更新i＝i+1，回到步驟(2)，否則結(jié)束。
【IPC分類】H04B7-04
【公開號】CN104539328
【申請?zhí)枴緾N201410738481
【發(fā)明人】洪瀟瀟, 萬爭, 于志凱
【申請人】江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月5日