專利名稱：多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隨機(jī)波束成型的多用戶多輸入多輸出的 用戶選擇方法和裝置。
背景技術(shù)：
在多用戶環(huán)境下，特別是在系統(tǒng)用戶數(shù)目較多的情況下，隨機(jī)波束成形也是一個 可能的解決方案。多用戶環(huán)境下，隨機(jī)調(diào)度能充分利用多用戶分集而提高系統(tǒng)吞吐量，每個 用戶只需將其信道質(zhì)量指示(CQI)反饋給基站，基站根據(jù)收集的信息選擇用戶使用信道資 源，可以大大減少反饋信息量。一種簡單的隨機(jī)波束形成方案是把慢衰落信道人為等效成 快衰落信道并用一定的調(diào)度方案保證用戶間的公平性。另一種是把單天線用戶配置的隨機(jī) 波束形成推廣到多天線用戶配置，基站給一個用戶同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)流，并可以根據(jù)反饋 信息在多個流之間進(jìn)行合理的功率分配(注水)以提高系統(tǒng)的吞吐量。實(shí)際上，在多用戶 多天線系統(tǒng)中，除了多用戶分集增益，空分復(fù)用可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的吞吐量。由于基站布 置的天線(M)往往多于用戶的天線(N)，按照信息論理論，如果基站一個時隙只是給一個用 戶發(fā)送數(shù)據(jù)，最多只能同時發(fā)送min(M，N)路獨(dú)立的互不干擾的數(shù)據(jù)流。但當(dāng)基站同時給多 個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，一個時隙基站能同時發(fā)送M路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流。因此，基站同時服務(wù)于多個 用戶往往能獲得更多的增益。還有一種是隨機(jī)產(chǎn)生多個預(yù)編碼矩陣，基站選擇對預(yù)編碼矩 陣具有最高支持速率的多個用戶同時發(fā)送數(shù)據(jù)，每個預(yù)編碼矩陣作為承載相應(yīng)用戶發(fā)送信 息的多個波束，這種方式可以同時獲得多用戶分集增益和空分復(fù)用增益，但由于多個預(yù)編 碼矩陣都是隨機(jī)生成的，用戶之間往往存在較強(qiáng)的干擾，從而降低了系統(tǒng)的性能。也有文獻(xiàn) 提出在產(chǎn)生承載多個用戶數(shù)據(jù)的多個波束時要求各個波束之間相互正交，以控制多個用戶 之間的干擾，但它在干擾抑制時并未利用用戶的信道狀態(tài)信息。多個用戶之間存在一定的 干擾雖然會一定程度地降低系統(tǒng)性能，但它額外地增加了用戶之間的公平性，當(dāng)各用戶由 于與基站距離不同而呈現(xiàn)不同統(tǒng)計(jì)特性的信道響應(yīng)時，用戶端的干擾項(xiàng)也會隨著信道響應(yīng) 統(tǒng)計(jì)特性不同成比例地縮小或放大，如果干擾的影響蓋過噪聲的影響，那么各用戶反饋回 基站的CQI不會隨信道特性變化而影響調(diào)度的公平性。隨機(jī)波束成形在用戶數(shù)較多的情況下，其和容量接近最優(yōu)的和容量；但是在用戶 數(shù)較多的情況下，用戶選擇(調(diào)度)算法的復(fù)雜度很高；因此設(shè)計(jì)低復(fù)雜度、次優(yōu)的用戶選 擇算法就成為隨機(jī)波束成形中重要的研究方向。貪婪選擇算法(Greedy Selection(GS))是常用的隨機(jī)波束成型的多用戶多輸入 多輸出的用戶選擇算法。其基本算法如下(1)、基站獲取所有用戶下行鏈路的精確的信道信息；(2)、基站計(jì)算不同波束、不同用戶的SINRk，m對于所有的k= 1 ；…；K和m = 1 ；…；Nt.(3)、基站找出最大的SINRk，m并且對此最大的SINR所對應(yīng)的波束和用戶進(jìn)行配 對；
3
(4)、基站對剩下的用戶和波束重復(fù)以上步驟直到所有的波束都已配對。貪婪選擇算法的前提是假設(shè)基站有所有下行鏈路的精確的信道信息，因而在下行 鏈路的信道信息不精確的情況下，該算法計(jì)算準(zhǔn)確性不高；同時貪婪選擇算法由于是多項(xiàng) 式計(jì)算，因而其計(jì)算比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出(MIM0， Multiple-InputMultiple-Output)的用戶選擇方法和裝置，能夠降低計(jì)算復(fù)雜程度和提高 信息精度差時的結(jié)果準(zhǔn)確性。本發(fā)明實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法，該方法包括選擇 兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函 數(shù)；選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。本發(fā)明實(shí)施例還一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置，該裝置包括選取模 塊，用于用于選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；比較模塊，用于比較 所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；控制模塊，用于選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。本發(fā)明的上述實(shí)施例，通過采用離散隨機(jī)優(yōu)化的調(diào)度方法，能夠在信道信息不精 確的情況下快速地得到最優(yōu)用戶波束配對方式，且相對于貪婪算法降低了計(jì)算的復(fù)雜度。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖1為隨機(jī)正交波束成型的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的流程圖；圖4為本發(fā)明的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的實(shí)例效果圖；圖5為本發(fā)明的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的實(shí)例效果圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例四的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附 圖，對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本 發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。本實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法。在詳細(xì)說明該多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法之前，先作一些定義說明。多 用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中有Nt根發(fā)射天線，K個用戶，每個用戶裝有Nr根接收天線。每個 用戶的接收信號向量為yk (t)，表示如下yk{t) = ^Hkx{t) + zk{t),k = l,...,K其中，zk表示每個用戶的高斯白噪聲，假設(shè)發(fā)射機(jī)滿足平價功率約束P，即E[x+x] <P，對于不同的用戶經(jīng)歷不同的路損和陰影衰落的情況，用來表示這些效應(yīng)的 影響因子。我們考慮塊衰落信道模型，信道Hk塊和塊間是獨(dú)立的，且Hke CN(0，1)。若采用隨機(jī)正交波束成型的方案，則根據(jù)各向同性分布產(chǎn)生Nt個歸一化的正交 向量如圖1所示，在每一時刻，第m個信息流xm(t)，乘以^⑴，得到發(fā)射信號
N,x(t) = YJXm{t)(t>m{t)
m=\假設(shè)信息流是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，且假設(shè)每天線的平均發(fā)射功率相等 Etk (o|2]=~。令為每流的發(fā)射信噪比。因?yàn)橛捎谛诺拦烙?jì)的誤差和反饋延遲和其他原因，在基站側(cè)僅能獲得和速率的估 計(jì)值。我們調(diào)度算法的目標(biāo)是選擇K個用戶和Nt個空間波束之間的優(yōu)化的配對。如果采
廣尤)KI
用完全搜索的方法，有M 二、,種可能。
Kl定義適合解為Wl，w2，...，wM，這里擬=7^^，而^是{1，2，…，K}的有序子
(A - TV,)!
集，子集大小為Nt。定義⑴為的第i個元素。進(jìn)一步定義//[(Om;^(//Wmn)，...,//WmW)),m = l,...，似表示該適合解(用戶波束配對)
的信道狀態(tài)矩陣；O(H[C0m ]) = 2]1(於;‘(0)表示對應(yīng)于適合解的和速率

這里 很顯然，最優(yōu)的波束_用戶配對為 在實(shí)際系統(tǒng)中，因?yàn)榫_的H[ m]估計(jì)不可得，只能得到其有噪的估計(jì)^>ym]， 因此在n時刻，只得到0(H[ m])的有噪估計(jì)小[ m，n]。假設(shè)它是無偏估計(jì)即滿足 ①(H[ J) = E{>[ m]}。因此問題變?yōu)?在迭代中產(chǎn)生解的估計(jì)的序列，每個解相對前一個解趨近于最優(yōu)解。求解com在第n次迭代的占有概率(occupation probability)為n (m, n)，并且 定義狀態(tài)概率向量為= [Ji[l，n]，....，Ji[M，n]]，ei*MXl的向量，其第i個元素 約束等于1，剩下的元素等于0;同時定義MX 1的向量序列{d[n]}，d[n] =eiifcon= coi0下面在上面定義的基礎(chǔ)上，參照圖2，詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多用戶多輸入 多輸出的用戶選擇方法。該方法包括
步驟S210 選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；步驟S220 比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；步驟S230 選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。本實(shí)施例通過隨機(jī)選取用戶波束配對，比較得到目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對，從 而能迅速地得到最優(yōu)的用戶波束配對方式。本實(shí)施例提供另一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法。下面參照圖3，詳細(xì)描 述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法。該方法包括步驟S310 隨機(jī)地選擇一種用戶波束配對，得到相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；步驟S320 隨機(jī)地選擇另一種用戶波束配對，得到相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；步驟S330 比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；步驟S340 更新目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對的占有概率；其中占有概率的計(jì)算公式如下31 [n+1] = [n] + li [n+1] (d[n+l]_ Ji [n] ),//["]=丄
n步驟S350 重復(fù)上述各步驟直至得到占有概率最大的用戶波束配對，該占有概率 最大的用戶波束配對即為下次迭代的用戶波束配對。本多用戶MIM0的用戶選擇算法的偽碼如下表1所示。關(guān)于本實(shí)施例的效果，請參 閱圖4和圖5，圖4為本發(fā)明實(shí)施例的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的效果圖；圖5 為本發(fā)明實(shí)施例的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法的效果圖。如圖4和圖5所示，本 發(fā)明實(shí)施例的用戶選擇方法在10個用戶，3個波束，信噪比是15dB的情況下，本算法快速地 收斂到最優(yōu)解的附近；經(jīng)過十幾次迭代搜索，所得到的和速率大大超過和速率的中值，具有 較大的使用價值。特別適合應(yīng)用于在用戶數(shù)目較多的系統(tǒng)和實(shí)時性較強(qiáng)的多用戶多輸入多 輸出的用戶選擇中。本實(shí)施例采用了離散隨機(jī)優(yōu)化的調(diào)度方法，能夠在信道信息不精確的情況下快速 地得到最優(yōu)用戶波束配對方式，且計(jì)算復(fù)雜度低。表 1
6 本實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置。下面結(jié)合圖6詳細(xì)描述 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置600。該多用戶多輸入多輸出的 用戶選擇裝置600包括選取模塊610，用于隨機(jī)地選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函 數(shù)；比較模塊620，用于比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；控制模塊630，用于選則目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配。本實(shí)施例能夠迅速找到最優(yōu)用戶波束配對方式。本實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置，如圖7所示。本發(fā)明實(shí) 施例的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置700與圖6所示的用戶選擇裝置600大致相 同，包括選取模塊710、比較模塊720和控制模塊730，不同之處在于，該多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置700還包括初始化模塊740，用于初始化用戶波束配對的占有概率。更新模塊750，用于更新目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對的占有概率。本實(shí)施例提供的多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置，能夠在信道信息不精確的 情況下，快速地得到最優(yōu)用戶波束配對方式，且計(jì)算復(fù)雜度低。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法，其特征在于，該方法包括選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述目標(biāo)函數(shù)是和速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括更新目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對 的占有概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 初始化所述用戶波束配對的占有概率。
5.一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇裝置，其特征在于，該裝置包括 選取模塊，用于選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)； 比較模塊，用于比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；控制模塊，用于選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述目標(biāo)函數(shù)是和速率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括 初始化模塊，用于初始化所述用戶波束配對的占有概率。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括 更新模塊，用于更新目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對的占有概率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多用戶多輸入多輸出的用戶選擇方法和裝置。該方法包括選擇兩種用戶波束配對，并分別獲取其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)；比較所述兩個用戶波束配對的目標(biāo)函數(shù)；選擇目標(biāo)函數(shù)大的用戶波束配對。本發(fā)明能夠在信道信息不精確的情況下，快速地得到最優(yōu)用戶波束配對方式，且計(jì)算復(fù)雜度低。
文檔編號H04B7/04GK101931441SQ200910150038
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉鋒, 李斌, 沈暉, 王曉東, 羅毅 申請人:華為技術(shù)有限公司