專利名稱：基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，尤其是一種無線多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的用戶調(diào)度和預(yù)編碼方法，具體地涉及一種基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的多輸入多輸出(SingleUser Multiple Input Multiple Output, SU-MIMO) 技術(shù)中，用戶和基站組成的多天線結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)分集復(fù)用，在不需要增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，能夠提高信道容量。在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，又提出了多用戶多輸入多輸出(Multiple Users Multiple Input Multiple Output,MU-MIMO)技術(shù)。多用戶多輸入多輸出技術(shù)雖然是由傳統(tǒng)的多輸入多輸出技術(shù)發(fā)展而來，但是兩者還是有很大的差別。在多用戶多輸入多輸出技術(shù)中，基站可以同時服務(wù)多個用戶，在3GPP-LTE CThe 3rd Generation Partnership Project Long Time Evolution)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，考慮的是兩個用戶配對的用戶組占用相同視頻資源，即多用戶在相同子載波上傳輸，因此多用戶多輸入多輸出技術(shù)可以增大系統(tǒng)的空間復(fù)用率，能大大地提高系統(tǒng)吞吐量。但多用戶技術(shù)的引入，又帶來了多用戶之間共信道干擾的問題。因此，必須針對多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的特點，設(shè)計相應(yīng)的預(yù)處理方法來消除或減少干擾的影響，從而達(dá)到最優(yōu)的吞吐量。其中，多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的預(yù)處理方法主要包括用戶調(diào)度和預(yù)編碼方案。對現(xiàn)有文獻(xiàn)的調(diào)研，了解前人的已有工作.Taesang Yoo等人在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》(美國電氣與電子工程師協(xié)會通信期刊，2007年9月第 7 卷第 1478 至 1491 頁)上，發(fā)表了“Multi-Antenna Downlink Channels with Limited Feedback and User Selection”(“采用有限反饋和用戶選擇的多天線下行信道研究”)， 該文提出了，在多天線多輸入多輸出的系統(tǒng)中，采用信道質(zhì)量信息(CQI)和信道方向信息 (CDI)的有限反饋方法，以及半正交的用戶選擇方法(Semi-orthogonal User Selection, SUS)，可以得到較優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量。具體方法步驟是首先，在全體用戶中選擇信道質(zhì)量信息最大的用戶，把它作為第一個調(diào)度用戶；其次，在未選擇用戶中找出與已選擇用戶相關(guān)性小于某一闊值的用戶集合，在此集合中選擇信道質(zhì)量指示最大的用戶作為這一次調(diào)度用戶；然后，重復(fù)上一步驟直到接收天線等于發(fā)射天線，或者半正交用戶集合為空集；最后， 對所調(diào)度用戶進(jìn)行迫零預(yù)編碼aero-Forcing Precoding)，從而來傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。半正交用戶選擇雖然能減小調(diào)度用戶時的復(fù)雜度，但是這種方法不能得到最優(yōu)的調(diào)度用戶集合，而且文中是采用隨機(jī)預(yù)編碼矩陣，同樣也不能獲得最優(yōu)的系統(tǒng)吞吐量。另外，檢索文獻(xiàn)又發(fā)現(xiàn)在用戶調(diào)度的方法中，Matteo Trivellato等人在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》(美國電氣與電子工程師協(xié)會通信期刊， 2008 年 10 月第 8 卷第 1494 至 1503 頁)上，發(fā)表了“On Transceiver Design and Channel Quantization for Downlink Multiuser MIMO Systems with Limited Feedback，，( “有限反饋ΜΙΜΟ系統(tǒng)中發(fā)射端的信道量化研究”)，本發(fā)明中研究貪婪算法的用戶選擇方法(Greedy algorithm User Selection, GUS)半正交的用戶選擇方法(Semi-orthogonal User kleCti0n，SUQ。貪婪算法的用戶調(diào)度方法相比半正交的用戶調(diào)度方法來說，貪婪算法的用戶調(diào)度過程中不是先從未選擇用戶中找出一個待選用戶集合，而是直接在所有未選擇用戶中進(jìn)行選擇。并且文中除了第一個用戶是選擇最大信道質(zhì)量指示的用戶外，其余用戶的選擇是最大的信干噪比(Signal-to-interference-plus-noise ratio, SIN 。貪婪算法的用戶選擇方法相對于半正交用戶選擇方法來說，貪婪算法的用戶選擇方法更簡單， 更易于實現(xiàn)，而且待選集合是所有未選擇用戶，可能達(dá)到用戶調(diào)度的最優(yōu)解。其次，因為系統(tǒng)容量是和信干噪比成正比的，文中的選擇準(zhǔn)則能達(dá)到一個較優(yōu)的系統(tǒng)容量，但是最大信干噪比下迫零預(yù)編碼在找尋波束成形向量時忽略了噪聲功率，因此最大信干噪比并不適用于所有環(huán)境，其他的選擇準(zhǔn)則也是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提出了在有限反饋的多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的一種自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，采用的是貪婪的用戶調(diào)度方法，而用戶調(diào)度準(zhǔn)則是根據(jù)系統(tǒng)的容量在最大信干噪比準(zhǔn)則和最大信漏噪比(Signal-to-leakage-plus-noise ratio, SLNR)準(zhǔn)則間進(jìn)行自適應(yīng)的切換，相比已有的方法，本發(fā)明能夠達(dá)到更大系統(tǒng)容量， 算法也較易于實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，包括如下步驟步驟A 通過用戶對基站發(fā)送的導(dǎo)頻信息進(jìn)行信道估計，根據(jù)得到的信道矩陣計算信道方向信息并反饋給基站；步驟B 基站根據(jù)信道方向信息在不同的用戶選擇準(zhǔn)則下進(jìn)行用戶選擇，選擇完后計算出系統(tǒng)的容量；步驟C 選擇較大系統(tǒng)容量的用戶選擇準(zhǔn)則作為本次的用戶調(diào)度準(zhǔn)則，其中，所述步驟A中的計算信道方向信息包括如下步驟步驟Al 對信道矩陣做歸一化處理，得到歸一化后的信道矩陣；步驟A2 運用碼本和信道歸一化矩陣來計算信道方向信息對應(yīng)的碼字。優(yōu)選地，所述步驟B包括如下步驟步驟Bl 基站基于第一用戶選擇準(zhǔn)則和第二用戶選擇準(zhǔn)則來選擇出用戶組；步驟B2 基于所述第一用戶選擇準(zhǔn)則計算出第一預(yù)編碼矩陣，并計算出第一和速率；基于第二用戶選擇準(zhǔn)則計算出第二預(yù)編碼矩陣，并計算出第二和速率，所述步驟C包括如下步驟步驟Cl 根據(jù)比較每一次時隙基站在相同系統(tǒng)參數(shù)條件下第一和速率和第二和速率，自適應(yīng)地采用和速率較大的用戶選擇準(zhǔn)則，即選擇相應(yīng)的用戶組作為調(diào)度用戶組。優(yōu)選地，所述第一用戶選擇準(zhǔn)則采用最大信干噪比準(zhǔn)則，所述第二用戶選擇準(zhǔn)則采用最大信漏噪比準(zhǔn)則。優(yōu)選地，在所述步驟Bl中的基于最大信干噪比準(zhǔn)則來選擇出用戶組包括如下步驟步驟Bll:獲取所有用戶集合T= {1，2，3，....，1(}，初始化使已選擇用戶集合5=〔步驟B12 在第一次選擇時，已選擇用戶組為空集，最大信干噪比表達(dá)式分母中的第一項干擾為0 ；基站選擇信道增益最大的用戶k，即trace (Hk*Hk) = max (trace ( * ))，S = {k}，T = T-{k}；步驟B13 基站在未選擇用戶集合T中，由最大信干噪比表達(dá)式計算出SINIik并進(jìn)行比較，從而選擇出最大SINRk的用戶k ;S = S U {k}，T = T-{k}；步驟B14 重復(fù)所述步驟 B13直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目，其中，最大信干噪比表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟步驟A 通過用戶對基站發(fā)送的導(dǎo)頻信息進(jìn)行信道估計，根據(jù)得到的信道矩陣計算信道方向信息并反饋給基站；步驟B:基站根據(jù)信道方向信息在不同的用戶選擇準(zhǔn)則下進(jìn)行用戶選擇，選擇完后計算出系統(tǒng)的容量；步驟C 選擇較大系統(tǒng)容量的用戶選擇準(zhǔn)則作為本次的用戶調(diào)度準(zhǔn)則， 其中，所述步驟A中的計算信道方向信息包括如下步驟 步驟Al 對信道矩陣做歸一化處理，得到歸一化后的信道矩陣； 步驟A2 運用碼本和信道歸一化矩陣來計算信道方向信息對應(yīng)的碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟B包括如下步驟步驟Bl 基站基于第一用戶選擇準(zhǔn)則和第二用戶選擇準(zhǔn)則來選擇出用戶組； 步驟B2 基于所述第一用戶選擇準(zhǔn)則計算出第一預(yù)編碼矩陣，并計算出第一和速率； 基于第二用戶選擇準(zhǔn)則計算出第二預(yù)編碼矩陣，并計算出第二和速率， 所述步驟C包括如下步驟步驟Cl 根據(jù)比較每一次時隙基站在相同系統(tǒng)參數(shù)條件下第一和速率和第二和速率， 自適應(yīng)地采用和速率較大的用戶選擇準(zhǔn)則，即選擇相應(yīng)的用戶組作為調(diào)度用戶組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，所述第一用戶選擇準(zhǔn)則采用最大信干噪比準(zhǔn)則，所述第二用戶選擇準(zhǔn)則采用最大信漏噪比準(zhǔn)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟Bl中的基于最大信干噪比準(zhǔn)則來選擇出用戶組包括如下步驟步驟Bll 獲取所有用戶集合T = {1，2，3，....，K}，初始化使已選擇用戶集合· ; 步驟B12 在第一次選擇時，已選擇用戶組為空集，^iti噪比表達(dá)式分母中的第一項干擾為0 ；基站選擇信道增益最大的用戶k，即trace (Hk*Hk) = max (trace ( * )), S = {k}，T = T-{k}；步驟B13 基站在未選擇用戶集合T中，由最大信干噪比表達(dá)式計算出SINRk并進(jìn)行比較，從而選擇出最大SINRk的用戶k ;S = S U {k},T = T-{k}；步驟B14 重復(fù)所述步驟B13直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目， 其中，最大信干噪比表汰式為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟B2中，所述第一預(yù)編碼矩陣采用迫零預(yù)編碼矩陣，所述第一和速率C1的計算表達(dá)式為
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟Bl中的基于最大信漏噪比準(zhǔn)則來選擇出用戶組包括如下步驟 步驟BllO 初始化，已選擇用戶集合S = D .所有用戶集合T = {1，2，3，....，K}， 步驟B120 在第一次選擇時，基站選擇信道增益最大的用戶k，S = {k}，T = T-{k}； 步驟B130 基站在未選擇用戶集合T中，由瑞利-里茨商性質(zhì)計算出SLNRk并進(jìn)行比較，選擇最大SLNRk的用戶k;S = S U {k},T = T-{k}；步驟B140 重復(fù)所述步驟B130直到接收天線數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)目， 其中，最大信漏噪比表達(dá)式為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其特征在于，在所述步驟B2中，所述第二預(yù)編碼矩陣采用基于漏功率的預(yù)編碼矩陣，所述第二和速率C1的計算表達(dá)式為
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的無線多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的基于最大吞吐量的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，通過比較基于最大信噪比用戶調(diào)度算法和基于最大信漏噪比用戶調(diào)度算法，并分析所得到的吞吐量結(jié)果來自適應(yīng)地在兩種算法中切換，以此達(dá)到最大化系統(tǒng)吞吐量。本發(fā)明能支持多用戶傳輸，在相同的發(fā)送信噪比條件下，能獲得更大的系統(tǒng)吞吐量。
文檔編號H04B7/04GK102404031SQ20111034403
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者俞暉, 楊文逸, 秦佳美, 羅漢文, 黃劍 申請人:上海交通大學(xué)