专利名称：无线双向中继网络编码系统的用户调度方法
技术领域：
本发明涉及一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，属于无线移动通信 中继系统的技术领域。
背景技术：
下一代宽带蜂窝移动通信系统(IMT-Advanced)将采用传统的无线中继技术(如 类型I中继，Type I)来扩展覆盖范围，同时也考虑采用协同中继技术(如类型II中继， Type II)来提供额外的空间分集增益，从而提高传输速率和系统的频谱效率。需要注意的 是，传统中继技术存在一些问题(l)Type I中继主要用于扩展覆盖范围，无法有效提高系 统频谱效率；0)Type II中继虽然能够提供额外的协同空间分集增益，但对现有标准协议 修改较多且性能增益不确定；C3)无论是传统中继还是协同中继，都需要为中继链路提供 额外的资源，无法保证中继传输的高频谱效率。为了解决以上中继技术存在的各种问题，在 IMT-Advanced的后续标准化过程中，需要提出新的无线中继传输方案和相关处理技术，使 得中继技术既能扩展覆盖范围，增强无线传输性能，又能提高无线传输的频谱效率。近来，提出了一种打破传统信息处理方式的网络编码理论。该网络编码理论要求 传输链路上的中间节点(下文中，亦称作中继节点或中继)不是单纯地转发接收到的信息， 而是需要对所接收到的信息进行相关信号处理后再转发出去。由于该网络编码理论在中间 节点中增加了相关信号处理功能，且目标接收节点能够恢复出这些处理后的信息，因此，理 论上增加了信息量，且已经证明可以实现网络的较大流传输，从而有效增强无线中继传输 的性能。上述网络编码理论在无线中继系统中的应用形成了本发明所涉及的无线中继网 络编码系统。在无线中继网络编码系统中，把从多个无线用户接收到的信息合并在一起并 由中继节点进行必要的信号处理后传输，这样可以有效减少多用户传输的资源开销，提高 系统传输的频谱效率，降低多用户场景调度的复杂度，从而增强无线传输性能，提高无线传 输的频谱效率的目标。在传统的时分双工无线中继系统中，基站与M个用户通过中继节点通信，完成M次 上下行数据传输需要2M个时隙，频谱效率低下，浪费物理资源。在本发明所涉及的无线中 继网络编码系统中，若基站和中继配置M根天线，完成M个用户与基站之间的信息交互只需 要2个时隙，频谱效率提升明显。但是，由于无线中继网络编码系统的提出时间较短，目前尚没有研究出较适用于 该无线中继网络编码系统的对用户的调度方法。具体地，传统的蜂窝网络一般使用轮询调度、比例公平调度和机会调度。轮询调度 方法只是随机选择用户传输，并没有充分利用信道特性，虽然用户公平性好，但是频谱效率 低。比例公平调度和机会调度方法，都考虑了信道增益对系统性能的影响，在传统的中继网 络中，可以获得很高的吞吐量和传输正确率。但是，由于无线中继网络编码系统中采用了 双向传输，即基站和多个用户同时向中断节点传输信息，因此既要防止信息对内部的干扰(即，基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰)，又要防止信息对 之间的干扰(即，不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰)，而适用于传统中继网络的 比例公平调度和机会调度方法均没有考虑如何同时防止信息对内部的干扰和信息对之间 的干扰，因此并不适用于本发明所涉及的无线中继网络编码系统。本发明的发明人注意到了上述现有技术存在的各种缺陷，并认识到解决上述技术 问题对于提高系统吞吐量至关重要，进而提出了一种新的适用于无线双向中继网络编码系 统的用户调度方法。该用户调度方法大大提升了基站平均吞吐量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线双向中继网络编码系统的用户调 度方法。该用户调度方法包括如下步骤基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G ；对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U ；针对所述酉矩阵U中的各个列矢量um，分别计算各待调度用户所对应的信道矢量 hk与列矢量Um之间的相关系数P k,m，从所述各待调度用户中选择I Pk,m|最大的用户进行 调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；其中，G禾口 U为MXM维矩阵；酉矩阵U= [Ul，u2，…，uM]，其中Um表示酉矩阵U的第m列，其中，m= 1，2，… M，m为所述酉矩阵U的各列的序号；信道矢量hk为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户 与中继多天线之间的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号；M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及I ρ k,J表示ρ k,m的复数绝对值运算。本发明还提供了 一种用户调度方法，其中，针对所述酉矩阵U中的各个列矢量um，利用如下表达式来分别计算各待调度用户 与中继之间的信道矢量hk与Um的相关系数P k,ffl 其中，I I · I I表示矢量的2-范数。本发明还提供了一种用户调度方法，其中，针对所述酉矩阵U中的第m个列矢量 um，根据如下步骤选择I pk,ml最大的用户进行调度由各待调度用户构成待调度用户数组Ω，预设参考系数ρ=0;轮询数组Ω中的第k(k = 1,2,…，K)个用户以计算所轮询的待调度用户对应的 相关系数01;, 1，在I Pk,m|大于I P I时，使得P = P k,m，并将所轮询的待调度用户作为第m 个被调度的候选用户；当轮询完数组Ω内中的每个待调度用户时，将所述候选用户选择为所述I Pk,m| 最大的用户。
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本发明还提供了 一种用户调度方法，其中，将被选择为所述I Pk,m|最大的用户从所述用户数组Ω中去除，并且使得m = m+1，以确定下一被调度用户，直到已调度了 M个用户或Ω中的元素个数为零。本发明还提供了一种用户调度方法，其中，在所述无线双向中继网络编码系统中，所述基站和所确定的最多M个用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据；所述中继对从所确定的最多M个用户及所述基站接收到的混合信号进行预编码；将预编码后的信号转发给所确定的最多M个用户和所述基站；以及所述基站和所确定的最多M个用户对从所述中继转发来的信息进行网络编码，以 获得所需信息。本发明还提供了 一种用户调度方法，其中，在确定所述相关系数P k,m时，使得矢量hk与矢量Um的相似程度越高则I Pk,m|越 大。本发明还提供了一种用户调度方法，其中，在所述中继或所述基站中执行所述用 户调度方法。本发明又提供了一种用户调度方法，其中，包括如下步骤基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G ；针对所述信道矩阵G中的各个列矢量gm，分别计算各待调度用户所对应的信道矢 量hk与列矢量间的相关系数Ρk,m，从所述各待调度用户中选择I Pk,m|最大的用户进 行调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；其中，G禾Π U为MXM维矩阵，m为所述酉矩阵U的各列的序号；以及G=[gl，&，…， ]，其中，8111表示矩阵G的第m列，其中，m= 1，2，…M;信道矢量hk为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户 与中继多天线之间的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号；M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及I ρ k,J表示ρ k,m的复数绝对值运算。本发明还提供了 一种用户调度方法，其中，针对所述信道矩阵G中的各个列矢量gm，利用如下表达式分别计算各待调度用户 与中继之间的信道矢量hk与gm的相关系数P k,ffl
hff2Pk,m - τπ—ρ~η ,
INIW其中，I I · I I表示矢量的2-范数。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点根据本发明的用户调度方法，基站或中继在调度用户时，轮询小区内所有未调度 的用户，计算其与中继信道和U矩阵的列矢量之间的相关系数，选择相关系数最大的用户 进行调度，直到选择调度的用户数等于M，可见，本发明的用户调度方法考虑了基站与中继 之间信道以及用户与中继之间信道这两种信道之间的相互影响，亦即，既防止了信息对内 部的干扰(即，基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰)，又防止了信息对之间的干扰(即，不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰)，从而在保证用户 公平性的前提下，提升了系统吞吐量；此外，根据本发明的用户调度方法在完成M个用户调度时，相关系数的计算量很
低，只需计算
权利要求
1.一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤 基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G ；对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U ；针对所述酉矩阵U中的各个列矢量um，分别计算列矢量Um与各待调度用户所对应的信 道矢量hk之间的相关系数P k,m，从所述各待调度用户中选择I Pk,m|最大的用户进行调度， 以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户； 其中，G禾口 U为MXM维矩阵；酉矩阵U= [Ul，u2，…，uM]，其中Um表示酉矩阵U的第m列，其中，m= 1，2，…M，m为 所述酉矩阵U的各列的序号；信道矢量hk为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中 继多天线之间的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号； M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量； K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及 Pk,J表示P k,m的复数绝对值运算。
2.根据权利要求1所述的用户调度方法，其特征在于，根据表达式svd(G) = UE Vh对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U ； 其中，svd(.)表示对矩阵进行奇异值分解； Σ为分解得到的准对角矩阵； V为分解得到的MXM维酉矩阵； ( 广表示对矩阵共轭转置。
3.根据权利要求2所述的用户调度方法，其特征在于，针对所述酉矩阵U中的各个列矢量um，利用如下表达式来分别计算各待调度用户与中 继之间的信道矢量hk与Um的相关系数P k,ffl 其中，I I · I I表示矢量的2-范数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述酉矩阵U中的第m 个列矢量Um，根据如下步骤选择I Pk,m|最大的用户进行调度由各待调度用户构成待调度用户数组Ω，预设参考系数ρ=0; 轮询数组Ω中的第k(k= 1,2,…K)个用户以计算所轮询的待调度用户对应的相关 系数91_，在I Pk,m|大于I P I时，使得P = P k,m，并将所轮询的待调度用户作为第m个 被调度的候选用户；当轮询完数组Ω内中的每个待调度用户时，将所述候选用户选择为所述I Pk,m|最大 的用户。
5.根据权利要求4所述的用户调度方法，其特征在于，将被选择为所述I pk,m|最大的用户从所述用户数组Ω中去除，并且使得m = m+l，以 确定下一被调度用户，直到已调度了 M个用户或Ω中的元素个数为零。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用户调度方法，其特征在于，在所述无线双向中 继网络编码系统中，所述基站和所确定的最多M个用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据； 所述中继对从所确定的最多M个用户及所述基站接收到的混合信号进行预编码； 将预编码后的信号转发给所确定的最多M个用户和所述基站；以及 所述基站和所确定的最多M个用户对从所述中继转发来的信息进行网络编码，以获得 所需信息。
7.根据权利要求1所述的用户调度方法，其特征在于，在确定所述相关系数Pk,m时，使得矢量hk与矢量Um的相似程度越高则ι pk,m|越大。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用户调度方法，其特征在于，在所述中继或所述 基站中执行所述用户调度方法。
9.一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤 基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G ；针对所述信道矩阵G中的各个列矢量gm，分别计算列矢量gm与各待调度用户所对应的 信道矢量hk之间的相关系数Pk, m，从所述各待调度用户中选择I Pk,m|最大的用户进行调 度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户； 其中，G为MXM维矩阵，m为所述信道矩阵G的列序号；以及G=[gl，&，…， ]，其中， 表示矩阵G的第m列，其中，m= 1，2，-M ； 信道矢量hk为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中 继多天线之间的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号； M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量； K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及 Pk,J表示P k,m的复数绝对值运算。
10.根据权利要求9所述的用户调度方法，其特征在于，针对所述信道矩阵G中的各个列矢量gm，利用如下表达式分别计算各待调度用户与中 继之间的信道矢量hk与gm的相关系数P k,ffl 其中，11 · 11表示矢量的2-范数。
全文摘要
本发明公开了一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，涉及1个多天线基站、1个多天线中继和多个单天线用户。基站或者中继调度时，首先估计基站和中继之间的多天线信道，然后将基站与中继之间的多天线信道进行奇异值分解得到酉矩阵，轮询小区内的所有服务用户，分别计算其与中继信道和酉矩阵列矢量之间的相关系数，选择相关系数绝对值最大的用户进行调度。本方法既防止了基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰，又防止了不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰，从而在保证用户公平性的前提下，大大提升了系统吞吐量。并且本方法计算复杂度低，无需增加额外信令开销，适合使用在未来的无线双向中继网络编码系统中。
文档编号H04W72/12GK102137502SQ20111005578
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者丰俊伟, 张翔, 彭木根, 李勇, 王文博 申请人:北京邮电大学