专利名称：一种虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法
技术领域：
本发明涉及无线通信的多输入多输出(multiple-1nput multiple-output, MIMO)技术领域，特别涉及一种虚拟多输入多输出(Virtual MIMO, V-MM0)系统中用户的配对方法。
背景技术：
多输入多输出(MIMO)技术因其能够明显提高系统容量和频谱效率而得到广泛关注，是下一代移动通信的关键技术之一。MIMO技术的主要优点之一，是在接收端与发送端通过采用多根天线的配置来传输用户数据，继而实现在相同时/频信道上的资源复用。在采用MMO的无线通信系统中，系统的容量可与接收或发生的天线数量成比例，并且明显的高于采用单根天线的单输入单输出系统。在MMO技术的实现上，由于在基站采用多根天线的配置受到的限制较小，且各接收天线间可具有较好的隔离度，因此，在下行链路的传输方向上MMO及时得到了很好的发挥。然而，用户端一般受到复杂度、体积、功耗以及成本等方面的限制，难以装备多个天线，在3G以及B3G/4G移动通信的初期，大部分用户设备将依然使用单根天线，因此MMO系统难以在上行传输中得到完全的发挥。虚拟MMO技术可以解决以上问题，在虚拟MMO系统中，通过采用特定的调度机制，选择符合规定的用户并归为一组，分组成功的用户天线构成了虚拟的多天线阵列在相同的时/频资源上发送数据，进而形成了无线信号在空间上的复用，即用户之间通过配对算法组合同时向基站传输数据。它允许两个或者多个只有单根发送天线的用户在相同的时/频资源上传输数据。因此对用户的配对成为虚拟MMO系统的一个核心问题，配对方法的好坏直接影响系统的容量。目前,现有的用户配对方法主要有随机配对方式(random pairing scheduling,RPS)、正交配对方式(orthogonal pairing scheduling, OPS)和行列式配对方式(determinant pairing scheduling,DPS)。随机配对方式所有用户均不考虑信道信息，随机配对发送数据；这种方法的优点在于方式简单，配对速度快，复杂度低，然而会导致系统容量较低，无法达到信道容量的最大化。正交配对方式选择两个信道正交性最大的用户进行配对，通过提用户之间的正交性来提高发送的容量；但是其没有考虑用户的信噪比因素。行列式配对方式在正交配对方式上进行了改进，通过参数D反映的用户信噪比来选择最佳用户配对组合，但是其算法的复杂性较高于正交配对方式。然而，上述三种方式均是针对单个用户的选择方法，并没有从包含多个用户的整个系统的角度去考虑用户配对之间的相互影响。实现虚拟MMO系统用户配对整体最稳定的关键问题在于如何处理各个用户在选择配对对象时之间的博弈。以一个简单的例子说明，假设用户A和用户B均与用户C配对后能达到各自选择的最高容 量，即用户A和用户B均是以用户C为最优配对目标，而用户C则是以用户D为最优配对目标，用户D则以用户A为最优配对目标，那么四个用户各自竞争配对对象，造成系统整体传输不稳定，从而降低了系统的整体性能。因此如何平衡各个用户之间的配对选择，使得系统整体配对后处于稳定状态，显得尤为重要。在现有虚拟多输入多输出系统的用户配对算法中，均是研究单个用户在不同环境下的配对最优，并没有考虑到整体稳定因素，会造成系统整体传输的不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，该方法能够得到稳定的用户配对组合，使得整个系统的数据传输更加稳定，系统容量更高。本发明的目的通过下述技术方案实现一种虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，包括以下步骤(I)获取V-MMO系统中N个用户的信道信息，计算系统中的每个用户与其他N-1个用户分别进行配对时的信道容量，并将信道容量值存入一个NXN的配对容量矩阵中；(2)将每个用户与其他N-1个用户进行配对得到的N-1个配对信道容量值进行比较,并且将这N-1个配对信道容量值比较后的次序存入一个NXN的配对次序矩阵中；(3)每个用户根据配对次序矩阵，向配对信道容量值在第一次序的用户发送一个配对请求；
(4)判断V-MMO系统中是否存在收到多个配对请求的用户，若是，则执行步骤(5);若否，则执行步骤(7)；(5)收到多个配对请求的用户，根据配对次序矩阵，比较向其发送配对请求的用户的配对信道容量值在配对次序矩阵中的次序，然后向非最高配对次序的用户发送拒绝请求；(6)收到拒绝请求后的用户，根据配对次序矩阵，向未拒绝过其配对请求的最高配对次序用户发送一个配对请求，执行步骤(4)；(7)将相互之间发送配对请求且未相互发送拒绝请求的两个用户进行配对；(8) V-MMO系统中用户的配对结束。优选的，所述步骤(I)中NXN配对容量矩阵的第i行第j列表示用户i和用户j配对时的信道容量值，所述NXN配对容量矩阵对角线表示的是用户与其自身进行配对时的信道容量值。更进一步的，所述步骤(I)中NXN配对容量矩阵对角线上的信道容量值为O。更进一步的,所述用户i与用户j配对时和用户j与用户i配对时信道容量值相
坐寸o优选的，所述步骤(2)中NXN配对次序矩阵的第i行第j列表示其他N-1个与用户i进行配对时信道容量值中，用户j与用户i进行配对时信道容量值的次序，所述每个用户与其他N-1个用户分别进行配对时信道容量值比较后的次序从高到底为I到N-1。更进一步的，所述步骤(2)中NXN配对次序矩阵对角线上次序的值为N。优选的，所述步骤(5)中收到一个配对请求的用户保留这个配对请求，没有收到配对请求的用户则无需进行任何操作。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)本发明虚拟MIMO系统中用户的配对方法，采用用户配对时的配对容量矩阵和配对次序矩阵，通过用户之间发送配对请求和拒绝请求，找到系统中最稳定的用户配对组合，相比现有技术中针对点对点用户配对方法，本发明方法稳定的用户配对使得整个虚拟MIMO系统中数据传输更加稳定，更加高效。(2)本发明方法中的配对次序矩阵是根据系统中每个用户与其他用户分别进行配对时的配对信道容量值比较后所得到的，用户将与其配对后信道容量值次序排在最前的用户作为优选的配对方式，提高了整个虚拟MMO系统的信道总容量。
图1是本发明用户的配对方法流程图。图2是本发明用户的配对方法中配对容量矩阵图。图3是本发明用户的配对方法中配对次序矩阵图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例如图1至3所示，本实施例虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，包括以下步骤，其中本实施例的虚拟多输入多输出系统中包含有5个用户；(I)获取V-MMO系统中5个用户的信道信息，计算系统中的每个用户与其他4个用户进行配对时的信道容量，并将信道容量值存入如图2所示的一个5 X 5的配对容量矩阵中，配对容量矩阵中第i行第j列表示用户i和用户j配对后的信道容量值，配对容量矩阵对角线表示的是用户自身进行配对后的信道容量值，由于系统中每个用户都希望配对发送，因此该配对容量矩阵对角线上的信道容量值为0，第i个用户与第j个用户配对后的信道容量值和第j个用户与第i个用户配对后的信道容量值是相同的。(2)将每个用户与其他4个用户进行配对时得到的4个配对信道容量值进行比较，并且将这4个配对信道容量值比较后的次序存入如图3所示的一个5X5的配对次序矩阵中；配对次序矩阵的第i行第j列的值表示的是系统中其他4个用户与用户i进行配对时的信道容量值中，用户j与用户i进行配对时信道容量值的次序。将用户I与用户2至4进行配对时得到的4个配对信道容量值进行比较，然后将4个配对信道容量值比较后得出的次序写入配对次序矩阵的第一行，同理将用户2至4分别与其他用户进行配对时得到的4个配对信道容量值进行比较，比较后得出的次序写入配对次序矩阵的相应行中。图3配对次序矩阵第2行第I列中的2表示用户I与用户2进行配对时比较用户3、4和5与用户2进行配对时信道容量值的次序，每个用户与其他4个用户分别进行配对时信道容量值比较后的次序从高到底为I到4 ;与同一用户进行配对时，信道容量值随着次序的变低而变小。配对次序矩阵对角线表示用户自身进行配对时相对于其他用户与其进行配对时的次序，由于用户自身进行配对时的信道容量值为最小，所以配对次序矩阵对角线的值为最低值5。
(3)每个用户根据如图3所示的配对次序矩阵，向配对信道容量值在第一次序的用户发送一个配对请求，其中用户1、2和3向用户4发送配对请求；用户4和5向用户3发送配对请求。(4)判断V-MMO系统中是否存在收到多个配对请求的用户，若是，则执行步骤(5)，其中用户4收到3个配对请求，用户3收到2个配对请求；若否，执行步骤(7)。(5)收到多个配对请求的用户，根据配对次序矩阵，比较向其发送配对请求的用户的配对信道容量值在配对次序矩阵中的次序，然后向非最高配对次序的用户发送拒绝请求，收到一个配对请求的用户则保留这个配对请求，没有收到配对请求的用户则无需进行任何操作。在如图3配对次序矩阵的第4行可以得出，用户1、2和3分别与用户4配对时信道容量值的次序值分别为2、3和1，故用户4向用户1、2发送拒绝请求；在配对次序矩阵的第3行可以得出，用户4和5分别与用户3进行配对时信道容量值的次序值分别为I和3，故用户3向用户5发送拒绝请求。(6)收到拒绝请求后的用户，根据配对次序矩阵，向未拒绝过其配对请求的最高配对次序用户发送一个配对请求，在步骤(5)中收到拒绝请求的为用户1、2和5。用户I收到一个拒绝请求，因此其向与其进行配对时信道容量值在第二次序的用户2发送配对请求，同理用户2向用户I发送配送请求，用户5向用户2发送配对请求，执行如步骤(4)的方法，用户2接收到用户I和5的配对请求，根据配对次序矩阵中得出，用户1、5与用户2进行配对后信道容量值的次序分别为2和4，因此用户2向用户5发送拒绝请求。用户5收到拒绝请求后，向用户4发送配对请求，用户I只收到用户2的配对请求，因此保留用户2对其的配对请求，此时系统中不存在收到多个配送请求的用户，按照步骤(4)的方法，此时执行步骤(7)。 (7)将相互之间发送配送请求且未相互发送拒绝请求的两个用户进行配对，系统中用户3和用户4相互发送了配对请求且未相互发送拒绝请求，因此将用户3和4进行配对；系统中用户I和用户2相互发送了配对请求且未相互发送拒绝请求。因此将用户I和2进行配对。(8) V-MMO系统中用户的配对结束。采用本实施例方法进行配对的结果是用户I和2进行配对，用户3和4进行配对，而用户5分别接收到了用户3和2的拒绝，因此用户5无配对。本实施例步骤(6)中，如果用户i收到m个拒绝请求，则其将向配对信道容量值的次序在m+1的用户发出配对请求。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)获取V-MIMO系统中N个用户的信道信息，计算系统中的每个用户与其他N-1个用户分别进行配对时的信道容量，并将信道容量值存入一个NXN的配对容量矩阵中； (2)将每个用户与其他N-1个用户进行配对得到的N-1个配对信道容量值进行比较，并且将这N-1个配对信道容量值比较后的次序存入一个NXN的配对次序矩阵中； (3)每个用户根据配对次序矩阵，向配对信道容量值在第一次序的用户发送一个配对请求； (4)判断V-MIMO系统中是否存在收到多个配对请求的用户， 若是，则执行步骤(5); 若否，则执行步骤(7); (5)收到多个配对请求的用户，根据配对次序矩阵，比较向其发送配对请求的用户的配对信道容量值在配对次序矩阵中的次序，然后向非最高配对次序的用户发送拒绝请求； (6)收到拒绝请求后的用户，根据配对次序矩阵，向未拒绝过其配对请求的最高配对次序用户发送一个配对请求，执行步骤(4)； (7)将相互之间发送配对请求且未相互发送拒绝请求的两个用户进行配对； (8)V-MMO系统中用户的配对结束。
2.根据权利要求1所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述步骤(I)中NXN配对容量矩阵的第i行第j列表示用户i和用户j配对时的信道容量值，所述NXN配对容量矩阵对角线表示的是用户与其自身进行配对时的信道容量值。
3.根据权利要求2所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述步骤(I)中NXN配对容量矩阵对角线上的信道容量值为O。
4.根据权利要求2所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述用户i与用户j配对时和用户j与用户i配对时信道容量值相等。
5.根据权利要求1所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述步骤(2)中NXN配对次序矩阵的第i行第j列表示其他N-1个用户与用户i进行配对时信道容量值中，用户j与用户i进行配对时信道容量值的次序，所述每个用户与其他N-1个用户分别进行配对时信道容量值比较后的次序从高到底为I到N-1。
6.根据权利要求5所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述步骤(2)中NXN配对次序矩阵对角线上次序的值为N。
7.根据权利要求1所述的虚拟多输入多输出系统中用户的配对方法，其特征在于，所述步骤(5)中收到一个配对请求的用户保留这个配对请求。
全文摘要
本发明公开了一种V-MIMO系统中用户的配对方法，步骤如下(1)获取用户信道信息，建立配对容量矩阵；(2)根据配对容量矩阵建立配对次序矩阵；(3)每个用户向配对信道容量值在第一次序的用户发送一个配对请求；(4)判断系统中是否存在收到多个配对请求的用户，若是，则执行步骤(5)；若否，则执行步骤(7)；(5)收到多个配对请求的用户，根据配对次序矩阵，向非最高次序的用户发送拒绝请求；(6)收到拒绝请求后的用户，向下一次序的用户发送一个配对请求，执行步骤(4)；(7)将相互之间发送配对请求且未相互发送拒绝请求的用户进行配对；本发明方法得到稳定的用户配对组合，使系统的数据传输更稳定，容量更高。
文档编号H04L1/06GK103051431SQ20121055491
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者官权升, 傅子维, 季飞, 姜胜明 申请人:华南理工大学