多用户mimo系统中基于矩阵条件数的用户选择方法
【专利摘要】本发明涉及一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，包括以下步骤：步骤S1：基于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号；步骤S2：发送端接收用户反馈的信道向量，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法进行用户选择，每次迭代选定一个用户索引，此用户索引满足信道向量F范数平方值最大或矩阵条件数最小，获得性能最好的用户集合，构成射频链路，并发送传输符号。与现有技术相比，本发明具有发送端的等功率分配、有限的动态变化范围以及能减少硬件压力等优点，比传统算法的性能要好，能挑选出更具有正交性的用户，从而减小各个用户之间的干扰。
【专利说明】多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域的多用户设备调度【技术领域】，尤其是涉及一种多用户 ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法。
【背景技术】
[0002] 现如今，ΜΙΜΟ (Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出）技术在越来越 多的无线通信系统中被使用，如：3GPP长期演进（LTE)、4G甚至是最新的5G小蜂窝网络中。 在多用户ΜΙΜΟ广播信道中，具备m根发射天线（m antennas)的基站与k个具有多接收天线 的移动用户（Userl...UserK)进行通信，如图1所示，基站用户选择（User Selection)后， 信号经破零波束形成（ZFBF)或Zero-Force DPC(ZFDPC)编码，由发射天线与接收天线进行 数据传输，用户再通过通过反馈信道（Feedback)向基站传输重要的信道状态信息（CSI)， 包含信道方向信息（CDI)和信道质量信息（CQI)，这种系统能够获得多用户分集增益。相比 单用户ΜΜ0,多用户ΜΜ0存在一些固有的问题。在向多个用户传输数据室，由于空间商不 同用户的数据是叠加在一起的，产生的多用户干扰对系统和容量影响较大。预编码技术是 发送端在发送信号之前，根据已知的用户的信道状态信息，对每个要传输的用户的信息进 行预处理，使每个用户的接收机通过简单地处理即可获取自己的信息。根据现有的研究，脏 纸编码技术（DPC)是最优的预编码方式，能够在相同情况下取得最佳的总速率容量，而总 速率容量是衡量一个多用户ΜΜ0系统性能的重要参数，它能估计传输的有效性。然而，脏 纸编码因其高复杂度的编码和解码操作在实际系统中很难被使用。
[0003] 在多用户ΜΙΜ0系统中，预编码技术可以有效的消除多用户干扰，但是如果基站同 时服务的用户的信道相关性太大会严重影响系统的总速率容量，合理的用户选择不仅能提 高系统的总速率容量，还能兼顾用户的公平性。因此，一些次优的方案被提出来减小复杂 度，如破零波束形成（ZFBF)和破零脏纸编码（ZDPC)。空分多用户接入方案如ZFBF和ZFDPC 可以取得最佳的总速率容量通过选择合适的权重向量来避免各个用户投影的干扰。目前， 基站通过结合用户选择算法和ZFBF或ZFDPC方案来取得最佳的总速率容量，即用户选择模 块可以决定被选择用户的序号，而ZFBF或ZFDPC模块可以选择合适的权重来匹配用户，尽 量减少用户之间的干扰。然而，很多时候情况下权重的选择是很难的，Υ〇〇等人研究了 ZFBF 下的用户选择算法，提出了半正交用户选择算法（SUS)，其原理如图2所示，其可以通过简 单的用户选择算法获得比较好的性能，并考虑用户的公平性，而SUS是比较经典的用户选 择算法，为了进一步减少算法复杂度、合理地进行用户选择，尽量减少用户之间的干扰，需 要对SUS算法进行改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多用户ΜΜ0系 统中基于矩阵条件数的用户选择方法，基于一个新的预编码矩阵对传输数据进行预编码， 同时改进半正交用户选择算法，从而提高系统性能。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] -种多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤S1 :设基站发送端配置m个发送天线，接收用户配置单天线，接收天线为k 个，基于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号；
[0008] 所述的预编码处理具体步骤为：
[0009] 101 :令预编码矩阵为：
[0010]
【权利要求】
1. 一种多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤S1 :设基站发送端配置m个发送天线，接收用户配置单天线，接收天线为k个，基 于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号； 步骤S2 :发送端接收用户反馈的信道向量hk，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择 改进算法进行用户选择，选出性能最好的用户集合，构成射频链路，并发送传输符号。
2. 根据权利要求1所述的一种多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其 特征在于，所述的预编码处理具体步骤为： 101 :令预编码矩阵为：
(1) 其中，hiid是一个kXm的矩阵且服从均值为零方差为1的独立同分布，可随机产生，RTx 是一个kX k的矩阵，且每个元素表示天线之间的关系
i和j表示天线的 序号，du表示两根天线之间的距离，λ是子载波的波长，JJ ·)是零阶贝塞尔函数； 102 :基于预编码矩阵获得传输符号，即用户接收到的信号y为：
(2) 其中，Η是信道矩阵，
s是发送的原始符号，Λ是一个对角阵且对角元素 为信道增益α，η是高斯白噪声。
3. 根据权利要求1所述的一种多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其 特征在于，所述的基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法具体步骤为： 201 :设，
为迭代次数i的用户选择集合，初始化用户选择集合1
K是 系统中所有的用户，被挑选出的用户集合S= Φ，Φ为空集； 202 :选择信道向量F范数平方值最大的用户索引π (i)，即：
(3) 其中g(hk)是反馈的CQI，且
203 :判断被挑选出的用户的信道向量的条件数是否满足条件：
(4) 其中，hn(i)是用户索引π (i)的信道向量，n是规定的条件数的阈值，n > 1，如果满足 条件，那么S -S U π (i)，否则，需要重新挑选π (i)，即： (5) 204 :设用户集合S内的用户个数为？，若p < m，则更新用户集合
即：
(6) 其中，
是量化之后的信道方向信息，且
e是半正交用户的阈值，迭代次数 更新：i = i+Ι，执行步骤202,若p = m，即集合S选择满m个用户，则算法结束，S为性能最 好的用户集合。
4.根据权利要求3所述的一种多用户ΜΙΜΟ系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其 特征在于，所述的半正交用户的阈值e取值为
【文档编号】H04B7/06GK104113399SQ201410336019
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】吴俊 , 陆欣璐, 黄新林, 谭彬, 翟瑜博, 王敏 申请人:同济大学