一种MU‑MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法与流程

技术特征：

1.一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，针对具有MU-MINO系统的基站，进行用户选择；其特征在于，包括如下步骤：

步骤001.初始化已选用户集合S为空集，以及初始化备选用户集合K包括基站MU-MINO系统下行链路中的实时用户和非实时用户，并且随机产生分别对应备选用户集合K中各个用户的信道矩阵，同时，初始化待选集合Q为空集，参数m＝1，然后进入步骤002；

步骤002.分别针对备选用户集合K中的各个用户，计算用户的信道矩阵与其共轭矩阵的乘积矩阵的行列式，并获得该行列式所对应的行列式值，进而获得备选用户集合K中各个用户的行列式值，接着将备选用户集合K中，最大行列式值所对应的用户移入已选用户集合S中，并计算该用户的零空间，同时在备选用户集合K中删除该用户，然后进入步骤003；

步骤003.判断已选用户集合S中是否存在一个用户，已选用户集合S中除其以外其他所有用户的联合信道矩阵的秩大于基站的天线数，是则用户选择结束；否则进入步骤004；

步骤004.假设将备选用户集合K中的第m个用户复制移入已选用户集合S后，对已选用户集合S中的各个用户进行块对角化处理，并计算该新加入已选用户集合S的用户的预编码矩阵，再根据该用户的预编码矩阵，结合该用户的信道矩阵计算该用户的等效信道矩阵；接着根据该用户的等效信道矩阵与其共轭矩阵的乘积矩阵行列式，获得该用户的速率低复杂度表征量；然后进入步骤005；

步骤005.继续在假设将备选用户集合K中的第m个用户复制移入已选用户集合S的基础上，继续计算已选用户集合S中除该用户以外，其他各个用户的等效信道矩阵，并根据该各个用户的等效信道矩阵，以及该各个用户的过渡矩阵，计算该各个用户分别所对应速率变化量的低复杂度表征量，接着根据该各个用户分别所对应速率变化量的低复杂度表征量，更新已选用户集合S中实时用户的速率低复杂度表征量，然后进入步骤006；

步骤006.继续在假设将备选用户集合K中的第m个用户复制移入已选用户集合S的基础上，判断是否已选用户集合S中所有实时用户的速率低复杂度表征量都大于其预设速率低复杂度表征量下限，是则将备选用户集合K中的第m个用户复制至待选集合Q中，并进入步骤007；否则放弃将备选用户集合K中第m个用户复制移入已选用户集合S的假设，并进入步骤007；

步骤007.判断是否完成针对备选用户集合K中所有用户的遍历，是则进入步骤008；否则针对m所对应的值加1，并将该结果赋予m，然后返回步骤004；

步骤008.从待选集合Q中选取一个使用户选取基准最大的用户移入已选用户集合S中，同时在备选用户集合K中删除该用户同时由备选用户集合K中删除该用户，并清空待选集合Q，然后进入步骤009；

步骤009.根据已选用户集合S中新加入用户的信道矩阵，以及已选用户集合S中原有各个用户的预编码矩阵，计算已选用户集合S中原有各个用户的过渡矩阵，再根据已选用户集合S中原有各个用户的过渡矩阵，更新已选用户集合S中相应各个用户的预编码矩阵，然后返回步骤003。

2.根据权利要求1所述一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，其特征在于：还包括步骤010如下所示，所述步骤003中，用户选择结束后，进入步骤010；

步骤010.根据已选用户集合S中各个用户的信道矩阵，计算获得已选用户集合S中各个用户的预编码矩阵，并利用块对角化方法消除已选用户集合S中各个用户之间的干扰。

3.根据权利要求2所述一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，其特征在于：所述步骤010中，对于备选用户集合S中任意一个用户j，通过消除其他用户干扰，为使预编码矩阵V_j存在非零解，则要求满足方程的个数小于变量的个数，即：

${{\hat{L}}_j}^{\left(\right|S\left|\right)}\<M,\∀j=1,2,...,\left|S\right|---\left(4\right)$

故对于接入基站的任一用户来说，只有其他用户联合信道矩阵的秩要小于基站发射天线数的总和M，才能存在预编码矩阵V_j保证每个用户不受其他用户干扰，这也是真实环境下运用块对角化技术时对已选用户集合S的用户容量|S|的限制。

4.根据权利要求3所述一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，其特征在于：所述步骤004至步骤006中，假设将备选用户集合K中的一个用户复制移入已选用户集合S中，以及步骤008中，从待选集合Q中选取一个使用户选取基准最大的用户移入已选用户集合S中，分析用户信道分别处于富散射和非富散射环境时，已选用户集合S新加入用户对被服务用户的等效信道矩阵维度以及秩的影响。对于集合S中的任一用户j的预编码矩阵V_j的维度为用n_j^(S)表示将其作为已选用户集合S用户容量为|S|时，不会对用户j产生用户间干扰的空间自由度数目，则在富散射和低散射并存的真实环境中，n_j^(S)的表达式为：

${n_j}^{\left(\right|S\left|\right)}=M-{{\hat{L}}_j}^{\left(\right|S\left|\right)}\≥M-\underset{k=1,k\≠j}{\overset{\left|S\right|}{\Σ}}{N}_k---\left(5\right)$

用户j的等效信道矩阵即为由上文中对预编码矩阵V_j维度的分析可知，则的秩假设在进行用户选择算法的过程中，某一时刻系统已同时服务的用户数为|S|，令表示已选用户集合S中所有用户的联合信道矩阵，则Ne_S表示联合信道矩阵He_S的秩，Ne_S与间存在关系：具体按如下公式进行取值；

由此获得

5.根据权利要求4所述一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，其特征在于：所述步骤004至步骤006中，所述用户的速率低复杂度表征量，通过利用迭代递归的方法得到该表征，假设同时被服务的用户数为|S|、系统总功率为P₀的基站MU-MIMO系统中，在每个发射天线上功率平均分配，则可将用户j的数据速率表示为：

$\begin{array}{c}{R}_j^{\left(\right|S\left|\right)}\≈{\log }_2{\left(\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}^{2}M}\right)}^{\min (N_j,{n_j}^{\left(\right|S\left|\right)})}+{\log }_2{\mathrm{\μ}}_j^{\left(\right|S\left|\right)}+\\ =\min (N_j,{n_j}^{\left(\right|S\left|\right)}){\log }_2\left(\frac{P_0}{{\mathrm{\σ}}^{2}M}\right)+{\log }_2{\mathrm{\μ}}_j^{\left(\right|S\left|\right)}\end{array}$

其中σ²表示高斯白噪声功率，表示对应于已选用户集合S中用户j的的所有非零特征值之积；P₀表示基站总发射功率；表示已选用户集合S中用户j的等效信道矩阵与其共轭矩阵的乘积矩阵，min(N_j,n_j^(S))表示已选用户集合S中任一用户j的等效信道矩阵的秩进而得到值随着新用户的加入为：

对于第(|S|+1)次迭代时用户j的去干扰预编码矩阵V_j^(|S|+1)，可通过迭代递归的方法得到该值：

V_j^(|S|+1)＝V_j^(|S|)G_j^(|S|+1) (21)

由此根据子空间的乘积角概念可得与之间的关系式为：

式中，θ_l表示空间和之间第l对基向量e_l和a_l之间的基本角。可被定义为空间和空间之间的乘积角。

6.根据权利要求5所述一种MU-MIMO系统真实环境低复杂度用户选择方法，其特征在于：所述步骤008中，从待选集合Q中选取一个使用户选取基准最大的用户移入已选用户集合S中，同时在备选用户集合K中删除该用户，并清空待选集合Q，其中，分别针对待选集合Q中的各个用户q，获得各个用户所对应如下公式的值：并选取其中最大值所对应的用户，即为基准最大的用户，将其移入已选用户集合S中，同时在备选用户集合K中删除该用户同时由备选用户集合K中删除该用户，并清空待选集合Q；其中，P_avg表示基站每根发射天线上的平均发射功率，即