一种多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法与流程

技术特征：

1.一种多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、基于半正交性用户选择的向下分支定界算法：找到使信道矩阵的最小奇异值最大的天线集合A与用户集合U的局部最优解；

S2、基于天线与用户集合元素交换的局部迭代寻优算法：在已经获得A和U的情况下，分别固定集合A、U，交换选中的用户元素和天线元素；如果发现交换元素后的集合A、U能够使信道速率更大，则跳出当前局部最优解到另一个性能更优的局部最优解；

S3、重复步骤S2直到天线集合A和用户集合U都不再发生变化。

2.如权利要求1所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征在于：步骤S1中，采用先向下分支、再选择半正交用户集合、最后边界确定进行天线选择。

3.如权利要求2所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征在于所述步骤S1具体如下：先利用SUS算法选择最合适的用户集合U，再求解基于当前U的各天线分支的确定最优的搜索方向A_-i，通过(M-N)次迭代，能得到该条件下的局部最优集合A、U。

4.如权利要求1所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征在于所述步骤S1更具体如下：

S1a、基站获取信道矩阵H，获得系统的AFE模块数量N、天线数量M和用户数量k；初始化待选天线集合A和搜索循环的轮数t：

A＝{1,…,M}

t＝1

S1b、对于任意天线元素i∈A，从天线集合A中移出该天线i后生成集合A_-i，并基于该天线集合获取当前的信道矩阵H_-i；

S1c、调用半正交用户选择(SUS)算法(2.2详细分析)，传递对应信道矩阵H_-i和单次能被服务的用户数N，生成对应的用户集合U_-i；

S1d、根据A_-i、U_-i计算对应的信道矩阵的最小奇异值找出让最小奇异值最大的天线集合与用户集合A_-i、U_-i，其指示满足：

$m=\arg \underset{i\∈A}{max}\left({\mathrm{\λ}}_{min}\right(H_{(A_{-i},U_{-i})}\left)\right)$

A←{i∈A,i≠m}

U＝U_-m

S1e、如果|A|＞N，t←t+1，重复b)～d)；如果|A|＝N，停止迭代过程，输出局部最优的天线集合与用户集合A、U。

5.如权利要求1所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征在于步骤S2包括如下步骤：

S2a、根据步骤S1向下分支定界算法获得局部最优的天线与用户集合A、U，将其设置为初始点P(A1,U1)；

S2b、固定天线集合A1，利用SUS算法寻找天线集合确定的用户集合；集合(A1,U2)构成点q，如果在q点计算获得系统的和速率大于在p点的和速率，则更新最优解(A,U)＝(A1,U2)；

S2c、固定用户集合U2，利用DBAB算法寻找到最优的天线集合A2，构成点R；如果在R点的系统和速率大于在q点的系统和速率，则更新最优解为(A,U)＝(A2,U2)。

6.如权利要求1所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征是所述步骤S3为：S2d、重复步骤S2c、S2d，直到系统和速率不再增加，此时的解集合就是最终输出的天线集合和用户集合。

7.如权利要求2所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征是步骤S1中的向下分支步骤中所用的向下分支定界算法包括天线子集分支、半正交用户选择、搜索方向确定三个步骤。

8.如权利要求7所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征是：所述天线子集分支包括如下步骤：

基站获取信道矩阵H，获得系统的AFE模块数量N、天线数量M和用户数量k；初始化待选天线集合A和搜索循环的轮数t：

A＝{1,…,M}

t＝1

对于任意天线元素i∈A，从天线集合A中移出该天线i后生成集合A_-i，并基于该天线集合获取当前的信道矩阵H_-i；

调用半正交用户选择(SUS)算法，传递对应信道矩阵H_-i和单次能被服务的用户数N，生成对应的用户集合U_-i；

根据A-_i、U-_i计算对应的信道矩阵的最小奇异值找出让最小奇异值最大的天线集合与用户集合A_-i、U_-i，其指示满足：

$m=\arg \underset{i\∈A}{max}\left({\mathrm{\λ}}_{min}\right(H_{(A_{-i},U_{-i})}\left)\right)$

A←{i∈A,i≠m}

U＝U_-m

如果|A|＞N，t←t+1，重复b)～d)；如果|A|＝N，停止迭代过程，输出局部最优的天线集合与用户集合A、U。

9.如权利要求7所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，

其特征是所述半正交用户选择包括：

参数初始化：根据CSI信息，小区中总用户数为k。初始化待选的用户集合T₁和第i被选用户:

T₁＝{1,…,k}

i＝1

被选择服务的用户集合U为空集：

对于每个用户k∈T_i，基于信道向量h_k计算其与扩展空间的正交分量g_k：

$g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\Σ}}\frac{h_k{g}_{\left(j\right)}^{*}}{\left|\right|g_{\left(j\right)}|{|}^2}{g}_{\left(j\right)}$

当i＝1时，g_k＝h_k。其中，正交向量基g_(j)为已选择用户j＝1,…,(i-1)的有效正交分量；

寻找第i个最佳被服务用户π(i)(该符号指第i轮从待选用户集T_i中选择的条件最好的被服务用户的编号)：

$\mathrm{\π}\left(i\right)=\arg \underset{k\∈T_i}{max}\left|\right|g_k\left|\right|$

U←U∪π(i)

g_(i)＝g_π(i)

如果|U|＜N，i←i+1，更新待选天线集合T_i+1为：

T_i+1＝{k∈T_i,k≠π(i)}

返回空间大小为N的被选择用户集合U。

10.如权利要求7所述的多用户MIMO上行链路天线选择和用户调度方法，其特征是搜索方向确定包括：

a)根据2.1向下分支定界算法获得局部最优的天线与用户集合A、U，将其设置为初始点(A,U)；

b)保存当前的最优天线与用户集合(A_t,U_t)＝(A,U)；

c)在第i轮中(i＝1,2,…为迭代轮数)固定天线集合A，利用SUS算法求解最优的用户集合U_i。若此时的平面上的点(A,U_i)使系统速率R(A,U_i)＞R(A,U)满足，则更新用户集合U＝U_i、系统的和速率R(A,U)＝R(A,U_i)；否则，不更新U和R(A,U)；

d)固定用户集合U，利用向下分支定界算法(未包含SUS)能求解当前最优的天线集合A_i。若此时的平面上的点(A_i,U)使系统速率R(A_i,U)＞R(A,U)，则更新天线集合A＝A_i、系统的和速率R(A,U)＝R(A_i,U)；否则，不更新目标解A和R(A,U)；

e)比较最优解(A_t,U_t)与迭代后更新的最优解(A,U)是否相同；如果不同，再次执行c)～e)；如果相同，停止迭代过程，输出最后的天线集合A和用户集合U。