基于mse的虚拟mimo用户配对和资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步设及无线通信技术领域中的一种基于均方误 差（MeanSquareofErrorMSE；)的虚拟多输入多输出（MultipleI吨utMultiple0u1:put MIMO)用户配对和资源分配方法。本发明能够实现在虚拟多输入多输出系统中，动态的调整 配对用户数和资源分配情况，同时保证系统的均方误差MSE性能保持在一个特定口限下， 而且保证系统有最大的吞吐量。
【背景技术】
[000引多输入多输出MIM0技术在各种无线通信系统已被广泛地用于提高频谱效率。然 而，由于用户设备的成本和尺寸等实际操作方面的困难，使得多输入多输出MIM0技术在上 行链路的应用受到局限。为了解决该个问题，提出了虚拟多输入多输出MIM0的概念，即上 行链路对两个或多个用户进行配对，在相同的频带和时隙内对每个配对用户部署单个发射 天线。与常规的多输入多输出MIM0系统相比，虚拟多输入多输出MIM0能通过设计良好的 用户配对和资源调度策略来得到最大的系统吞吐量和最小的均方误差MSE。因此，用户配对 和资源调度是直接影响多输入多输出系统性能的两个关键问题。
[000引中国科学技术大学申请的专利文件"虚拟MIM0系统中的多用户资源分配的方法 及装置"（公开号CN102340877A，申请号CN201110314752. 1，申请日2011-10-17)中公开了 一种根据用户分类和资源块巧esourceBlock)RB进行用户配对和资源分配的方法。该方 法将用户按优先级分为二类。首先，将所有资源块RB依次最优地分配给第一类用户；接着， 将同样的资源块RB依次最优地分配给第二类用户；最后，根据系统吞吐量最大的配对准则 实现对同一资源块RB上第一类和第二类用户的配对。该方法存在的不足是，不能动态的 调整系统内的用户配对和资源分配情况，也无法同时满足系统吞吐量要求和系统均方误差 MSE性能要求。
[0004] 普天信息技术研究院有限公司申请的专利文件"一种用于MU-MIM0用户配对的资 源分配方法"（公开号CN103369688A，申请号CN201210084341. 2,申请日2012-03-27)中公 开了一种根据用户优先级由高到低的顺序进行用户配对和资源分配的方法。该方法先根据 用户优先级进行用户配对，再为已配对用户组中优先级最大的用户进行资源分配，再将该 资源依次分段分配给该已配对用户组中的其他用户。该方法存在的不足是，总是将资源分 配给优先级高的用户，无法保证系统的均方误差MSE性能。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于MSE的虚拟MIM0用户 配对和资源分配方法，可W动态的调整系统内的用户配对和资源分配情况，并且在保证系 统MSE性能的同时确保系统吞吐量最大。
[0006] 本发明实现上述目的的具体思路是，基站在获得用户配对约束矩阵、资源分配约 束矩阵、均方误差MSE约束矩阵W及系统吞吐量后，构建基于系统均方误差MSE的用户配对 和资源分配模型，通过分值定界法求解该模型，分别得到最优的用户配对结果和资源分配 结果。考虑在信号接收器中采用的是最小均方误差检测算法进行信号检测。
[0007] 本发明实现上述目的的具体步骤如下：
[000引 （1)基站获得当前时隙待配对用户：
[0009] 基站开机后，根据到达用户流，获取当前时隙的待配对用户和可配对用户数；
[0010] (2)基站确定可选用户对集合和可选资源块分配集合：
[0011] 基站根据待配对用户和可配对用户数进行排列组合，形成可选用户对集合；基站 由虚拟多输入多输出系统中内置的资源块个数，对资源块进行排列组合，形成可选资源块 分配集合；
[0012] (3)基站获得用户配对约束矩阵：
[0013] (3a)由可选用户对集合，生成用户配对矩阵；
[0014] (3b)将用户配对矩阵纵向复制A次，生成用户配对约束矩阵，其中A表示可选资源 块分配集合中的元素个数；
[0015] (4)基站获得资源分配约束矩阵：
[0016] (4a)由可选资源块分配集合，生成资源分配矩阵；
[0017] (4b)将资源分配矩阵横向复制G次，生成资源分配约束矩阵，其中G表示可选的用 户对集合中元素的个数；
[0018] (5)按照下式，计算每个用户对在每个资源块上的均方误差MSE值：
[0019]
【主权项】
1.基于MSE的虚拟MMO用户配对和资源分配方法，其步骤包括如下： (1) 基站获得当前时隙待配对用户： 基站开机后，根据到达用户流，获取当前时隙的待配对用户和可配对用户数； (2) 基站确定可选用户对集合和可选资源块分配集合： 基站根据待配对用户和可配对用户数进行排列组合，形成可选用户对集合；基站由虚 拟多输入多输出系统中内置的资源块个数，对资源块进行排列组合，形成可选资源块分配 集合； (3) 基站获得用户配对约束矩阵： (3a)由可选用户对集合，生成用户配对矩阵； (3b)将用户配对矩阵纵向复制A次，生成用户配对约束矩阵，其中A表示可选资源块分 配集合中的元素个数； (4) 基站获得资源分配约束矩阵： (4a)由可选资源块分配集合，生成资源分配矩阵； (4b)将资源分配矩阵横向复制G次，生成资源分配约束矩阵，其中G表示可选的用户对 集合中元素的个数； (5) 按照下式，计算每个用户对在每个资源块上的均方误差MSE值：
其中，Mh，k表示用户对Uh在第k个资源块上的均方误差MSE值，Uh表示可选用户对集合 中的第h个用户对，h在[1，G]内取值，k在[1，N]内取值，G表示可选用户对集合中元素的 个数，N表示系统内置的资源块个数，Qh表示用户对Uh中的用户总数，Hh，k表示用户对Uh在 第k个资源块上的信道矩阵，（*)H表示厄米转置操作，表示求F范数后取2次方操作， 卜表示求次方操作，I?I表示取绝对值操作，det| ? |表示求行列式值操作，〇2 表示当前时隙的信道噪声功率，E表示用户对的发射信号功率； (6) 获得均方误差MSE约束矩阵： (6a)由每个用户对在每个资源块上的均方误差MSE值，生成均方误差MSE配对因子矩 阵； (6b)由均方误差MSE配对因子矩阵和资源分配矩阵，生成平均均方误差MSE向量； (6c)将平均均方误差MSE向量与维度是G*A的单位矩阵相乘，得到均方误差MSE约束 矩阵，其中G表示可选的用户对集合中元素的个数，A表示可选资源块分配集合中的元素个 数； (7) 获得系统吞吐量： (7a)生成用户配对和资源分配的指示向量； (7b)将平均均方误差MSE向量与用户配对和资源分配的指示向量相乘，得到系统吞吐 量； (8) 基站构建的用户配对和资源分配模型如下： 目标函数ni、ax{iVx} 约束条件ClX < 1N C2x<lu C3x^FX1g*a 其中，max{>}表示求最大值操作，x表示用户配对和资源分配指示向量，nT表示用户 对在特定资源分配情况下的平均均方误差MSE向量，nTx表示虚拟多输入多输出系统的吞 吐量，（*)T表示转置操作；(^表示资源分配约束矩阵，1N表示长度是N且元素全部等于1的 列向量，N表示虚拟多输入多输出系统内置的资源块个数；(：2是用户配对约束矩阵，1"表示 长度是U且元素全部等于1的列向量，U表示待配对用户总数；C3表示均方误差MSE约束矩 阵，F表示当均方误差MSE值门限是M。时的均方误差MSE配对因子，配对因子F由均方误差 MSE门限值除以信道噪声功率得到，表示长度是G*A且元素全部等于1的列向量，G表示 可选的用户对集合中元素的个