专利名称：一种基于干扰对齐的低复杂度用户选择方法
技术领域：
本发明涉及一种基于干扰对齐算法的用户调度方法，本发明属于无线通信领域。
背景技术：
多用户分集技术是通信系统中的一种有效的分集方式。通过不同用户在系统中经历的衰落不同，因此在多个不同的用户中，通过选择信道质量好的用户进行服务，对那些信道质量较差的用户选择低速率传输或者不传输，从而实现系统整体性能的提升，这就是机会通信。机会波束成形用户选择，在多天线系统中，通过随机波束向量，人为的制造出随机波动的信道，选择较优的用户进行传输，实现分集增益。传统的基于机会波束成形的用户选择方法，能够以少量的反馈信息，实现很好的分集性能，因此被广泛的研究。用户选择准则主要集中在最大化用户的信干燥比，最小化干扰噪声比和最大化信燥比。由于最大化用户的信干燥比需要计算出每个用户译码矩阵和信干燥比，所以复杂度相对较高，最大化信燥比方法因为没有考虑干扰，虽然复杂度低，但是性能较差。近两年，干扰对齐技术的在无线多小区通信系统中的研究已经取得了很大的进展，证明可以实现更好的系统性能。将干扰对齐技术的思想用于机会用户选择，通过考虑干扰最对齐的用户作为基站服务的用户，不同于之前的用户选择方法，用户选择阶段不需要计算所有用户的译码矩阵，只需要根据干扰最对齐准则选出的用户计算译码矩阵，从而保持以较低的复杂度实现良好的性能。同时，同其它波束成形用户选择方案一样，每个用户只需要计算出干扰对齐的度量值然后反馈回基站，基站根据反馈值和随机产生的波束成形向量服务干扰最对齐的一个用户。所以 ，这种方案^~降低了用户选择的计算复杂度，同时兼选择，通过考虑干扰最对齐的用户作为基站服务的用户，不同于之前的用户选择方法，用户选择阶段不需要计算所有用户的译码矩阵，只需要根据干扰最对齐准则选出的用户计算译码矩阵，从而保持以较低的复杂度实现良好的性能。同时，同其它波束成形用户选择方案一样，每个用户只需要计算出干扰对齐的度量值然后反馈回基站，基站根据反馈值和随机产生的波束成形向量服务干扰最对齐的一个用户。所以，这种方案降低了用户选择的计算复杂度，同时兼顾到系统性能，可以用于现实实现。然而，虽然相对于传统方法，基于干扰对齐的机会用户选择方法复杂度很低，但是相比基于最大化用户的信干燥比的用户选择方案性能有部分损失。因此可以结合干扰对齐和传统方法，实现更优的系统性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于干扰对齐和传统用户选择准则的机会波束成形方法，本发明方法解决了传统方法在多小区多天线系统中具有较高复杂度的问题，同时保持了相对较好的性能，实现了复杂度、链路开销和性能的有效折中。为了达到上述目的，本发明方法，用于下述场景:每个小区有一个基站，每个基站从服务的K个用户里面选择最优用户作为当前服务的用户，三个小区中每个基站从对应的待服务用户里选择一个用户作为服务用户，每个基站有M根天线，每个用户有N根天线，这种三小区的系统模型中，M和N均等于2。信道矩阵H中的每个元素都是独立同分布的，即其元素服从C#(0，1)分布，也就是满足均值为O、方差为I的复高斯分布的随机变量，且He Cmxn，式中，C为复数集合，Cmxn表示M行N列的复数矩阵的集合。其用户选择的特征在于:所述方法包括下列两个操作步骤:(I)选择预选服务用户:发送端根据用户选择的度量标准计算度量值，首先，依据干扰对齐的度量从K个用户里选择L个用户(LSK)作为预选择用户，通过设置适当的阈值Beta，当用户的干扰对齐程度小于这个阈值的时候，用户不做反馈。当用户的干扰对齐程度大于这个阈值的时候，考虑进行下一步的用户选择。(2)选择最终服务用户:从步骤一中选择的L个用户中再选出一个用户，选择准则是最大化信干燥比(SINR)。L个用户计算出自己的SINR值然后反馈，根据这些反馈值选出SINR最大的用户作为服务用户。通过使用低复杂度的预选方案从大量的用户中选择一小部分用户出来，在这小部分用户中依据复杂度较高但性能更好的基于SINR的选择方法，选择最终的服务用户。同时，由于本发明所提的方法，对于预选用户之外的用户不需要反馈SINR给调度模块，有效地降低了系统的链路开销。在保持更低的计算复杂度同时，相比单纯干扰对齐的用户调度方法性能上有一定的提升。本发明基于干扰对齐的机会用户选择方法，其优点是:以较低的复杂度实现较好的系统性能，实现复杂度、链路开销和系统性能的有效折中。本发明方法的创新关键是 考虑将干扰对齐技术解决多小区多天线通信系统机会波束成形用户选择问题，并将这种方法与传统方法相结合，降低复杂度，实现较好的系统性能，同时降低链路的开销。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技`术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明实施例提供的一种用户调度的方法流程图；图2是本发明实施例提供的一种多小区多天线系统模型示意图；图3、图4是本发明实施例提供的一种基于机会干扰对齐和传统算法的结合方法与传统方法的性能对比示意具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。参见图2，先介绍本发明方法的应用场景:三小区的通信系统，每个小区有一个基站，每个基站从服务的K个用户里面选择最优用户作为当前服务的而用户，三个小区中每个基站从对应的待服务用户里选择一个用户作为服务用户，每个基站有M根天线，每个用户有N根天线，这三小区的系统模型中，M和N均等于2。信道矩阵H中的每个元素都是独立同分布的，即其元素服从d(0，1)分布，也就是满足均值为O、方差为I的复高斯分布的随机变量；且He Cmxn，式中，C为复数集合，Cmxn表示M行N列的复数矩阵的集合。并且，根据通信过程中的具体条件，本发明做出下述合理假设:假设用户端计算的反馈度数值可以精确地反馈给发端，完成信息交互的时间很短，在此期间信道保持不变。参考图1，图1是本发明实施例提供的一种用户调度的方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤:步骤101，初始化待调度的用户对集合，即确定每个小区待服务的用户，假设每个小区的待服务用户数目为K，每个小区中基站通过随机产生的波束成形向量Vi, i表示相应的基站编号。信道矩阵和波束成形向量Vi的相乘的等效矩阵为H》，表示的是第i个基站向第j个基站服务的第k个用户的等效矩阵。步骤102，计算每个用户接收到的来自其它小区的基站的干扰对齐度量。对于随机产生的波束成形向量，第i个小区第k个用户接收到的信号为:
权利要求
1.一种基于机会波束成形的传输方法，用于下述场景:每个小区有一个基站，每个基站从服务的K个用户里面选择最优用户作为当前服务的用户，三个小区中每个基站从对应的待服务用户里选择一个用户作为服务用户，每个基站有M根天线，每个用户有N根天线，这种三小区的系统模型中，M和N均等于2。信道矩阵H中的每个元素都是独立同分布的，即其元素服从1)分布，也就是满足均值为O、方差为I的复高斯分布的随机变量，且He Cmxn，式中，C为复数集合，Cmxn表示M行N列的复数矩阵的集合。其特征在于包含三个步骤: (1)初始化待调度的用户对集合，每个基站根据随机产生的酉阵作为波束成形向量向所有待服务的用户发送信号。发送端根据用户选择的度量标准计算度量值，首先，依据干扰对齐的度量从K个用户里选择L个用户(LSK)作为预选择用户，通过设置适当的阈值Beta,当用户的干扰对齐程度小于这个阈值的时候，用户不反馈任何值。当用户的干扰对齐程度大于这个阈值的时候，考虑进行下一步的用户选择。
(2)从步骤一中选择的L个用户中，基于最大化信干燥比(SINR)的选取准则继续选择，每个用户计算出自己的SINR值。L个用户反馈自己的SINR值，根据反馈的值选出SINR最大的用户作为服务用户。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法在通信过程中，还必须满足下述条件:用户端计算的反馈度量值可以精确的反馈给发端，完成信息交互的时间很短，在此期间信道保持不变。
3.根据权利要求1，2所述的方法，其特征在于:用户依据低复杂度的干扰对齐度量计算每个基站待服务的用户的干扰对齐度，即计算来自其它小区基站的干扰相关性。这个时候涉及通过干扰对齐度量选择出来的预选用户L的数目，通过理论分析，得出预选用户和阈值Beta之间的概率关系，即对齐度小于Beta的概率为(1-(1-Beta)H)，可以作为选择预选用户数目L的一个候选。基站数目为3，接收天线数目N为2的情况，当选择干扰对齐度大于门限值Beta的用户时，由上述分析，这个时候概率为Ι-Beta，即当用户数目为K的时候，我们大致可以选择的用户数目L= (1-Beta)K0然后从选择出来的L个用户里面计算每个用户的SINR值，用来进行用户选择，选出一个最优的用户进行服务。依据干扰对齐度量选择的L个用户进一步计算SINR值，同传统方法一样，只需要反馈这一部分用户的度量值。从总体上来讲，由于其余用户的度量值不需要反馈，并且计算干扰对齐度量只是计算SINR值一小部分计算量从而降低整体的复杂度。基站依据反馈的SINR值，确定最终的服务用户进行服务。发端确定服务用户，通过用户选择阶段产生的随机酉阵作为波束成形向量发送信号，并且在收端考虑传统的接收机:基于最大化信干燥比的接收机。
全文摘要
一种基于干扰对齐的机会用户选择方法，操作步骤如下(1)发送端(基站)针对待服务的用户以随机产生的波束向用户广播，每个用户计算用于用户选择的数值并反馈。(2)每个基站根据反馈的此数值进行用户选择，最终选择出最优用户作为服务用户。(3)再次通过随机产生的波束成形向量向选择出来的用户发送信号。传统的反馈量值是信干燥比、干扰噪声比或者信噪比，本发明针对传统方法的不足采用基于干扰对齐的度量，并结合干扰对齐与传统方法，设计了实现复杂度、性能、链路开销良好折中的方法，有效提高了多小区多输入多输出系统的性能。
文档编号H04B7/08GK103117779SQ20131000359
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者吕铁军, 周瑞雪 申请人:北京邮电大学