多天线信号传输中的用户调度方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.为达到更高频谱使用效率，多天线技术在无线通信中得到了广泛的应用，基站(base station，bs)可以在同一个时频资源上，同时服务多个用户，即多用户多天线传输技术。因此，对用户之间的合理调度和资源分配，以达到较好的系统容量，充分利用无线频谱资源就显得愈发重要。
3.目前，业界采用的方式是，基站根据系统可达和速率、用户之间的正交性、以及空间距离分组聚类等方案来进行用户分类和调度，需要大量复杂的矩阵分解和迭代搜索计算过程，实现复杂度很高。


技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的在于提供一种多天线信号传输中的用户调度方法、电子设备及存储介质，用以解决多用户多天线信号传输通信中，基站在用户的传输调度上设计复杂度高的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多天线信号传输中的用户调度方法，所述方法应用于基站，包括：
6.获取多个用户所使用信道的信道信息，并根据各用户所使用信道的信道信息构建对应于各用户的信道信息协方差；
7.根据所述各用户的信道信息协方差，计算每两个用户之间的相关系数；
8.基于调度用户数和所述每两个用户之间的相关系数，选择调度用户。
9.本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：
10.至少一个处理器；以及，
11.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
12.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的多天线信号传输中的用户调度方法。
13.本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的多天线信号传输中的用户调度方法。
14.本发明实施方式相对于现有技术而言，通过获取多个用户所使用信道的信道信息，并根据各用户所使用信道的信道信息构建对应于各用户的信道信息协方差；根据各用户的信道信息协方差，计算每两个用户之间的相关系数；基于调度用户数和每两个用户之间的相关系数，选择调度用户。通过采用各用户所使用信道的信道信息协方差的统计信息计算用户之间的相关系数，可以得到较为稳定的用户之间的相关性结果，从而基于用户之
间的相关性选择调度用户进行调度，同时该候选调度方案实现简单，能够有效节省计算资源。
附图说明
15.图1是根据本发明实施方式的多天线信号传输中的用户调度方法的具体流程图一；
16.图2是根据本发明实施方式的多天线信号传输中的用户调度方法的具体流程图二；
17.图3是根据本发明实施方式的多天线信号传输中的用户调度方法的具体流程图三；
18.图4是根据本发明实施方式的多天线信号传输中的用户调度方法的具体流程图四；
19.图5是根据本发明实施方式的多天线信号传输中的用户调度方法的具体流程图五；
20.图6是根据本发明实施方式的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
22.本发明的一实施方式涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法，该方法可应用于基站(bs)。
23.如图1所示，本实施例提供的多天线信号传输中的用户调度方法，包括如下步骤。
24.步骤101：获取多个用户所使用信道的信道信息，并根据各用户所使用信道的信道信息构建对应于各用户的信道信息协方差。
25.其中，用户所使用信道为用户设备(user equipment，ue)与bs之间为传输信号所使用的传输通路。bs采用多用户多天线传输技术，可以在同一个时频资源上同时服务多个用户。每个ue和bs上分别配置有多根用于传输信号的天线。
26.其中，信道信息可以包括但不局限于上行信道系数矩阵、信道赋形矢量及其相应信道功率值，和下行信道的矩阵码本中任一种。
27.具体地，本实施例中的对获取信道信息的方式不做限定，所获取的信道信息可采用矩阵的形式进行描述。在获取信道信息后，计算各用户所使用信道的信道信息协方差，并将该信道信息协方差记为对应于相应用户的信道信息协方差。每个用户对应一信道信息协方差，且随着信道信息的变化，信道信息协方差也在不断更新。
28.步骤102：根据各用户的信道信息协方差，计算每两个用户之间的相关系数。
29.具体地，对两个用户所对应的两个信道信息协方差，计算该两个信道信息协方差之间的相关系数，然后将该相关性系数作为这两个用户之间的相关系数。本实施例中对计算两个信道信息协方差之间的相关系数的计算方法不做限定。
30.步骤103：基于调度用户数和每两个用户之间的相关系数，选择调度用户。
31.具体地，选择调度用户的原则为尽量选择用户之间相关性较低的用户作为调度用户进行调度，在给定调度用户数的基础上，可以从已有用户中选择给定调度用户数的且用户之间相关性较低的用户作为调度用户进行调度。本实施例对基于调度用户数和每两个用户之间的相关系数来选择调度用户的计算方法不做限定，只要遵循整体上所选择的调度用户的相关性低的原则即可。
32.与相关技术相比，本实施例通过获取多个用户所使用信道的信道信息，并根据各用户所使用信道的信道信息构建对应于各用户的信道信息协方差；根据各用户的信道信息协方差，计算每两个用户之间的相关系数；基于调度用户数和每两个用户之间的相关系数，选择调度用户。通过采用各用户所使用信道的信道信息协方差的统计信息计算用户之间的相关系数，可以得到较为稳定的用户之间的相关性结果，从而基于用户之间的相关性选择调度用户进行调度，同时该候选调度方案实现简单，能够有效节省计算资源。
33.本发明的另一实施方式涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法。在本实施方式中，以上行信道系数矩阵作为信道信息，基站基于用户发送的导频信号对上行信道进行估计，得到各用户对应的信道信息协方差。相应的，如图2所示，上述步骤101可具体包括如下子步骤。
34.子步骤1011：基于第k个用户发送的导频信号进行上行信道估计，得到上行信道系数矩阵其中：0《nk≤n
ue
，n
bs
为基站上配置的天线数量，n
ue
为用户设备上配置的天线数量。
35.例如，设ue的数量为k＝8，每个ue配置n
ue
＝4根天线，bs配置n
bs
＝64根天线。调度用户的数量为d＝2。
36.假设基站根据第k个用户发送的导频信号对ue到bs的上行信道进行估计，得到上行信道系数矩阵为其中0《nk≤n
ue
表示第k个用户上行发送导频信号的天线数可能小于ue实际配置的天线数。本实施例中将上行信道系数矩阵hk作为相应用户对应的信道系数矩阵。
37.子步骤1012：基于上行信道系数矩阵hk，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵其中：为hk的共轭转置矩阵。
38.具体地，基站基于第k个用户的用户设备对应的上行信道系数矩阵，构造第k个用户的信道信息协方差矩阵为其中：为hk的共轭转置矩阵。
39.与相关技术相比，本实施例基于第k个用户发送的导频信号进行上行信道估计，得到上行信道系数矩阵hk，然后基于上行信道系数矩阵hk，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵rk，从而提供一种计算信道系数协方差矩阵rk的具体方式。
40.本发明的另一实施方式涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法。在本实施方式中，以信道赋形矢量及其相应的信道功率值作为信道信息，基站通过向用户发送广播波束得到用户反馈的信道功率值，从而基于信道功率值以及广播波束的赋形矢量得到各用户对应的信道系数协方差矩阵。相应的，如图3所示，上述步骤101可具体包括如下子步骤。
41.子步骤1013：基于向第k个用户发送qk个赋形矢量为的广
播波束，接收用户反馈的接收所述广播波束的信道功率值其中：n
bs
为基站上配置的天线数量。
42.例如，设ue的数量为k＝8，每个ue配置n
ue
＝4根天线，bs配置n
bs
＝64根天线。调度用户的数量为d＝2。
43.具体地，假设基站向第k个用户发送qk个广播波束，其赋形矢量为其中：n
bs
为基站上配置的天线数量，a
t
,i＝1,2,...,qk为第i个广播波束的赋形矢量。用户接收到广播波束后分别反馈对应的接收信道功率值其中，u
t
,i＝1,2,...,qk为接收第i个广播波束的接收信道功率值矢量，diag(
·
)为对角矩阵。本实施例中将信道功率值uk作为相应用户所使用信道的信道系数矩阵。
44.子步骤1014：基于信道功率值uk和赋形矢量ak，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵其中：为ak的共轭转置矩阵。具体地，基站基于第k个用户接收到广播波束后反馈的接收信道功率值uk，构造第k个用户的信道信息协方差矩阵为其中：为ak的共轭转置矩阵。
45.与相关技术相比，本实施例基于向第k个用户发送广播波束ak后，得到用户反馈的接收广播波束的信道功率值uk，然后基于广播波束ak和信道功率值uk，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵rk，从而提供一种计算信道系数协方差矩阵rk的具体方式。
46.本发明的另一实施方式涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法。在本实施方式中，以下行信道的矩阵码本作为信道信息，基站通过向用户发送下行信道测量导频信号得到用户反馈的下行信道的矩阵码本，从而基于下行信道的矩阵码本得到各用户对应的信道系数协方差矩阵。相应的，如图4所示，上述步骤101可具体包括如下子步骤。
47.子步骤1015：基于向第k个用户发送下行信道测量导频信号，接收用户反馈的下行信道的矩阵码本其中：0《lk≤n
ue
，n
bs
为基站上配置的天线数量，n
ue
为用户设备上配置的天线数量。
48.例如，设ue的数量为k＝8，每个ue配置n
ue
＝4根天线，bs配置n
bs
＝64根天线。调度用户的数量为d＝2。
49.具体地，假设基站向第k个用户发送下行信道测量导频信号，用户反馈对应的下行信道矩阵码本为其中0《lk≤n
ue
表示第k个用户反馈的矩阵方向矢量数可能小于ue实际配置的天线数。本实施例中将下行信道矩阵码本vk作为相应用户信道的信道系数矩阵。
50.子步骤1016：基于矩阵码本vk，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵其中：为vk的共轭转置矩阵。
51.基站基于用户信道信息，构造第k个用户的信道信息协方差矩阵为具体地，基站基于第k个用户接收到下行信道测量导频信号后反馈的下行信道矩阵码本vk，构造第k个用户的信道信息协方差矩阵为其中：为vk的共轭转置矩阵。
52.与相关技术相比，本实施例基于向第k个用户发送下行信道测量导频信号后，得到用户反馈的下行信道矩阵码本vk，然后基于下行信道矩阵码本vk，构建第k个用户的信道系数协方差矩阵rk，从而提供一种计算信道系数协方差矩阵rk的具体方式。
53.本发明的另一实施方式涉及一种多天线信号传输中的用户调度方法。在本实施方式中，示出了一种根据各用户的信道信息协方差(如信道系数协方差矩阵)，计算每两个用户之间的相关系数，以及如何选择调度用户的具体计算方式。相应的，如图5所示，上述步骤102可具体包括如下子步骤。
54.子步骤1021：根据如下公式(1)计算第i个用户与第j个用户之间的相关系数ρ
i,j
。
[0055][0056]
其中，tr(
·
)表示矩阵的迹，||
·
||f表示矩阵的范数，ri、rj分别为第i个用户和第j个用户对应的信道信息协方差。
[0057]
具体地，基站得到各用户对应的信道系数协方差矩阵后，根据信道系数协方差矩阵的相关性，计算任意两个用户之间的相关系数。第i个用户与第j个用户之间的相关系数可通过公式(1)表示。其中，ri、rj分别为第i个用户与第j个用户对应的信道系数协方差矩阵。同时有ρ
i,j
＝ρ
j,i
。采用信道系数协方差矩阵的统计信息计算用户之间的相关系数，可以得到较为稳定的结果。
[0058]
在此基础上，如图5中所示，上述步骤103可具体包括如下子步骤。
[0059]
判断调度用户数是否不大于2；如果判断结果为是，则进入子步骤1031；如果判断结果为否，则进入子步骤1032。
[0060]
子步骤1031：选择相关系数最小的两个用户作为调度用户。
[0061]
具体地，当调度用户数不大于2时，为了实现时频资源的利用率可以选择至多两个用户作为调度用户。遵照调度用户之间相关性低的原则，可以选择根据各用户对应的信道系数协方差矩阵，计算的相关系数最小的两个用户作为调用用户。
[0062]
子步骤1032：基于每两个用户之间的相关系数计算各候选用户集合的相关系数，并选择相关系数最小的候选用户集合中的用户作为调度用户。
[0063]
具体地，当调度用户数大于2时，可以先根据当前已有的用户数和调度用户数构建出全部的候选用户集合，每个候选用户集合中包含的用户数为调度用户数。然后针对各候选用户集合中所包含的用户，计算每两个用户之间的相关系数，再根据每两个用户之间的相关系数，计算相应候选用户集合的相关系数。该相关系数越低对应候选用户集合中各用户之间的整体相关性越低。选择相关系数最小的候选用户集合中的用户作为调度用户，可以降低调用用户之间在信号传输上的干扰。
[0064]
在一个例子中，子步骤1032中，基于每两个用户之间的相关系数计算各候选用户集合的相关系数可包括：
[0065]
步骤1：基于已有用户总数k和调度用户数d构建种候选调度方案，每种候选调度方案所包含的用户组成一个候选用户集合。
[0066]
例如，设ue的数量为k＝8，每个ue配置n
ue
＝4根天线，bs配置n
bs
＝64根天线。调度用户的数量为d＝3。根据概率中的排列组合可以得到种用户组合，每种用户组合对应一
种候选调度方案，每种候选调度方案所包含的用户组成一个候选用户集合。
[0067]
步骤2：将第d种候选调度方案对应的候选用户集合中，每两个用户之间的相关系数的几何平均值作为候选用户集合的相关系数，其中为候选用户集合所包含的任意两个用户之间的相关系数的个数。
[0068]
具体地，假设具体地，假设是第d个候选调度方案中的用户集合，于是的相关系数计算为该方法是计算候选用户集合中所有两用户之间相关系数的几何平均值，来表示该候选用户集合的相关系数。这种方法可以均衡的将候选用户集合中的每个用户对于候选用户集合的整体相关性影响，体现在候选用户集合的相关系数中。于是，可以选择相关系数最小的候选用户集合中的用户作为调度用户的方案，即
[0069]
在一个例子中，在计算上述几何平均值之前，如果已经计算完成调度用户数为e的种候选调度方案对应的各候选用户集合的相关系数，其中e《d，则计算几何平均值包括：
[0070]
通过如下公式
[0071][0072]
计算几何平均值
[0073]
其中，为候选用户集合中所包含的候选用户集合的相关系数。
[0074]
例如，设ue的数量为k＝8，每个ue配置n
ue
＝4根天线，bs配置n
bs
＝64根天线。当前调度用户的数量为d＝4。根据概率中的排列组合可以得到种用户组合，每种用户组合对应一种候选调度方案，每种候选调度方案所包含的用户组成一个候选用户集合，候选用户集合中包含的用户数为d。
[0075]
假设假设是第d个候选调度方案中的用户集合，于是的相关系数计算为在计算之前，已计算完成第d个候选调度方案中用户数小于d的e(如e＝3)个用户所形成的用户集合的相关系数这样在计算当前第d个候选调度方案对应的候选用户集合的相关系数时，可以采用公式(2)进行计算，从而节省计算资源，提高计算速度。其中，可以为距离当前用户调度时间较近的一次用户调度对应计算出的候选用户集合的相关系数
[0076]
该方法是在之前计算的候选用户集合的相关系数中，加入原候选用户集合每一个用户与新增用户的两用户之间的相关系数，再总体计算新增用户后候选用户集合中的所有两用户之间的相关系数的几何平均值作为候选用户集合的相关系数，减少了计算量，提高了计算速度。最后，可以选择相关系数最小的候选用户集合作为调度用户的方案，即
[0077]
与相关技术相比，本实施例示出了计算每两个用户之间的相关系数的具体方式；同时，通过调度用户数的不同，给出两种选择调度用户的实现方案；另外，在基于候选用户集合的相关系数选择调度用户时，可以沿用之前已计算的调度用户数小于当前调度用户数的候选用户集合的相关系数，从而节省计算当前候选用户集合的相关系数的计算资源，提高选择调用用户的效率。
[0078]
本发明的另一实施方式涉及一种电子设备，如图6所示，包括至少一个处理器202；以及，与至少一个处理器202通信连接的存储器201；其中，存储器201存储有可被至少一个处理器202执行的指令，指令被至少一个处理器202执行，以使至少一个处理器202能够执行上述任一方法实施例。
[0079]
其中，存储器201和处理器202采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器202和存储器201的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器202处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器202。
[0080]
处理器202负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器201可以被用于存储处理器202在执行操作时所使用的数据。
[0081]
本发明的另一实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法实施例。
[0082]
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0083]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。