一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，属于多天线无线通信领域，根据深度报文解析方法识别用户的业务类型，对每个用户进行速率预测，并采用韦伯定律设计面向用户体验的惯性目标函数，根据发射天线数量选择优先级较高的若干个用户，对于选中调度用户采用简单的施密特正交化和注水法进行编码和功率分配，根据选中用户的编码向量和分得功率进行信号发射，最后缓冲完成用户退出调度，本发明获得了较好的用户体验质量，且其中无效调度数量大为减少，且本方法利用惯性目标函数和施密特正交化的相互作用形成自组织用户调度，从而避免了大量的信道正交化投影运算，复杂度较低，适用于实际商用网络。
【专利说明】
一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法
技术领域
[0001] 本发明属于多天线无线通信领域，具体涉及一种面向缓冲业务用户体验质量的多 天线系统调度方法。
【背景技术】
[0002] 当前，多天线调度的常用用户选择和编码方法是:采用正交化把所有等待用户的 信道向量映射到已经选中用户的信道向量所张成的信道向量空间，然后通过比较选出最优 用户。由于每选择一个用户，就要把所有候选用户的信道向量映射到已经张成的空间，算法 的计算量将随着用户数量的增加而快速增加，在实际应用中很难应对大量用户同时在线的 情况。
[0003] 此外，上述方法也无法根据不同用户的业务特点进行调度，当前移动通信中数据 业务种类繁多，不同业务对通信性能需求差异较大。因此，目前业内常常采用服务质量增益 预测函数改进用户调度策略，而服务质量增益预测函数是和用户瞬时通信速率的减函数。 由于被调度用户的瞬时速率必然上升，而瞬时速率的上升必然造成服务质量目标函数增益 下降；相反，等待调度用户的瞬时速率必然下降，而瞬时速率的上升必然造成服务质量目标 函数增益上升。因此，这种调度方法会造成用户被交替调度，从而增加所有用户的业务时 延，对于缓冲类业务来说将造成用户体验质量下降。
[0004] 现有面向吞吐量、面向实时业务服务质量和用户体验质量的多天线方法主要有以 下不足：1、用户选择建立在信道相关性计算上，需要将所有候选用户的信道映射到以选中 用户信道张成的空间上，当用户数量较大时，计算负担极高，难以实现实时调度。2、面向吞 吐量的方法随着信道状态变换而频繁切换，在面向实时业务的调度方法中，用户获得的通 信资源(调度时长和分配功率)越高，其优先级下降越快，容易造成频繁反复切换，最终使得 所有用户的总缓冲时延增加。由于缓冲类业务的用户体验质量仅和总缓冲实验相关，因此 会导致所有用户的体验质量下降。3、上述方法不能识别缓冲类业务的用户体验质量需求， 因此无法根据不同业务的用户体验特点进行有利于提升用户体验质量的调度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种面向缓冲类数据业务用户体验的多天线调度方法，降低 多天线系统用户调度复杂性，减少无效的交替调度，识别并根据具体业务的特殊需求提升 用户体验质量，以解决上述现有技术中的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，包括以下步骤：
[0008] 1)采用深度报文解析方法识别缓冲类业务的业务类型；
[0009] 2)根据业务类型提取相关的用户体验评价公式，将公式转换成韦伯定律的标准形 式：
[0010]其中，为用户体验质量的量化数值，为业务实际时延，然后根据预存的业务体验质 量模型，确定以下参数：
[0011] η-般用来确定M0S分的上限(此值一般为4.5,在算法中不会发生作用，只是在介 绍韦伯定律标准形式中存在）；
[0012] α调节M0S分的变化速度；
[0013] β对实际时间单位进行缩放；
[0014] λ用来确定用户完全满意的业务最低延时；
[0015] 3)对每个用户进行速率预测，计算公式为：
[0017] 其中，Ρ为总发射功率，hk,^当前时隙用户k的信道增益，σ2为高斯白噪声，Β为系 统带宽，F为用户k在过去时间内被选中时隙的集合，r k,x表示用户k在X时隙的实际传输速 率；
[0018] 4)对所有用户计算优先级，计算公式为：
[0020] 其中L为调度时隙长度，t为当前时隙，tQk为用户k业务开始时隙，bk为缓冲业务的 剩余数据量，V k为上一步计算的预测速度；
[0021] 5)根据发射天线数量选择优先级较高的若干个用户；
[0022] 6)对选中用户按优先级排列，将其信道矩阵进行奇异值分解，获取编码向量；
[0023] 7)根据上一步获取的编码向量用注水法进行功率分配；
[0024] 8)根据选中用户的编码向量和分得功率进行信号发射；
[0025] 9)缓冲完成用户推出调度；
[0026] 9)若有新加入用户返回第1)步；
[0027] 10)若没有新加入用户返回第3)步。
[0028] 进一步地，步骤3)公式中的第一部分
是用户k在当前时隙的 可达速率，第二部分
则是用户k在过去被调度的时隙内的平均速率。
[0029] 进一步地，步骤4)中的惯性目标函数所计算的优先级（其物理意义是用户获得通 信资源后可能带来的用户体验增益)不会随着调度次数增加的而减少。
[0030] 进一步地，步骤3)、4)和6)联合形成自组织调度策略，自动获得较优用户组合，无 需进行利用信道映射计算获得低信道相关性的用户组合。
[0031] 本发明的有益效果在于，根据深度包检测技术识别用户的业务类型，采用韦伯定 律设计面向用户体验的惯性目标函数，由于惯性目标函数会随着被调度次数的增加而保持 稳定，从而消除了多数无效的交替调度，加之目标函数识别业务的用户体验需求。因此，带 来用户体验质量的大幅提升。
[0032] 本方法对选中调度用户采用简单的施密特正交化和注水法进行编码和功率分配， 当信道相关度较大的用户被同时选中时，部分选中用户的瞬时速率必然较低，其惯性目标 函数值也将降低，部分选中用户将被候选用户替代，最终被选中用户之间的信道相关度将 维持在一个较低水平。这种自组织特性使得在用户选择时无需将所用候选用户的信道向量 映射到选中用户信道向量张成的空间上，在用户数量较高时极大降低了调度复杂度。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明所述的一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法与其 他方法的无效调度数量对比图；
[0034] 图2为本发明所述的一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法与其 他方法的用户体验质量对比图。
【具体实施方式】
[0035] 结合以下具体实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发 明，并非用于限定本发明的范围。
[0036] -种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，包括以下步骤：
[0037] 1)采用深度报文解析方法识别缓冲类业务的业务类型；
[0038] 2)根据业务类型提取相关的用户体验评价公式，将公式转换成韦伯定律的标准形 式：
[0039] 其中，为用户体验质量的量化数值，为业务实际时延，然后根据预存的业务体验质 量模型，确定以下参数：
[0040] II-般用来调整M0S分的上限；
[0041 ] α调节M0S分的变化速度；
[0042] β对实际时间单位进行缩放；
[0043] λ用来确定用户完全满意的业务最低延时；
[0044] 3)对每个用户进行速率预测，计算公式为：
[0046] 其中，Ρ为总发射功率，hk,^当前时隙用户k的信道增益，σ2为高斯白噪声，Β为系 统带宽，，为用户k在过去时间内被选中时隙的集合，r k,x表示用户k在X时隙的实际传输速 率；
[0047] 4)对所有用户计算优先级，计算公式为：
[0049] 其中L为调度时隙长度，t为当前时隙，tQk为用户k业务开始时隙，bk为缓冲业务的 剩余数据量，V k为上一步计算的预测速度；
[0050] 此优先级是根据用户体验质量相关参数而计算的，因此可以识别不同业务的具体 用户体验需求。且优先级会随着用户被调度次数增加而更加稳定，具有一定"惯性"，因此可 以避免无效的用户切换。
[0051] 5)根据发射天线数量选择优先级较高的若干个用户；
[0052] 6)对选中用户按优先级排列，将其信道矩阵进行奇异值分解，获取编码向量；
[0053] 7)根据上一步获取的编码向量用注水法进行功率分配；
[0054] 8)根据选中用户的编码向量和分得功率进行信号发射；
[0055] 9)缓冲完成用户推出调度；
[0056] 9)若有新加入用户返回第1)步；
[0057] 10)若没有新加入用户返回第3)步。
[0058] 在本实例中，步骤3)公式中的第一部分
是用户k在当前时隙 的可达速率，
则是用户k在过去被调度的时隙内的平均速率。若有信道 相关程度较高的用户被同时选中，那么其中部分用户的速率预测的第二部分将由于编码问 题而快速降低，最终造成调度优先级降低而被其它用户替换，这种设计可以自组织地完成 用户选择而不需要将所有用户信道进行正交化投影，因此极大降低了计算复杂度。
[0059] 在本实例中，步骤4)中的惯性目标函数所计算的优先级（其物理意义是用户获得 通信资源后可能带来的用户体验增益)不会随着调度次数增加的而减少。
[0060] 在本实例中，步骤3)、4)和6)联合形成自组织调度策略，自动获得较优用户组合， 无需进行利用信道映射计算获得低信道相关性的用户组合。
[0061 ]基于上述，利用本方法在仿真环境下进行了大用户数量冲击场景测试，实验采用 SCM信道模型，主要参数设置如表1所示。其中系统功率为40W，带宽40MHz。为模仿基站把小 流量放入专门设置的信道，可用功率和带宽设置为系统功率和带宽的10%和40%。
[0062]表1小流量调度有效性仿真参数设置
如图1及图2所示的无效调度数量对比图和用户体验质量对比图，其中，QoE-inertia表 示本发明提出的方法，ZF-DPC表示迫零脏纸算法，QoS-Fl oatbound和QoE-rate分别表示基 于传统瞬时速率的服务质量和用户体验质量优化方法。实验结构表明，随着用户数量的升 高，相对于迫零脏纸算法、传统瞬时速率的服务质量和用户体验质量优化方法，本方法获得 了较好的用户体验质量，且其中无效调度数量大为减少，且本方法避免了大量的信道正交 化投影运算，复杂度较低，适用于实际商用网络。
[0065]本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有 各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围 由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1. 一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 采用深度报文解析方法识别缓冲类业务的业务类型； 2) 根据业务类型提取相关的用户体验评价公式，将公式转换成韦伯定律的标准形式： 其中，为用户体验质量的量化数值，为业务实际时延，然后根据预存的业务体验质量模 型，确定以下参数： η，用来确定MOS分的上限； α，调节MOS分的变化速度； β，对实际时间单位进行缩放； 入，用来确定用户完全满意的业务最低延时； 3) 对每个用户进行速率预测，计算公式为：其中，P为总发射功率，11!^是当前时隙用户k的信道增益，σ2为高斯白噪声，S为系统带 宽，f'为用户k在过去时间内被选中时隙的集合，rk,χ表示用户k在X时隙的实际传输速率； 4) 对所有用户计算优先级，计算公式为：其中L为调度时隙长度，t为当前时隙，tQk为用户k业务开始时隙，bk为缓冲业务的剩余 数据量，V k为上一步计算的预测速度； 5) 根据发射天线数量选择优先级较高的若干个用户； 6) 对选中用户按优先级排列，将其信道矩阵进行奇异值分解，获取编码向量； 7) 根据上一步获取的编码向量用注水法进行功率分配； 8) 根据选中用户的编码向量和分得功率进行信号发射； 9) 缓冲完成用户推出调度； 9) 若有新加入用户返回第1)步； 10) 若没有新加入用户返回第3)步。2. 根据权利要求1所述的一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，其 特征在于，步骤3)公式中K用户k在当前时隙的可达速率，是用户k在过去被调度的时隙内的平均速率。3. 根据权利要求1所述的一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，其 特征在于，步骤4)中的惯性目标函数所计算的优先级不会随着调度次数增加而减少。4. 根据权利要求1所述的一种面向缓冲业务用户体验质量的多天线系统调度方法，其 特征在于，步骤3)、4)和6)联合形成自组织调度策略，自动获得较优用户组合。
【文档编号】H04W72/12GK106028460SQ201610320128
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】陈磊, 鲍蓉, 胡局新
【申请人】徐州工程学院