專利名稱：：一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法，也就是說(shuō)，涉及一種基站設(shè)置多根收發(fā)天線，用戶配置單根天線的下行多用戶多天線通信系統(tǒng)，選擇用戶的方法，屬于MIMO天線無(wú)線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，頻譜資源的嚴(yán)重不足已經(jīng)成為無(wú)線通信事業(yè)發(fā)展的"瓶頸，，。多天線技術(shù)因其能夠在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，成倍地提高頻率利用率而獲得廣泛青睞。而且，實(shí)際通信系統(tǒng)中，基站可以很容易地配置多根天線，但是終端受到設(shè)備尺寸、硬件復(fù)雜度、制造成本等方面的限制，通常配置的天線非常有限，這也限制了多天線系統(tǒng)的復(fù)用增益。為了在現(xiàn)有終端硬件配置的基礎(chǔ)上，獲得更高的多天線增益，通常采用基站同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)的傳輸方式。理論證明，臟紙編碼(DPC,DirtyPaperCoding)能達(dá)到多天線下行信道的容量，但是，臟紙編碼需要復(fù)雜的非線性處理，因此，該技術(shù)并不實(shí)用。迫零波束賦形ZFBF技術(shù)是通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性處理，就可將傳輸信道分離為多個(gè)獨(dú)立的并行信道，并且，當(dāng)用戶個(gè)數(shù)遠(yuǎn)大于發(fā)送天線數(shù)時(shí)，迫零波束賦形技術(shù)可以逼近DPC的性能。因此，迫零波束賦形是一種比較實(shí)用的多天線多用戶的無(wú)線通信技術(shù)方案。一般來(lái)說(shuō)，只有通過(guò)窮盡搜索，才能獲得最優(yōu)的迫零波束賦形用戶集合。但是，當(dāng)用戶數(shù)目很大時(shí)，窮盡搜索的復(fù)雜度過(guò)高。因此，實(shí)際中通常采用一些低復(fù)雜度的次優(yōu)方案來(lái)選擇波束賦形用戶集合。目前，主要有兩種用戶選擇方法第一種是貪婪用戶選擇方法，這是一種直接以多用戶的總傳輸速率為優(yōu)化目標(biāo)的用戶選擇方法。具體方法是由調(diào)度器先選出可達(dá)速率最高的用戶。接6著，在每次迭代中，計(jì)算剩余的每個(gè)用戶與已選出的協(xié)作用戶組成的新用戶集合的總傳輸速率，再選出總傳輸速率最大的用戶集合，作為本次迭代的新用戶集合。如果新增的任何用戶集合都不能增加總傳輸速率或已達(dá)到可調(diào)度的最大用戶數(shù)時(shí)，則該流程結(jié)束。由于貪婪用戶選擇方法在每次迭代中都要計(jì)算所有協(xié)作用戶組合的總速率，因此，該方法的計(jì)算復(fù)雜度較高。第二種是半正交用戶選擇方法，該方法的思路是利用信道質(zhì)量和信道方向的二維信息來(lái)表征用戶的傳輸速率。通過(guò)選擇近似正交的用戶，盡量降低多用戶的流間干擾，從而間接優(yōu)化多用戶的總傳輸速率。具體方法是調(diào)度器先選出信道質(zhì)量最優(yōu)的用戶。接著，依次選出在已選用戶的信道向量生成空間上投影的正交分量最大的用戶，直至構(gòu)成調(diào)度用戶集合。由于半正交用戶選擇法是利用信道質(zhì)量和信道方向的二維信息來(lái)表征傳輸速率，不需要在迭代過(guò)程中，對(duì)多用戶的合成信道矩陣做逆運(yùn)算來(lái)計(jì)算總傳輸速率。因此，它是一種復(fù)雜度較低的多用戶選擇算法。但是，在半正交算法中，需要設(shè)置一個(gè)表征用戶正交性的門(mén)限。如果該門(mén)限參數(shù)設(shè)置得過(guò)小，將導(dǎo)致多用戶分集增益的降低；而門(mén)限設(shè)置得過(guò)高，又容易引起太大的流間干擾。因此，必須通過(guò)多次仿真來(lái)最優(yōu)化該門(mén)限參數(shù)。上述兩種用戶選擇方法都是以信道質(zhì)量最佳的用戶為基準(zhǔn)進(jìn)行用戶選擇的。這種方式的搜索范圍非常有限，限制了多用戶的分集增益。因此，如何研制一種新的既能有效提高多用戶分集增益，又可保證較低的計(jì)算復(fù)雜度的用戶選擇方法，就成為業(yè)內(nèi)科技人員關(guān)注的焦點(diǎn)和新課題。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法，本發(fā)明方法較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，既能夠保證較低的計(jì)算復(fù)雜度，又可以更好地利用多用戶分集增益，提高調(diào)度算法的性能，在盡量充分利用多用戶信道特性的基礎(chǔ)上，兼顧用戶的業(yè)務(wù)、時(shí)延和公平等其他特性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法，其特征在于從所有待服務(wù)的用戶中，基站選擇信道快衰落周期大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶構(gòu)成總用戶集合；并根據(jù)用戶特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)值因子，選擇合適的用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合；然后從優(yōu)先用戶集合中選出權(quán)值最大的用戶作為每個(gè)協(xié)作用戶組的第一個(gè)用戶；再通過(guò)迭代過(guò)程，從候選用戶集合中選擇在協(xié)作用戶組中用戶信道向量生成空間上投影的正交分量最大的用戶，加入?yún)f(xié)作用戶組；在構(gòu)成協(xié)作用戶組后，更新優(yōu)先用戶集合，繼續(xù)迭代運(yùn)算，形成新的協(xié)作用戶組，直到優(yōu)先用戶集合為空，再?gòu)囊褬?gòu)成的所有協(xié)作用戶組中選出權(quán)值總和最大的用戶組作為基站調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。本發(fā)明方法的技術(shù)創(chuàng)新之處和有益效果包括有下述多方面內(nèi)容本發(fā)明提出的優(yōu)先用戶集合的概念，可以更有效地利用多用戶的分集增益。在傳統(tǒng)的半正交算法中，直接以信道質(zhì)量最佳的用戶作為基準(zhǔn)來(lái)選擇用戶，限制了用戶搜索范圍，降低了多用戶分集增益。而本發(fā)明是先建立優(yōu)先用戶集合，再基于該優(yōu)先用戶集合進(jìn)行用戶選擇。并針對(duì)每個(gè)優(yōu)先用戶都構(gòu)成一個(gè)協(xié)作用戶組，最后比較多個(gè)協(xié)作用戶組后，得到調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。如果將優(yōu)先用戶的個(gè)數(shù)控制在較小范圍內(nèi)，本發(fā)明能在保證較低計(jì)算復(fù)雜度的前提下，有效增加用戶選擇的性能。本發(fā)明的優(yōu)先用戶集合能在保證調(diào)度用戶信道間正交性的基礎(chǔ)上，更好地兼顧用戶的業(yè)務(wù)、時(shí)延和公平等其他特性。當(dāng)調(diào)度器在選擇用戶時(shí)，若需要考慮不同用戶特性，只需要在本發(fā)明方法中的步驟(2)修改資源調(diào)度準(zhǔn)則，并在步驟(5)修改協(xié)作用戶組的選擇準(zhǔn)則即可。比如，為了兼顧用戶公平性，只需要上述兩個(gè)步驟中做如下修改步驟(2)中，修改資源調(diào)度準(zhǔn)則c(yt),使cw同時(shí)包含用戶的信道質(zhì)量因子和公平性因子。cot)的一種表示方法為cW=M,)i。g(i+^|M2),式中，尸是總發(fā)射功率，M是基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，^是第&個(gè)用戶的信道向量，IM是求信道向量/^的2-范數(shù)，^W是第&個(gè)用戶在f時(shí)刻的比例公平因子<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中，f。是比例公平PF(ProportionalFair)調(diào)度的平均時(shí)間窗的時(shí)長(zhǎng)，^是紺刻基站調(diào)度的用戶集合，^V0是第&個(gè)用戶在跗刻的傳輸速率。步驟(5)中，為兼顧總傳輸速率和用戶公平性，修改加權(quán)總速率的表達(dá)式W=S",W^(&，,)，其中，^W是第A:個(gè)用戶在,時(shí)刻的比例公平因子，AOV)是f時(shí)刻協(xié)作用戶組s中第/t個(gè)用戶的傳輸速率。傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)是通過(guò)修改用戶選擇準(zhǔn)則來(lái)兼顧用戶的其他特性。這種方式是以犧牲用戶間信道的正交特性來(lái)兼顧用戶的其他特性，因此不能使用戶間的配對(duì)最優(yōu)化。而在本發(fā)明中，涉及用戶不同特性的因子只是作用于優(yōu)先用戶的選擇和協(xié)作用戶組的比較中，步驟(3)選擇用戶時(shí)只考慮用戶的信道特性。因此，本發(fā)明能夠更好地在充分利用多用戶信道特性的基礎(chǔ)上，兼顧用戶的不同特性。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、靈活，通過(guò)設(shè)置優(yōu)先用戶集合的不同門(mén)限或最大用戶數(shù)，就能夠調(diào)節(jié)算法的復(fù)雜度，以適用于不同處理能力的基站發(fā)射端。采用門(mén)限法時(shí)，門(mén)限《=1,則優(yōu)先用戶集合只包含資源調(diào)度準(zhǔn)則C(A:)值最大的用戶；《=o,則優(yōu)先用戶集合為總用戶集合。門(mén)限"越大，優(yōu)先用戶集合中的元素個(gè)數(shù)越少，計(jì)算復(fù)雜度越低，但是，相應(yīng)的代價(jià)是多用戶分集增益也越小。因此，處理能力強(qiáng)的發(fā)射端可以將《設(shè)置得低一些，如，取《=0.5;而處理能力低的發(fā)射端可以將"設(shè)置得高一些，如，取《=0.7。若采用固定用戶個(gè)數(shù)法，處理能力強(qiáng)的發(fā)射端可以將用戶數(shù)設(shè)置得高一些，如，取|[/|=0.2|5|,W表示集合的元素個(gè)數(shù)。而處理能力低的發(fā)射端可以將用戶數(shù)設(shè)置得低一些，比如，取M-o.i間。本發(fā)明的計(jì)算復(fù)雜度較低。其中步驟(3)選擇用戶構(gòu)建協(xié)作用戶組時(shí)，與傳統(tǒng)的半正交用戶選擇算法類似，即在選擇用戶時(shí)，只需考慮候選用戶的信道質(zhì)量，以及候選用戶與已選用戶信道間的正交性。因此，在每次迭代，只需要為每個(gè)候選用戶在步驟(2)計(jì)算一次矩陣乘積，在步驟(3)計(jì)算一次向量的92-范數(shù)，在步驟(4)計(jì)算一次內(nèi)積。并在協(xié)作用戶組形成后，再做一次矩陣求逆，得到波束賦形權(quán)值矩陣。而為了比較總傳輸速率，貪婪用戶選擇算法在每次迭代中都必須進(jìn)行一次矩陣逆運(yùn)算。因此，本發(fā)明的計(jì)算復(fù)雜度至多為傳統(tǒng)半正交多用戶選擇方法的lc/l倍，屬于計(jì)算復(fù)雜度低的多用戶選擇方法?？傊?，本發(fā)明具有很好的推廣應(yīng)用前景。圖l是本發(fā)明方法適用的無(wú)線通信系統(tǒng)示意圖。圖2是基站功能模塊組成示意圖。圖3是傳統(tǒng)半正交多用戶選擇方法流程圖。圖4是本發(fā)明用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法流程圖。圖5是本發(fā)明仿真實(shí)施例中不同優(yōu)先用戶個(gè)數(shù)的吞吐量比較示意圖。圖6是本發(fā)明仿真實(shí)施例中吞吐量比較示意圖。圖7是本發(fā)明仿真實(shí)施例中公平性比較示意圖。具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖1,介紹下行多天線多用戶通信系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括有一個(gè)基站和多個(gè)終端用戶?；九渲枚喔l(fā)送天線，每個(gè)終端用戶配置單根接收天線。若用戶配置了多根天線而只用于接收分集時(shí)，可以等效為單天線的情況。參見(jiàn)圖2，介紹一個(gè)適用于本發(fā)明的基站功能模塊方框圖。為了能夠應(yīng)用本發(fā)明的多用戶選擇方法。基站至少要配置調(diào)度器，信道編碼和波束賦形三個(gè)功能模塊。假設(shè)有尺個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)基站。調(diào)度器將先從^個(gè)用戶中選出的似個(gè)用戶作為基站在該時(shí)隙下服務(wù)的用戶。接著，這A/個(gè)數(shù)據(jù)分別經(jīng)由獨(dú)立信道編碼和功率分配，并乘以波束賦形向量，最后送到M個(gè)發(fā)送天線進(jìn)行發(fā)送。波束賦形使得基站可以在相同的時(shí)頻資源上同時(shí)為多個(gè)用戶傳輸數(shù)據(jù)。為了簡(jiǎn)化權(quán)值向量的選擇，這里采用迫零波束賦形ZFBF方法。ZFBF的波束賦形向量可以筒單地通過(guò)對(duì)信道矩陣做逆運(yùn)算而得到。參見(jiàn)圖3，介紹傳統(tǒng)的半正交多用戶選擇方法。首先，基站利用上行導(dǎo)頻信道或反饋信息獲取每個(gè)用戶的信道矩陣，從中挑選信道快衰落周期大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶構(gòu)成候選用戶集合。接著，計(jì)算每個(gè)候選用戶的權(quán)值C(A:)。如果調(diào)度只需要考慮最優(yōu)化用戶的總傳輸速率，則C("是只表征用戶信道質(zhì)量的函數(shù)，如cot)HlgJ,式中，g,為用戶A在已選用戶信道向量生成空間上投影的正交分量，W表示求向量g4的2-范數(shù)。如果調(diào)度需要考慮用戶的業(yè)務(wù)、時(shí)延或公平等其他特性，則可以在C("中加入相應(yīng)的因子來(lái)表征相應(yīng)的特性。比如，為了兼顧公平性，可以將C("修改為CW,W。g(i十上ll&H2),式中，P是總發(fā)射功率，M是基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，^是用戶yt的信道向量在已選用戶信道向量空間上投影的正交分量，Ug』表示求向量&的2-范數(shù)，w(o是用戶A在,時(shí)刻的比例公平因子。在計(jì)算出每個(gè)候選用戶的權(quán)值后，基站選出權(quán)值最大的用戶，并刪去候選用戶集合中與該用戶的正交性不滿足條件的用戶，更新候選用戶集合。然后進(jìn)行多次迭代運(yùn)算，直至選出M個(gè)用戶或候選用戶集合為空?？梢钥闯?，傳統(tǒng)的半正交算法是以犧牲用戶間信道的公平性，來(lái)兼顧用戶的其他特性。參見(jiàn)圖4,介紹本發(fā)明基于優(yōu)先用戶集合的半正交用戶選擇算法的流程圖。本發(fā)明是從所有待服務(wù)的用戶中，基站選擇信道快衰落周期大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶構(gòu)成總用戶集合5*;并根據(jù)用戶特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)值因子，選擇合適的用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合t/;然后從優(yōu)先用戶集合中選出權(quán)值最大的用戶作為協(xié)作用戶組S。的第一個(gè)用戶。通過(guò)迭代過(guò)程，從候選用戶集合中選擇在協(xié)作用戶組&中用戶信道向量生成空間上投影的正交分量最大的用戶，加入?yún)f(xié)作用戶組&;在構(gòu)成協(xié)作用戶組后，更新優(yōu)先用戶集合，繼續(xù)迭代運(yùn)算，形成新的協(xié)作用戶組，直到優(yōu)先用戶集合"為空，再?gòu)囊褬?gòu)成的所有協(xié)作用戶組中選出權(quán)值總和最大的用戶組作為基站調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。下面具體介紹本發(fā)明方法的各個(gè)操作步驟步驟l、初始化總用戶集合將有下行業(yè)務(wù)請(qǐng)求的用戶放入總用戶集合，并利用上行的導(dǎo)頻信息或反饋信息獲取該總用戶集合中每個(gè)用戶的信道矩陣，再?gòu)脑摽傆脩艏现袆h除快衰落周期小于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶，提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性。步驟2、根據(jù)資源調(diào)度準(zhǔn)則，從總用戶集合中挑選合適用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合，并初始化協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器^=1,協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器^用來(lái)標(biāo)識(shí)已構(gòu)成的協(xié)作用戶組個(gè)數(shù)。優(yōu)先用戶集合的構(gòu)成方法有三種門(mén)限設(shè)置法、固定用戶數(shù)法、門(mén)限和固定用戶數(shù)聯(lián)合法先說(shuō)明第一種門(mén)P艮設(shè)置法的具體操作內(nèi)容假設(shè)資源調(diào)度準(zhǔn)則為cW,式中，自然數(shù)A為用戶序號(hào)，其最大數(shù)為尺；則構(gòu)成優(yōu)先用戶集合的判斷公式為"-^,c(^^a.argm氣xc(W,其中，門(mén)限值《的取值范圍是,argmaxc(Z)表示從總用戶集合S中選取c(O值最大的用戶序號(hào)；如果只考慮最優(yōu)化用戶的總傳輸速率，則資源調(diào)度準(zhǔn)則c("是由下述兩種用戶的信道矩陣的函數(shù)式來(lái)表示cWHW，其中，^表示第^個(gè)用戶的信道向量，且該信道向量同時(shí)包含大尺度衰落和小尺度衰落的影響，IM表示求信道向量&的2-范數(shù)，；或)=fflW^，其中，s/M^為第A:個(gè)用戶的接收信號(hào)干擾噪聲比。如果同時(shí)兼顧最優(yōu)化用戶的總傳輸速率和用戶公平性，則該資源調(diào)度準(zhǔn)則c("包含用戶的信道質(zhì)量因子和公平性因子；此時(shí)的一種調(diào)度準(zhǔn)則cw的函數(shù)式為cw-"^)l。g(i+4kli2),其中，尸表示總發(fā)射功率，M表示基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，/^表示第&個(gè)用戶的信道向量，||/<||表示求信道向量/,,的2-范數(shù)，",(,)是第yt個(gè)用戶在Z時(shí)刻的比例乂>平因子<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中，^表示比例公平PF調(diào)度的平均時(shí)間窗的時(shí)長(zhǎng)，^表示時(shí)刻基站調(diào)度的用戶集合，A(&力表示第A:個(gè)用戶在纟時(shí)刻的傳輸速率。再說(shuō)明第二種固定用戶數(shù)法的具體操作內(nèi)容對(duì)總用戶集合中的每個(gè)用戶，先按照其資源調(diào)度準(zhǔn)則c(W的數(shù)值大小進(jìn)行排序，再選擇前w個(gè)用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合；m為常數(shù)，或設(shè)置為總用戶數(shù)的一個(gè)比例值。第三種門(mén)限和固定用戶數(shù)聯(lián)合法的操作內(nèi)容是先對(duì)總用戶集合中的每個(gè)用戶按其c(W數(shù)值大小進(jìn)行排序后，選擇前w個(gè)用戶，再?gòu)脑搈個(gè)用戶選出c(w數(shù)^f直大于"xargmaxc(;)的用戶，將其標(biāo)識(shí)為優(yōu)先用戶。步驟3、構(gòu)建第；個(gè)協(xié)作用戶組，每個(gè)協(xié)作用戶組的用戶數(shù)不大于基站發(fā)射天線數(shù)，且第一個(gè)用戶為優(yōu)先用戶集合中資源調(diào)度準(zhǔn)則cot)數(shù)值最大的用戶，其余用戶釆用傳統(tǒng)的半正交算法迭代選出。該步驟又可分為以下五個(gè)處理過(guò)程(31)初始化分別設(shè)置協(xié)作用戶組為空集、候選用戶集合為總用戶集合和用戶計(jì)數(shù)器/=1;(32)對(duì)候選用戶集合中的每個(gè)用戶，按照下述公式分別計(jì)算其信道向量^在tew,…,g(,-"生成的空間上投影的正交分量^:^—;g^^^),其中，自然數(shù)A是用戶序號(hào)，g(力表示第乂步迭代選出的用戶信道向量在前(>1)步迭代選出的信道向量空間上投影的正交分量，&)'表示信道向量^的共軛轉(zhuǎn)置，||&,,||表示求信道向量g("的2-范數(shù)；且當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器/=1時(shí)，(33)當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器/=1時(shí)，從優(yōu)先用戶集合中選出c(w值最大的用戶，記做碑)；當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器i〉l時(shí)，從候選用戶集合中選出ilg』值最大的用戶，記做祁)；對(duì)z)為協(xié)作用戶組的第/個(gè)用戶，將第Z步的正交分量g。.,賦值為擴(kuò)展協(xié)作用戶組的向量空間；(34)判斷該協(xié)作用戶組中的用戶數(shù)是否小于基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，如果是，先計(jì)算候選用戶集合中每個(gè)用戶的信道向量與^的夾角，并刪除候選用戶集合中所述夾角小于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶，以保證信道間的正交性能；此時(shí)，判斷候選用戶集合是否不為空，如果是，則用戶計(jì)數(shù)器z'加1,返回執(zhí)行步驟(32)的操作，否則，執(zhí)行后續(xù)步驟操作；(35)將該協(xié)作用戶組作為包含有優(yōu)先用戶的第r。個(gè)協(xié)作用戶組。步驟4、更新優(yōu)先用戶集合，判斷是否繼續(xù)構(gòu)建下一個(gè)協(xié)作用戶組如果滿足下述兩個(gè)條件協(xié)作用戶組中的元素不都屬于優(yōu)先用戶集合且更新后的優(yōu)先用戶集合為非空，則協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器^加1，返回執(zhí)行步驟3的操作；否則，不再構(gòu)建協(xié)作用戶組，執(zhí)行步驟5挑選最佳協(xié)作用戶組的操作；步驟5、根據(jù)資源調(diào)度算法，計(jì)算所有協(xié)作用戶組的加權(quán)總速率，并將其中權(quán)值最大的用戶組作為調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。該步驟加權(quán)總速率的計(jì)算表示式是根據(jù)需要優(yōu)化的用戶特性來(lái)設(shè)定的，如果只優(yōu)化總傳輸速率，則加權(quán)總速率w的計(jì)算公式為w=2>t(s),式中，5是h乂已經(jīng)構(gòu)成的第w個(gè)協(xié)作用戶組，^(w是基站為協(xié)作用戶組x中所有用戶同時(shí)服務(wù)時(shí)，第A個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的傳輸速率。如果要兼顧總傳輸速率和用戶公平性進(jìn)行調(diào)度，則加權(quán)總速率的計(jì)算公式為-.w=Z"t(o^(s，o，式中，"4(/)是第A個(gè)用戶在"t刻的比例公平因子，&表示已經(jīng)構(gòu)成的第"個(gè)協(xié)作用戶組，^&力表示在？時(shí)刻基站為協(xié)作用戶組&中所有用戶同時(shí)服務(wù)時(shí)，第A個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的傳輸速率。從上述介紹的本發(fā)明方法可以看出，基站發(fā)射端必需獲知每個(gè)終端用戶完整的信道狀態(tài)信息，才能很好地進(jìn)行下行多用戶傳輸。因此，本發(fā)明只適合于移動(dòng)速度較低，能夠確定出信道矩陣的用戶。因此，在步驟1中，要將信道快衰落周期低于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶從總用戶集合中刪去。在TDD系統(tǒng)中，可以利用上行導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)出用戶的下行信道。在FDD系統(tǒng)中，需要利用反饋信息獲得信道狀態(tài)信息。本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了多次仿真實(shí)施試驗(yàn)，下面介紹實(shí)施例的試驗(yàn)情況參見(jiàn)圖5,為考察優(yōu)先用戶個(gè)數(shù)的設(shè)置，本發(fā)明方法中將設(shè)置的固定用戶個(gè)數(shù)分為兩種情況總用戶數(shù)的0.1和0.2倍。圖中的SUS表示傳統(tǒng)的半正交用戶選擇算法(不考慮公平性)，PF-SUS表示傳統(tǒng)的SUS與PF結(jié)合的算法，本發(fā)明方法是基于優(yōu)先用戶集合的半正交算法(優(yōu)先用戶選擇準(zhǔn)則兼顧用戶的傳輸速率和公平性兩個(gè)特性)。下表是實(shí)施例系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置情況<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>從圖5可看出，優(yōu)先用戶數(shù)Unum為總用戶數(shù)的0.1和0.2倍的兩種試驗(yàn)結(jié)果的性能基本接近。兩者的差值隨著用戶個(gè)數(shù)的增加而減少。因此，在用戶數(shù)低于50時(shí)，取優(yōu)先用戶數(shù)為總用戶數(shù)的0.2倍；在用戶數(shù)大于50時(shí)，取優(yōu)先用戶數(shù)為總用戶數(shù)的0.1倍?；蛘邚慕档蛷?fù)雜度上考慮，將優(yōu)先用戶數(shù)固定為總用戶數(shù)的0.1倍。本發(fā)明方法中，優(yōu)先用戶集合的另一種構(gòu)建方法是門(mén)限設(shè)置法，即根據(jù)最優(yōu)用戶動(dòng)態(tài)設(shè)置門(mén)限值，即[/=(&，c(A:)》a.argmaxc(z')},OSaSl;其中,門(mén)限a為取值在01之間的一個(gè)變量；argmpcc(/)表示從總用戶集合S中選取c(/)值最大的用戶序號(hào)。仿真實(shí)施例中，分別選取"=0、0.6、0.7、0.8和0.9，并"i殳置優(yōu)先用戶數(shù)至多為總用戶數(shù)的0.1倍。通過(guò)仿真實(shí)施試驗(yàn)，得出當(dāng)《^0.7時(shí)，性能基本沒(méi)有損失；而當(dāng)《^).8,性能開(kāi)始衰減。因此，將a設(shè)置為0.7。假設(shè)采用門(mén)限和固定用戶數(shù)聯(lián)合法來(lái)篩選優(yōu)先用戶，選取優(yōu)先用戶數(shù)為總用戶數(shù)的0.倍，《=0.7。此時(shí)，對(duì)本發(fā)明方法與SUS.PF-SUS方法的性能進(jìn)行吞吐量比較的結(jié)果，如圖6所示。從圖6中可看出，本發(fā)明基于優(yōu)先用戶集合的半正交算法的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PF-SUS算法。在用戶數(shù)小于M時(shí)，本發(fā)明方法的性能甚至優(yōu)于不考慮用戶公平性的傳統(tǒng)SUS算法。這是因?yàn)楸景l(fā)明方法提高了多用戶分集增益造成的。通過(guò)圖6獲知本發(fā)明方法的吞吐量?jī)?yōu)于PF-SUS,下面考察本發(fā)明方法的公平特性。為了更明顯地考察用戶公平特性，假設(shè)用戶的接收信號(hào)強(qiáng)度按用戶的序號(hào)呈指數(shù)分布。即有H殳用戶k的接收信號(hào)強(qiáng)度為RSS(k)-10A(0.4xk/iO)/M，其中，M為發(fā)射天線個(gè)數(shù)。該試驗(yàn)的結(jié)果參見(jiàn)圖7所示，其結(jié)論是當(dāng)用戶的接收信號(hào)強(qiáng)度隨序號(hào)指數(shù)增長(zhǎng)時(shí)，不考慮用戶公平性的SUS算法的公平特性很差，接收信號(hào)強(qiáng)的用戶的平均傳輸速率遠(yuǎn)高于接收信號(hào)弱的用戶。但是，PF-SUS法和本發(fā)明方法大幅度地減弱了這種差異性，因此，PF-SUS法和本發(fā)明方法都可以較好地兼顧用戶公平性。由此可得，與傳統(tǒng)的PF-SUS算法相比，雖然本發(fā)明基于優(yōu)先用戶集合的半正交用戶選擇算法增加了一些計(jì)算復(fù)雜度，但是，可以改善總傳輸速率，并保i正達(dá)到與PF-SUS算法幾乎相同的用戶公平特性。也就是能夠更有效地兼顧用戶的信道特性和公平特性。權(quán)利要求1、一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法，其特征在于從所有待服務(wù)的用戶中，基站選擇信道快衰落周期大于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶構(gòu)成總用戶集合；并根據(jù)用戶特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的權(quán)值因子，選擇合適的用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合；然后從優(yōu)先用戶集合中選出權(quán)值最大的用戶作為每個(gè)協(xié)作用戶組的第一個(gè)用戶；再通過(guò)迭代過(guò)程，從候選用戶集合中選擇在協(xié)作用戶組中用戶信道向量生成空間上投影的正交分量最大的用戶，加入?yún)f(xié)作用戶組；在構(gòu)成協(xié)作用戶組后，更新優(yōu)先用戶集合，繼續(xù)迭代運(yùn)算，形成新的協(xié)作用戶組，直到優(yōu)先用戶集合為空，再?gòu)囊褬?gòu)成的所有協(xié)作用戶組中選出權(quán)值總和最大的用戶組作為基站調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法包括下列操作步驟(l)初始化總用戶集合將有下行業(yè)務(wù)請(qǐng)求的用戶放入總用戶集合，并利用上行的導(dǎo)頻信息或反饋信息獲取該總用戶集合中每個(gè)用戶的信道矩陣，再?gòu)脑摽傆脩艏现袆h除快衰落周期小于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶，提高信道矩陣估計(jì)的準(zhǔn)確性；(2)根據(jù)資源調(diào)度準(zhǔn)則從所述總用戶集合中挑選合適用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合，并初始化協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器r,l，協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器&用來(lái)標(biāo)識(shí)已構(gòu)成的協(xié)作用戶組個(gè)數(shù)；(3)構(gòu)建第7^個(gè)協(xié)作用戶組，每個(gè)協(xié)作用戶組的用戶數(shù)不大于基站發(fā)射天線數(shù)，且第一個(gè)用戶為優(yōu)先用戶集合中資源調(diào)度準(zhǔn)則cw數(shù)值最大的用戶，其余用戶采用傳統(tǒng)的半正交算法迭代選出；(4)更新優(yōu)先用戶集合，判斷是否繼續(xù)構(gòu)建下一個(gè)協(xié)作用戶組如果滿足下述條件協(xié)作用戶組中的元素不都屬于優(yōu)先用戶集合且更新后的優(yōu)先用戶集合為非空，則協(xié)作用戶組計(jì)數(shù)器&加1，返回執(zhí)行步驟(3)的操作；否則，不再構(gòu)建協(xié)作用戶組，執(zhí)行步驟(5)挑選最佳協(xié)作用戶組的操作；(5)根據(jù)資源調(diào)度算法，計(jì)算所有協(xié)作用戶組的加權(quán)總速率，并將其中權(quán)值最大的用戶組作為調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中，選擇合適用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合的方法包括門(mén)限設(shè)置法、固定用戶數(shù)法以及門(mén)限和固定用戶數(shù)聯(lián)合法。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述門(mén)限設(shè)置法的具體操作內(nèi)容如下假設(shè)資源調(diào)度準(zhǔn)則為c(W，式中，自然數(shù)yt為用戶序號(hào)，其最大數(shù)為X;則構(gòu)成優(yōu)先用戶集合的判斷公式為2".argmaxc(!"，其中，門(mén)限值"的取值范圍是[O,l],argmaxc(!')表示從總用戶集合5*中選取c(,)值最大的用戶序號(hào)；如果只考慮最優(yōu)化用戶的總傳輸速率，則資源調(diào)度準(zhǔn)則c(fc)是由下述兩種用戶的信道矩陣的函數(shù)式來(lái)表示其中，^表示第/r個(gè)用戶的信道向量，且該信道向量同時(shí)包含大尺度衰落和小尺度衰落的影響，IM表示求信道向量&的2-范數(shù)；或4)=肌％，其中，ffl^為第/:個(gè)用戶的接收信號(hào)干擾噪聲比；如果同時(shí)兼顧最優(yōu)化用戶的總傳輸速率和用戶公平性，則該資源調(diào)度準(zhǔn)則c(W包含用戶的信道質(zhì)量因子和公平性因子；此時(shí)的調(diào)度準(zhǔn)則cW的函數(shù)式為cW="4(,)i。g(i+^^|2),其中，尸表示總發(fā)射功率，M表示基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，&表示第々個(gè)用戶的信道向量，1IM表示求信道向量&的2-范數(shù)，"^)是第yt個(gè)用戶在z時(shí)刻的比例公平因子卜丄其中，^表示比例公平調(diào)度的平均時(shí)間窗的時(shí)長(zhǎng)，^表示/時(shí)刻基站調(diào)度的用戶集合，A(&力表示第A:個(gè)用戶在f時(shí)刻的傳輸速率。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述固定用戶數(shù)法的具體操作內(nèi)容如下對(duì)總用戶集合中的每個(gè)用戶，先按照其資源調(diào)度準(zhǔn)則cw的數(shù)值大小進(jìn)行排序，再選擇前m個(gè)用戶構(gòu)成優(yōu)先用戶集合；m為常凄t,或設(shè)置為總用戶數(shù)的一個(gè)比例值；所述門(mén)限和固定用戶數(shù)聯(lián)合法是先對(duì)總用戶集合中的每個(gè)用戶按其cw數(shù)值大小進(jìn)行排序后，選擇前w個(gè)用戶，再?gòu)脑搘個(gè)用戶中選出c(/t)數(shù)值大于axargmax力)tr、J乂卞J廠，將其標(biāo)識(shí)為優(yōu)先用戶。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(3)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(31)初始化分別設(shè)置協(xié)作用戶組為空集、候選用戶集合為總用戶集合和用戶計(jì)數(shù)器—l;(32)對(duì)候選用戶集合中的每個(gè)用戶，按照下述公式分別計(jì)算其信道向量A,在(g(D,…,g(,-,))生成的空間上投影的正交分量￡》%"g(/)，其中，自然數(shù)/:是用戶序號(hào)，gu)表示第J步迭代選出的用戶信道向量在前0-1)步迭代選出的信道向量空間上投影的正交分量，g(/表示信道向量g(力的共軛轉(zhuǎn)置，|&,,|表示求信道向量g(力的2-范數(shù)；且當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器/=1時(shí)，(33)當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器卜l時(shí)，從優(yōu)先用戶集合中選出cot)值最大的用戶，記做一)；當(dāng)用戶計(jì)數(shù)器i〉l時(shí)，從候選用戶集合中選出l&ll值最大的用戶，記做,;,為協(xié)作用戶組的第/個(gè)用戶，將第Z步的正交分量^賦值為g,，擴(kuò)展協(xié)作用戶組的向量空間；(34)判斷該協(xié)作用戶組中的用戶數(shù)是否小于基站的發(fā)射天線個(gè)數(shù)，如果是，先計(jì)算候選用戶集合中每個(gè)用戶的信道向量與g(。的夾角，并刪除候選用戶集合中所述夾角小于預(yù)設(shè)門(mén)限值的用戶，以保證信道間的正交性能；此時(shí)，判斷候選用戶集合是否不為空，如果是，則用戶計(jì)數(shù)器/加1,返回執(zhí)行步驟(32)的操作，否則，執(zhí)行后續(xù)步驟操作；(35)將該協(xié)作用戶組作為包含有優(yōu)先用戶的第個(gè)協(xié)作用戶組。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(5)中，所述加權(quán)總速率的計(jì)算表示式是根據(jù)需要優(yōu)化的用戶特性來(lái)設(shè)定的，如果只優(yōu)化總傳輸速率，則加權(quán)總速率w的計(jì)算公式為w=^>t(s),式中，^表示已經(jīng)構(gòu)成的第《個(gè)協(xié)作用戶組，^(w表示基站為協(xié)作用戶組&中所有用戶同時(shí)服務(wù)時(shí)，第A個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的傳輸速率；如果要兼顧總傳輸速率和用戶公平性進(jìn)行調(diào)度，則加權(quán)總速率的計(jì)算公式為w=JX(,風(fēng)(&，,)，式中，A(,)是第A個(gè)用戶在f時(shí)刻的比例公平因子，&表*〔&示已經(jīng)構(gòu)成的第"個(gè)協(xié)作用戶組，a(&力表示在,時(shí)刻基站為協(xié)作用戶組s中所有用戶同時(shí)服務(wù)時(shí)，第A個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的傳輸速率。全文摘要一種用于多天線系統(tǒng)的下行多用戶選擇方法，定義了總用戶集合、優(yōu)先用戶集合和候選用戶集合；基站從優(yōu)先用戶集合選出權(quán)值最大的用戶作為首用戶，再通過(guò)迭代過(guò)程，從候選用戶集合中選擇在已選用戶信道向量生成空間上投影的正交分量最大的用戶，構(gòu)成協(xié)作用戶組；更新優(yōu)先用戶集合，繼續(xù)迭代，形成新的協(xié)作用戶組，直到優(yōu)先用戶集合為空。再?gòu)囊褬?gòu)成的所有協(xié)作用戶組中選出權(quán)值總和最大的用戶組作為基站調(diào)度時(shí)的目標(biāo)用戶組。該方法在保證較低的計(jì)算復(fù)雜度基礎(chǔ)上，更好地利用多用戶分集增益，提高調(diào)度算法的性能，既充分利用多用戶信道特性，又兼顧用戶的其他特性。文檔編號(hào)H04W28/16GK101557611SQ20091008452公開(kāi)日2009年10月14日申請(qǐng)日期2009年5月15日優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日發(fā)明者通周,彭木根,王文博申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)