專利名稱：協(xié)作多點(diǎn)mimo傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中的用戶調(diào)度技術(shù)，特別是涉及協(xié)作多點(diǎn)多輸入多輸 出(MIM0)傳輸中的低反饋量用戶調(diào)度方法，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
在未來(lái)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，全頻復(fù)用通常被采用以獲得高頻譜效率，而由此帶來(lái)的小 區(qū)間干擾將成為進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能的主要瓶頸之一。除了各種干擾抑制技術(shù)，最 近一種協(xié)作多點(diǎn)傳輸(CoMP)的設(shè)計(jì)思想引起工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。多基站 相干傳輸是一種典型的協(xié)作多點(diǎn)傳輸方案，它通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)多基站之間的發(fā)射信 號(hào)，能夠?qū)⑿^(qū)間干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為期望信號(hào)，從而極大地提高小區(qū)平均吞吐量和小 區(qū)邊緣用戶吞吐量。相干多點(diǎn)協(xié)作傳輸系統(tǒng)與單小區(qū)多用戶多輸入多輸出(MIM0) 的一個(gè)主要區(qū)別在于前者在進(jìn)行發(fā)射方案設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮單基站功率約束。文獻(xiàn)"A, T"olli and M. Codreanu and M. Juntti, "Cooperative MIM0-0FDM cellular system with soft handover between distributed base station antennas, " IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 7, pp. 1428 - 1440, Apr. 2008."中采用凸優(yōu) 化方法設(shè)計(jì)了基于單基站功率約束的最優(yōu)線性波束形成方案。為了降低計(jì)算復(fù)雜 度，文獻(xiàn)"M. K. Karakayal丄，G. J. Foschini， and R. A. Valenzuela, "Network coordination for spectrally efficient conimuni cat ions in cellular systems," IEEE Wireless Commun. Mag., vol, 13, pp. 56-61, Aug. 2006."中提出了次 優(yōu)的迫零波束形成方案(ZFBF),并被廣泛用于對(duì)各種協(xié)作多點(diǎn)傳輸方案進(jìn)行性能 分析和評(píng)估。
除了發(fā)射波束形成方案，多用戶調(diào)度也對(duì)CoMP系統(tǒng)性能具有重要的影響。通 過(guò)多用戶調(diào)度，位于不同小區(qū)的多個(gè)用戶將被選擇，并由多個(gè)協(xié)作基站共同服務(wù)。 如果將CoMP系統(tǒng)看作一個(gè)更大的單小區(qū)多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)即MIMO系統(tǒng)，那 么現(xiàn)有的多用戶調(diào)度方案可以直接應(yīng)用。但是，CoMP系統(tǒng)與單小區(qū)多用戶系統(tǒng)具有 本質(zhì)區(qū)別的的信道特征，我們稱之為CoMP系統(tǒng)的信道非對(duì)稱特性。具體而言，在 單小區(qū)系統(tǒng)中，每個(gè)用戶與基站每個(gè)天線之間的信道具有相同的平均能量；而在 CoMP系統(tǒng)中，每個(gè)用戶到不同基站之間的信道具有不同的平均能量。這種非對(duì)稱信 道特性將會(huì)對(duì)CoMP系統(tǒng)性能產(chǎn)生重大的影響，同時(shí)也提供了進(jìn)一歩提高多用戶調(diào) 度性能的可能。如果協(xié)作基站已知其所服務(wù)小區(qū)內(nèi)所有用戶的信道信息，則CoMP系統(tǒng)的多用戶分集增益將從單小區(qū)的O(logk>g/0增加為WV^)，其中if是系
統(tǒng)服務(wù)的總用戶數(shù)。同時(shí)，由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，在CoMP系統(tǒng)中獲取發(fā)射端 信道狀態(tài)信息(CSIT)會(huì)導(dǎo)致巨大的上行反饋開(kāi)銷。在本文，我們將利用CoMP系 統(tǒng)信道的非對(duì)稱性來(lái)減小多用戶調(diào)度對(duì)CSIT反饋的需求，從而降低系統(tǒng)反饋開(kāi)銷。
如果將CoMP系統(tǒng)看作一個(gè)更大的單小區(qū)多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)即MIM0系 統(tǒng)，那么現(xiàn)有的多用戶調(diào)度方案可以直接應(yīng)用?，F(xiàn)有的關(guān)于單小區(qū)多用戶MIMO系 統(tǒng)的多用戶調(diào)度方法的研究指出，信道方向信息和信道質(zhì)量信息是獲取多用戶分集 的必要信息，而且信道質(zhì)量信息應(yīng)是信干噪比信息而不僅僅是信道模值信息。這意 味著當(dāng)多個(gè)基站協(xié)作挑選服務(wù)用戶時(shí)，最優(yōu)的用戶調(diào)度方案需要基站獲知全部用戶 的完整信道狀態(tài)信息(CSIT)，這往往需要通過(guò)用戶端估計(jì)自身與所有協(xié)作小區(qū)基 站之間的信道、并進(jìn)行上行反饋才能實(shí)現(xiàn)，將帶來(lái)極大的反饋開(kāi)銷。
本發(fā)明將針對(duì)采用ZF-BF的下行協(xié)作預(yù)編碼，利用CoMP系統(tǒng)信道的非對(duì)稱性 設(shè)計(jì)低反饋量的用戶調(diào)度方法。在調(diào)度完成之后，協(xié)作基站將采用ZFBF對(duì)所調(diào)度 用戶進(jìn)行協(xié)作傳輸。雖然ZFBF要求所調(diào)度用戶反饋準(zhǔn)確的CSIT，但是由于所調(diào)度 用戶數(shù)在所有用戶中只占很小的比例，因此上行反饋開(kāi)銷被有效地降低。
發(fā)明內(nèi)容
1、 目的
本發(fā)明的目的是為了提供協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法， 該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，它是針對(duì)采用ZF-BF的下行協(xié)作預(yù)編碼，提出低反 饋量的用戶調(diào)度方法。該方法首先是基于信道模值反饋的用戶調(diào)度(Channel Norm-based User Scheduling, MJS)。在此基礎(chǔ)上，它還提出了無(wú)需反饋信道瞬 時(shí)模值的、基于用戶大尺度信道的用戶調(diào)度(以下簡(jiǎn)稱Large Scale),從而進(jìn)一步 降低反饋量。此外，本發(fā)明還提出了基于其它協(xié)作小區(qū)的信道模值和本小區(qū)完整信 道信息的調(diào)度算法(以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ocal-NUS)以及基于用戶大尺度信道和本小區(qū)完 整信道信息的調(diào)度算法(以下簡(jiǎn)稱Local-Large Scale)。
2、 技術(shù)方案
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下
考慮M個(gè)小區(qū)協(xié)作的系統(tǒng)，每個(gè)小區(qū)包含一個(gè)天線數(shù)為TV,的基站和k個(gè)均勻分布
在小區(qū)內(nèi)的用戶，網(wǎng)絡(luò)配置可以用(m,a^,a:)來(lái)表示。
用^表示小區(qū)m內(nèi)的第/t個(gè)用戶的序號(hào)，則有 ^e^:(w-+ = 定義C'xww'表示維數(shù)為lxMV,的矩陣集合，用
戶L的下行信道向量用、=[h,…h(huán),^]W'表示，其中、eC隨'表示從第"
8頁(yè)
水
基站到用戶^的信道向量，n = l,...,M,圖2給出CoMP系統(tǒng)下用戶信道示意圖。
協(xié)作基站采用迫零波束形成方案即采用ZF-BF實(shí)現(xiàn)下行協(xié)作多用戶MIMO傳輸?？?慮協(xié)作多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)即CoMP系統(tǒng)信道的非對(duì)稱特性，即不同協(xié)作基站到同一用戶的 平均信道能量不同，我們?cè)诶碚摲治雒總€(gè)候選用戶的信道矢量到已選用戶信道矢量 所組成的空間的正交投影模值和角度上界的基礎(chǔ)上，提出了以下基于信道瞬時(shí)模 值、統(tǒng)計(jì)模值、以及基于本小區(qū)全部信道和其他協(xié)作小區(qū)信道模值的調(diào)度方案。
若以和數(shù)據(jù)率最大為準(zhǔn)則，那么僅有小區(qū)中心的用戶能被服務(wù)，而采用CoMP 的目的之一就是為了提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。
考慮到用戶公平性，我們把用戶調(diào)度方案與具有短期公平性的機(jī)會(huì)輪詢調(diào)度 (0RS方案)結(jié)合。ORS方案類似于輪詢調(diào)度，區(qū)別在于輪詢?cè)诒ＷC所有用戶被服務(wù)
的原則下隨機(jī)選取被服務(wù)用戶，而ORS優(yōu)先選擇信道條件較好的用戶，已服務(wù)的用
戶在其他用戶未被服務(wù)時(shí)將暫不列入挑選對(duì)象。 1、 基于信道模值反饋的用戶調(diào)度方案即而S方案
分別用叾和《表示第/次迭代后可調(diào)度用戶的編號(hào)集合和第/次迭代用戶的調(diào) 度結(jié)果，其中B"min(MV,，,)，由此S 未迭代時(shí)的用戶編號(hào)集合 為7;={1,2,...，1//^ ?；谛诺滥Ｖ捣答伒挠脩粽{(diào)度包含以下步驟
歩驟一初始化。選擇信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶
& = arg max
令《=
，/ = 1
步驟二當(dāng)/^min(MV,，MO時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下
其中cosPS-
Zh, J . h、
2 h"" 、|S h.、rt
， /< 是不同用戶之間信道角度余弦值的上
限。e為角度門限，門限值選取對(duì)系統(tǒng)性能有影響<當(dāng)7;=- (空集合)時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用 戶信道向量所張成子空間上投影值的上界《，并選擇具有最大《1的用戶
=argmax、
其中<formula>formula see original document page 10</formula>， u表示取兩集合的并集。
步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將 本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從步驟(l)開(kāi)始新一輪迭代選 用戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則向基站重新反饋信道模值信息，并將可選用戶集
合重置為全部用戶。
2、 基于用戶大尺度信道的用戶調(diào)度方案即Large Scale方案-
定義j^ ^1…LJeC表示用戶^的下行大尺度信道向量，其中^"表
示從第"個(gè)基站到用戶^的大尺度信道，是一個(gè)標(biāo)量，n = l，...,M。用戶的大尺度
信道由用戶的位置決定，在短期之內(nèi)變化不大，不需要頻繁更新信道信息，同時(shí)大 尺度信道信息是個(gè)標(biāo)量，同真實(shí)信道反饋相比大大降低了反饋量。
基于用戶信道模值的用戶調(diào)度包含以下步驟-
步驟一初始化。選擇用戶大尺度信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶-
<formula>formula see original document page 10</formula>令《=W， / = 1
步驟二當(dāng)/^min(MV,，M:)時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下:其中cos",, 《，M,是不同用戶之間大尺度信道角度余弦
值的上限。e為角度門限，門限值選取對(duì)系統(tǒng)性能有影響。
當(dāng)7;=》(空集合)時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用
戶大尺度信道向量所張成子空間上投影值的上界《，并選擇具有最大《^的用戶:
,"6
M/H —
其中《=mhf
<formula>formula see original document page 11</formula>
S+1=SUh+I}， / = / + i， u表示取兩集合的并集。
步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將 本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從步驟一開(kāi)始新一輪迭代選用 戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則將可選用戶集合重置為全部用戶，用戶的大尺度信 道變化不快，可以令基站在幾次調(diào)度之后更新大尺度信道信息。
3、 基于其它協(xié)作小區(qū)的信道模值和本小區(qū)完整信道信息的用戶調(diào)度方案即 Local-NUS方案
我們考慮在模值反饋的基礎(chǔ)上加入本小區(qū)真實(shí)信道向量的反饋。當(dāng)基站端獲知 部分真實(shí)信道時(shí)調(diào)度用戶的流程與圖S相同，只需要修改對(duì)應(yīng)的余弦值上限A二和
投影上界v^^的表達(dá)式。
用戶L處在小區(qū)w內(nèi)，故此時(shí)信道的已知部分為h,^,，余弦值上限^二和投
影上界v^^為
<formula>formula see original document page 11</formula>1 +
厶
2K " 、Eh "
基站獲知本小區(qū)的全部信道信息可以使得上限值更接近真實(shí)值，從而提高系統(tǒng)性
能。該調(diào)度方案包含以下步驟
步驟一初始化。選擇信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶
& = arg max
令s
，/=i
步驟二當(dāng)/Smin(MV,，M)時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下
其中^:如上定義，是不同用戶之間信道角度余弦值的上限。e為角度門限，門限 值選取對(duì)系統(tǒng)性能有影響。
當(dāng)7;=- (空集合)時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用
戶信道向量所張成子空間上投影值的上界v^'，并選擇具有最大《t的用戶-
=argrxmx、
'Am "
其中v;二如上定義，s+,-su^,+3， /=/+i， u表示取兩集合的并集。
步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將 本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從步驟一幵始新一輪迭代選用 戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則基站更新用戶的信道模值信息與本小區(qū)真實(shí)信道信 息，將可選用戶集合重置為全部用戶。
4、 基于用戶大尺度信道和本小區(qū)完整信道信息的用戶調(diào)度方案即 Local-Large Scale方案
在Large Scale方案的基礎(chǔ)上增加本小區(qū)完整信道信息反饋，該方案將在吞吐 量性能方面比Large Scale方案大大改善，這種改善是以增加系統(tǒng)反饋量為代價(jià)。
12當(dāng)基站端獲知部分真實(shí)信道時(shí)調(diào)度用戶的流程與Large Scale方案相同，只需 要修改對(duì)應(yīng)的余弦值上限//,,和投影上界v^,的表達(dá)式。
用戶^處在小區(qū)m內(nèi)，故此時(shí)信道的已知部分為h,^,;設(shè)已選用戶s,所在/J 區(qū)為//,，則準(zhǔn)確信道h^已知。余弦值上限/^、和投影上界v^,為
《=min—
,2
+ 2( hh。
、m
&,附，
)]
+
w/，厶 w"
步驟一初始化。選擇用戶大尺度信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶:
A = arg max
步驟二當(dāng)/^min(MV;，A^)時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下
其中/z,:如上定義，是不同用戶之間信道角度余弦值的上限。s為角度門限，門限 值選取對(duì)系統(tǒng)性能有影響。
當(dāng)7;=》(空集合)時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束； 則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用
戶信道向量所張成子空間上投影值的上界V〗L ，并選擇具有最大V〗二的用戶
其中《L如上定義，S+,=SUk+,}， / = / + 1， u表示取兩集合的并集。步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將 本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從步驟一開(kāi)始新一輪迭代選用 戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則由基站重新更新本小區(qū)真實(shí)信道信息，用戶的大尺 度信道變化不快，可以在幾次調(diào)度之后更新大尺度信道信息，同時(shí)將可選用戶集合 重置為全部用戶。
3、優(yōu)點(diǎn)及功效
l反饋量
本發(fā)明提出的用戶調(diào)度方案是低反饋量的調(diào)度方案。在單小區(qū)多用戶MIM0系 統(tǒng)中，和數(shù)據(jù)率最大的最優(yōu)調(diào)度方案為貪婪調(diào)度(Greedy User Selection, GUS)， 用戶調(diào)度需要反饋全部的瞬時(shí)信道信息，這將帶來(lái)很大的反饋開(kāi)銷。本發(fā)明提出的 四種方案Local-NUS、 Local-Urge Scale、 NUS和Large Scale都具有較低的反饋
量o
假設(shè)每個(gè)實(shí)數(shù)采用abit量化，網(wǎng)絡(luò)配置如前所述用(M，A^,尺)來(lái)表示?？梢杂?jì) 算出Local-NUS方案的單次反饋量?jī)H為GUS的^-1 + W,x2;而NUS的反饋量則降
至GUS的^~。 TV, x2
盡管Large Scale方案在單次反饋時(shí)的反饋量與NUS沒(méi)有差別，但由于大尺度 衰落主要取決于用戶位置，在一幀結(jié)束時(shí)用戶位置幾乎無(wú)變化，無(wú)需每幀反饋信道 信息，可每隔若干幀再反饋一次大尺度衰落值，因而其所需的反饋量將大大降低。
Local-Large Scale的反饋量小于Local-NUS，除了每隔幾幀反饋大尺度衰落 值外還需每幀反饋本小區(qū)完整信道信息。
2性能
本發(fā)明提出了多小區(qū)協(xié)作下行傳輸?shù)乃姆N低反饋量用戶調(diào)度方案，可以在調(diào)度 性能與反饋量之間進(jìn)行折中。依據(jù)所需反饋量的大小，所提出的低反饋量用戶調(diào)度 方法分別基于如下的反饋方案基于瞬時(shí)信道的模值反饋(NUS)、用戶本小區(qū)內(nèi)全 部的信道信息+其他小區(qū)的瞬時(shí)信道的模值反饋(Local-NUS)、用戶本小區(qū)內(nèi)全部 的信道信息+其他小區(qū)的平均信道的模值反饋(Ucal-Large Scale)、以及基于平 均信道的模值反饋(Large Scale)。
基于瞬時(shí)信道模值反饋的NUS方案比不協(xié)作時(shí)的吞吐量性能有很大的提升。當(dāng)考慮用戶本小區(qū)內(nèi)全部的信道信息后，小區(qū)基站天線數(shù)大于1時(shí)Local-NUS方案的 性能明顯優(yōu)于基于瞬時(shí)信道模值反饋的NUS方案。與NUS方案相比，Large Scale 反饋方案大大降低了反饋量，同時(shí)沒(méi)有太大的性能損失；在此基礎(chǔ)上加入本小區(qū)內(nèi) 完整信道信息反饋后，Local-Large Scale反饋方案可以進(jìn)一歩改善只采用大尺度 衰落信道信息反饋時(shí)系統(tǒng)的性能。
(四)
圖1為NUS方案的調(diào)度流程
圖2為CoMP系統(tǒng)下編號(hào)為i的用戶信道示意圖
圖3為NUS與Local-NUS小區(qū)用戶平均吞吐量
圖4為NUS與Local-NUS小區(qū)邊緣用戶吞吐量
圖5為NUS與Large Scale小區(qū)用戶平均吞吐量
圖6為NUS與Large Scale小區(qū)邊緣用戶吞吐量
圖中符號(hào)說(shuō)明如下
hH表示協(xié)作小區(qū)中編號(hào)為1的小區(qū)基站到用戶i的信道； h,2表示協(xié)作小區(qū)中編號(hào)為2的小區(qū)基站到用戶i的信道；
h,3表示協(xié)作小區(qū)中編號(hào)為3的小區(qū)基站到用戶i的信道；
al表示小區(qū)間不協(xié)作的用戶吞吐量； a2表示NUS方案的用戶吞吐量； a3表示Local-而S方案的用戶吞吐量；a4表示全真實(shí)信道反饋的GUS方案 的用戶吞吐量；
bl 表示Large Scale方案的用戶吞吐量；b2 表示Local-Large Scale方案 的用戶吞吐量；b3表示Local-NUS方案的用戶吞吐量。
(五)
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了協(xié)作多點(diǎn)傳輸中的低反饋量用戶調(diào)度方法，它的基本思想是在協(xié) 作基站采用ZF-BF實(shí)現(xiàn)下行協(xié)作多用戶MIMO傳輸?shù)膱?chǎng)景下，考慮CoMP系統(tǒng)信道的 非對(duì)稱特性，即不同協(xié)作基站到同一用戶的平均信道能量不同，我們?cè)诶碚摲治雒?個(gè)候選用戶的信道矢量到已選用戶信道矢量所組成的空間的正交投影模值和角度 上界的基礎(chǔ)上，提出了兩種基于統(tǒng)計(jì)模值以及基于本小區(qū)全部信道和其他協(xié)作小區(qū) 信道模值的調(diào)度方案。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
通過(guò)matlab軟件平臺(tái)仿真算法性能。仿真參數(shù)設(shè)置主要基于"3GPP TSGRANand TR 25. 814 v7. 1. 0， "Physical layer aspects for evolved UTRA, " S印t. 2006."。 具體而言，考慮相鄰基站間距為1 km,信道帶寬為10 MHz,基站的最大發(fā)射功率 為40 W，天線增益為14 dBi,路徑損耗指數(shù)為3.76，陰影衰落的標(biāo)準(zhǔn)差為8 dB， 1 m處的參考路徑損耗值為36.3 dB，用戶到基站的最小距離為35 m。所有用戶隨 機(jī)均勻分布于小區(qū)內(nèi)，用戶端的噪聲系數(shù)為9dB。在每次用戶散布中，小尺度信道 建模為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立同分布的瑞利衰落信道。所有仿真結(jié)果均通過(guò)IOO次用戶散布平均 而得。
圖1為基于信道模值反饋用戶調(diào)度方案的流程圖，以NUS方案為例說(shuō)明本發(fā)明 的低反饋量用戶調(diào)度方案的流程。如圖1所示，本發(fā)明一種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中 的低反饋量多用戶調(diào)度方法，主要包括如下步驟
步驟一從可調(diào)度用戶集合中挑選信道條件最好的用戶，即信道模值最大的用戶。
將已調(diào)度用戶從可調(diào)度用戶集合中刪除。 / = 1。
步驟二 一次迭代選用戶過(guò)程應(yīng)當(dāng)滿足總的調(diào)度用戶數(shù)小于系統(tǒng)自由度(即 /《min(MV,，,))，從可調(diào)度用戶集合中選取同己調(diào)度用戶信道矢量空間夾角滿足 門限限制的用戶。
a計(jì)算本輪迭代選用戶過(guò)程可調(diào)度用戶集合7;如下
值的上限。e為角度門限，門限值選取對(duì)系統(tǒng)性能有影響，我們一般以使邊緣用戶
3h",,,"'lh
16數(shù)據(jù)率最高為原則，在不同的網(wǎng)絡(luò)配置下角度門限值選擇不同，比如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置為 8個(gè)小區(qū)，每小區(qū)5個(gè)用戶，基站天線數(shù)為l時(shí)，取角度門限e為0.6;網(wǎng)絡(luò)配置為 2個(gè)小區(qū)，每小區(qū)20個(gè)用戶，基站天線數(shù)為4時(shí)，取角度門限為0.9。
b判斷可調(diào)度用戶集合是否是空集，當(dāng)7;=^ (空集合)時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；
否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用戶信道向量所張成子空間上投影值的上界
V^,，并選擇具有最大V-的用戶
Z(llh'","
h
+
h
《h,w
h
其中《=min-
A/
c判斷具有最大v;l的用戶是否使得系統(tǒng)的和數(shù)據(jù)率減小，若減小即停止本輪
迭代選用戶過(guò)程，將本輪所選擇用戶從可調(diào)度用戶集合中刪除；若增加則將具有最 大《二的用戶存A本輪迭代選用戶己調(diào)度用戶集合，
這里，表示兩個(gè)集合的并集運(yùn)算。
d若本輪迭代選用戶過(guò)程未結(jié)束，則重復(fù)歩驟二的a、 b，直到以下三個(gè)條件有
一個(gè)滿足即停止選用戶過(guò)程U)具有最大《L的用戶使得系統(tǒng)的和數(shù)據(jù)率減小；(2)
可調(diào)度用戶集合為空集；(3)本輪迭代選用戶過(guò)程已選擇用戶數(shù)量已達(dá)系統(tǒng)自由度。 本輪迭代過(guò)程結(jié)束即由基站服務(wù)所選擇用戶。
步驟三本輪迭代選用戶過(guò)程結(jié)束，將已調(diào)度用戶從可調(diào)度用戶集合中刪除， 判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)的所有用戶都已被調(diào)度，即可調(diào)度用戶集合是否為空集，如果 是則基站更新所有用戶的信道信息，包括上行反饋和信道估計(jì)，將可調(diào)度用戶集合 重置為協(xié)作小區(qū)內(nèi)的全部用戶，從步驟一開(kāi)始進(jìn)行迭代選用戶過(guò)程；如果尚有用戶 未被調(diào)度，則直接從步驟一開(kāi)始進(jìn)行新一輪迭代選用戶過(guò)程。
圖2為NUS與Local-NUS小區(qū)用戶平均吞吐量；圖3為NUS與Local-NUS小區(qū)邊 緣用戶吞吐量；圖4為NUS與Large Scale小區(qū)用戶平均吞吐量；圖5為NUS與 Large Scale小區(qū)邊緣用戶吞吐量。實(shí)踐證明，本方法具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用 刖景。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法，其特征在于該方法采用基于信道模值反饋的用戶調(diào)度方案即NUS方案；分別用 id="icf0001" file="A2009100896300002C1.tif" wi="4" he="4" top= "46" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和Sl表示第l次迭代后可調(diào)度用戶的編號(hào)集合和第l次迭代用戶的調(diào)度結(jié)果，其中1≤l≤min(MNt，MK)，由此Sl＝{s1，...，sl)，未迭代時(shí)的用戶編號(hào)集合為 id="icf0002" file="A2009100896300002C2.tif" wi="32" he="6" top= "67" left = "29" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>基于信道模值反饋的用戶調(diào)度方案包含以下步驟步驟一初始化，選擇信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶令S1＝{s1)，l＝1。步驟二當(dāng)l≤min(MNt，MK)時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合 id="icf0004" file="A2009100896300002C4.tif" wi="3" he="4" top= "119" left = "133" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>如下其中<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>cos</mi><mi>θ</mi><mo>≤</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub><mi>n</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>·</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub><mi>n</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mrow><msqrt> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>M</mi> </munderover> <msub><msup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub><mi>n</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msub></msqrt><mo>·</mo><msqrt> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>M</mi> </munderover> <msup><mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <msub><mi>h</mi><mrow> <msub><mi>s</mi><mi>l</mi> </msub> <mi>n</mi></mrow> </msub> <mo>|</mo> <mo>|</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt> </mrow></mfrac><mo>=</mo><msubsup> <mi>μ</mi> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub> </mrow> <mi>ub</mi></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0006" file="A2009100896300002C6.tif" wi="66" he="22" top= "146" left = "33" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths> id="icf0007" file="A2009100896300002C7.tif" wi="6" he="5" top= "154" left = "101" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>是不同用戶之間信道角度余弦值的上限，ε為角度門限；當(dāng) id="icf0008" file="A2009100896300002C8.tif" wi="10" he="4" top= "184" left = "39" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用戶信道向量所張成子空間上投影值的上界 id="icf0009" file="A2009100896300002C9.tif" wi="8" he="5" top= "194" left = "80" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>并選擇具有最大 id="icf0010" file="A2009100896300002C10.tif" wi="6" he="5" top= "194" left = "122" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的用戶其中<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>v</mi> <mrow><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub> </mrow> <mi>ub</mi></msubsup><mo>=</mo><munder> <mi>min</mi> <mi>i</mi></munder><mfrac> <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <munder><mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mrow> <mi>j</mi> <mo>≠</mo> <mi>n</mi></mrow> </munder> <mi>M</mi></munderover><msup> <mrow><mo>(</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub><mi>n</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>·</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub><mi>j</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>+</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>i</mi> <mi>km</mi></msub><mi>j</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>·</mo><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub><mi>n</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><mrow> <mo>(</mo> <msup><mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <msub><mi>h</mi><mrow> <msub><mi>i</mi><mi>km</mi> </msub> <mi>j</mi></mrow> </msub> <mo>|</mo> <mo>|</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>·</mo> <msup><mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <msub><mi>h</mi><mrow> <msub><mi>s</mi><mi>l</mi> </msub> <mi>j</mi></mrow> </msub> <mo>|</mo> <mo>|</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>2</mn><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><msup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>h</mi> <mrow><msub> <mi>s</mi> <mi>l</mi></msub><mi>j</mi> </mrow></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0012" file="A2009100896300002C12.tif" wi="113" he="25" top= "221" left = "44" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>Sl+1＝Sl∪{sl+1}，l＝l+1，∪表示取兩集合的并集；步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從步驟一開(kāi)始新一輪迭代選用戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則向基站重新反饋信道模值信息，并將可選用戶集合重置為全部用戶。
2. —種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法，其特征在于該方法 采用基于用戶大尺度信道的用戶調(diào)度方案即Large Scale方案定義5、 4、,…UeC,表示用戶^的下行大尺度信道向量，其中^ 表示從第"個(gè)基站到用戶^的大尺度信道，是一個(gè)標(biāo)量，"=1，...,M;用戶的大尺度信道由用戶的位置決定，在短期之內(nèi)變化不大，不需要頻繁更新信道信息，同時(shí)大 尺度信道信息是個(gè)標(biāo)量，同真實(shí)信道反饋相比大大降低了反饋量；基于用戶信道模值的用戶調(diào)度基于用戶大尺度信道的用戶調(diào)度方案，包含以下 步驟步驟一初始化，選擇用戶大尺度信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶-& = arg max令S, ={^}， / = 1。 步驟二當(dāng)/^min(MV,，MO時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7如下w —、〃 |i「iW ., ,.、 f JW ., .，廣、"V ' 廣、",'V '其中cos"^f^_)-■-《,，/< 是不同用戶之間大尺度信道角=1度余弦值的上限，s為角度門限；當(dāng)7;=^時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用戶大尺度信 道向量所張成子空間上投影值的上界K:，并選擇具有最大^:i的用戶<formula>formula see original document page 4</formula><S,+1=SUp,+1}， / = / + 1， U表示取兩集合的并集；步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將 本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從歩驟一開(kāi)始新一輪迭代選用 戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則將可選用戶集合重置為全部用戶，用戶的大尺度信 道變化不快，可以令基站在幾次調(diào)度之后更新大尺度信道信息。
3. —種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法，其特征在于該方法釆用基于其它協(xié)作小區(qū)的信道模值和本小區(qū)完整信道信息的用戶調(diào)度方案即 Local-NUS方案，其歩驟如下考慮在模值反饋的基礎(chǔ)上加入本小區(qū)真實(shí)信道向量的反饋，當(dāng)基站端獲知部分 真實(shí)信道時(shí)調(diào)度用戶的流程與NUS方案相同，只需要修改對(duì)應(yīng)的余弦值上限A二和投影上界^^的表達(dá)式；用戶4,，,處在小區(qū)m內(nèi)，故此時(shí)信道的已知部分為h,",，余弦值上限^,和投影上界v;^為:<formula>formula see original document page 4</formula>基站獲知本小區(qū)的全部信道信息可以使得上限值更接近真實(shí)值，從而提高系統(tǒng)性 能。該調(diào)度方案包含以下步驟-步驟一初始化，選擇信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶A = arg max步驟二當(dāng)/^min(MV,，皿)時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下其中/《.、,如上定義，是不同用戶之間信道角度余弦值的上限，S為角度門限； 當(dāng)7;=^時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用戶信道向量所張成子空間上投影值的上界^;^ ，并選擇具有最大v,;:的用戶=argmaxi《其中《L如上定義，S+,-S,UkJ， / = / + 1， U表示取兩集合的并集；步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從歩驟一開(kāi)始新一輪迭代選用戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則基站更新用戶的信道模值信息與本小區(qū)真實(shí)信道信 息，將可選用戶集合重置為全部用戶。
4. 一種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法，其特征在于該方法采用基于用戶大尺度信道和本小區(qū)完整信道信息的用戶調(diào)度方案即Local-Large Scale方案，其步驟如下當(dāng)基站端獲知部分真實(shí)信道時(shí)調(diào)度用戶的流程與Large Scale方案相同，只需 要修改對(duì)應(yīng)的余弦值上限和投影上界的表達(dá)式。用戶l處在小區(qū)w內(nèi)，信道的己知部分為、, ,;設(shè)己選用戶《所在小區(qū)為/i,， 則準(zhǔn)確信道h、"已知，余弦值上限//:和投影上界1^^為<formula>formula see original document page 6</formula>步驟一初始化，選擇用戶大尺度信道模值最大的用戶作為第一個(gè)用戶:A = arg maxh令5,步驟二當(dāng)/《min(MV,，MO時(shí)，計(jì)算可調(diào)度用戶集合7;如下其中/z," 如上定義，是不同用戶之間信道角度余弦值的上限，S為角度門限;當(dāng)7;=^時(shí)，迭代過(guò)程結(jié)束；否則，計(jì)算每一個(gè)可選用戶在已選用戶信道向量所張成子空間上投影值的上界v:,,，并選擇具有最大《L的用戶Vim,"6其中^^_如上定義，《+1=《Uh+1}， / = / +，U表示取兩集合的并集;步驟三判斷是否協(xié)作小區(qū)內(nèi)所有用戶都已被服務(wù)，若還有用戶未被服務(wù)則將S本輪迭代過(guò)程所選擇的用戶從可選用戶集合中刪除，從歩驟一開(kāi)始新一輪迭代選用戶過(guò)程；若全部用戶已被服務(wù)則由基站重新更新本小區(qū)真實(shí)信道信息，用 戶的大尺度信道變化不快，可以在幾次調(diào)度之后更新大尺度信道信息，同時(shí)將 可選用戶集合重置為全部用戶。
全文摘要
一種協(xié)作多點(diǎn)MIMO傳輸中的低反饋量多用戶調(diào)度方法，有四種方案，即(1)NUS，(2)Large Scale，(3)Local-NUS，(4)Local-Large Scale。分別基于不同的信道反饋信息，具有統(tǒng)一的執(zhí)行過(guò)程。該方法是一種在空間域挑選多個(gè)服務(wù)用戶的調(diào)度方法，并通過(guò)在時(shí)間域上與機(jī)會(huì)輪詢調(diào)度方法相結(jié)合來(lái)保證用戶公平性。它的調(diào)度過(guò)程包括1.初始化，根據(jù)反饋信息選取信道條件最好的用戶為第一個(gè)用戶；2.基于已選用戶，迭代地從剩余用戶中挑選調(diào)度用戶集合，直至滿足給定的停止準(zhǔn)則；3.基于機(jī)會(huì)輪詢調(diào)度方法，將已選用戶消除，重復(fù)執(zhí)行步驟一和步驟二。與基于完整信道信息的協(xié)作調(diào)度方法相比，該方法沒(méi)有太大的性能損失，但顯著地降低系統(tǒng)反饋量；與不協(xié)作系統(tǒng)相比，可以極大地改善系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101621322SQ200910089630
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者楊晨陽(yáng), 笛 蘇, 韓圣千 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)