Mrt預(yù)編碼策略下的多小區(qū)mimo系統(tǒng)用戶調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，該系統(tǒng)中有多個(gè)小區(qū)，小區(qū)的中心基站均配置有大規(guī)模均勻線型天線陣列，各小區(qū)在時(shí)間上交錯(cuò)地傳輸反向鏈路導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)；對(duì)于同一小區(qū)，若干單天線用戶在同一時(shí)頻資源上接受基站服務(wù)；基站采用MRT預(yù)編碼策略，基于目標(biāo)小區(qū)用戶和速率最大化對(duì)用戶進(jìn)行分組。本發(fā)明同時(shí)適用于基站天線數(shù)有限、無(wú)限兩種參數(shù)部署下的無(wú)協(xié)作大規(guī)模MIMO多小區(qū)TDD系統(tǒng)，突破了對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度均在基站天線數(shù)無(wú)窮多這一假設(shè)下研究的瓶頸，便于在實(shí)際可部署系統(tǒng)中進(jìn)行用戶調(diào)度操作，同時(shí)該發(fā)明利用簡(jiǎn)單有限的反饋量實(shí)現(xiàn)出可觀的系統(tǒng)和速率性能。
【專利說(shuō)明】MRT預(yù)編碼策略下的多小區(qū)MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足LTE通信系統(tǒng)高數(shù)據(jù)速率和高系統(tǒng)容量方面的需求，LTE系統(tǒng)支持多天線MMO技術(shù)，包括傳輸分集、空間復(fù)用、波束賦形。在多用戶MMO系統(tǒng)下行鏈路中，由于各個(gè)移動(dòng)臺(tái)之間地理位置上是分散的，移動(dòng)臺(tái)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互協(xié)作，因此不能利用上行鏈路中的接收算法聯(lián)合檢測(cè)出發(fā)射信號(hào)。此時(shí)可以在發(fā)送端對(duì)信道狀態(tài)信息CSI加以利用，采用多用戶MMO系統(tǒng)預(yù)編碼技術(shù)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使各用戶收到不受其他用戶干擾的信號(hào)。隨著智能手機(jī)及各類移動(dòng)終端數(shù)量的巨大增加，在未來(lái)十年中數(shù)據(jù)流量需求預(yù)計(jì)將出現(xiàn)一千倍的增長(zhǎng)，如何滿足系統(tǒng)容量提升需求成為亟待解決的問(wèn)題。作為一種在理論上能夠有效對(duì)抗全局頻率復(fù)用系統(tǒng)中嚴(yán)重小區(qū)間干擾、提升用戶服務(wù)速率的突破性技術(shù)，大規(guī)模MMO TDD系統(tǒng)正在受到越來(lái)越多的關(guān)注及深入研究。在大規(guī)模MMO系統(tǒng)中，基站端部署大量低成本的天線為同一時(shí)頻資源上數(shù)量相對(duì)較少的用戶服務(wù)，僅采用簡(jiǎn)單的預(yù)編碼及隨機(jī)用戶調(diào)度策略即可獲得令人矚目的頻譜效率提升。
[0003]目前，業(yè)界已對(duì)大規(guī)模MMO系統(tǒng)展開廣泛討論與深入研究，有學(xué)者利用大規(guī)模MMO系統(tǒng)具有相關(guān)特性信道的空間能量集中特性，提出了多用戶調(diào)度方案，通過(guò)選擇信道協(xié)方差陣子空間不重疊的用戶來(lái)達(dá)到消除干擾的目的?，F(xiàn)有多小區(qū)大規(guī)模MMO用戶調(diào)度算法是利用空間能量集中特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的，算法中需要通過(guò)用戶分組、下行訓(xùn)練、上行反饋以及較復(fù)雜的兩個(gè)階段的編碼等過(guò)程來(lái)獲得用戶調(diào)度方案，在實(shí)際操作中過(guò)于復(fù)雜。且該算法中用戶需要向基站進(jìn)行信息反饋，不適合大規(guī)模MMO TDD系統(tǒng)。此外，盡管大規(guī)模MMO無(wú)線通信技術(shù)已引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注，但相關(guān)研究工作尚處在起步階段，對(duì)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的各種研究均是圍繞基站天線數(shù)無(wú)窮多這一假設(shè)展開的，而這種假設(shè)往往不能夠在實(shí)際系統(tǒng)搭建中成立，更接近于實(shí)際、更一般的系統(tǒng)模型下如何簡(jiǎn)單有效地進(jìn)行用戶選擇和調(diào)度成為研究的熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法:先在目標(biāo)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取用戶集合作為給定調(diào)度周期的目標(biāo)用戶，其他小區(qū)的用戶隨機(jī)組合，根據(jù)本身的大尺度信道衰落，分別估計(jì)出在目標(biāo)用戶造成的干擾下該組合的反饋值并反饋至基站，基站根據(jù)反饋結(jié)果進(jìn)行用戶選擇和調(diào)度；該方法同時(shí)適用于基站天線數(shù)有限、無(wú)限兩種參數(shù)部署下的無(wú)協(xié)作大規(guī)模M頂O多小區(qū)TDD系統(tǒng)，能夠突破對(duì)大規(guī)模MMO系統(tǒng)用戶調(diào)度均在基站天線數(shù)無(wú)窮多這一假設(shè)下研究的瓶頸，便于在實(shí)際可部署系統(tǒng)中進(jìn)行用戶調(diào)度操作，同時(shí)克服計(jì)算復(fù)雜度難題，利用簡(jiǎn)單有限的反饋量實(shí)現(xiàn)出可觀的系統(tǒng)和速率性能。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，該MIMO系統(tǒng)中有多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的中心基站均配置有大規(guī)模均勻線型天線陣列，各個(gè)小區(qū)在時(shí)間上交錯(cuò)地傳輸反向鏈路導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)；對(duì)于同一個(gè)小區(qū)，若干單天線用戶在同一時(shí)頻資源上接受基站服務(wù)，將用戶按照一定規(guī)則分組，不同用戶組在不同的調(diào)度周期內(nèi)被調(diào)用；基站采用MRT預(yù)編碼策略，基于目標(biāo)小區(qū)用戶和速率最大化對(duì)用戶進(jìn)行分組，具體的調(diào)度方法包括如下步驟:
[0007](I)對(duì)多個(gè)小區(qū)，獲取每個(gè)小區(qū)中所有用戶的大尺度信道衰落因子；
[0008](2)在目標(biāo)小區(qū)中隨機(jī)選取用戶作為該調(diào)度周期的目標(biāo)小區(qū)用戶組，將目標(biāo)小區(qū)用戶組信息反饋到基站；
[0009](3)非目標(biāo)小區(qū)的用戶隨機(jī)組合，有多種隨機(jī)組合方案，在所有可能的用戶組合方案下計(jì)算反饋信息并將計(jì)算結(jié)果反饋到基站；
[0010](4)基站根據(jù)接收到的反饋信息選取非目標(biāo)小區(qū)用戶組，基站將目標(biāo)小區(qū)用戶組和選取出的非目標(biāo)小區(qū)用戶組作為被調(diào)度的用戶組，基站通知被調(diào)度的用戶組準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；基站選取非目標(biāo)小區(qū)用戶組的原則為:在該種非目標(biāo)小區(qū)的用戶組合方案下，目標(biāo)小區(qū)用戶組的和速率最大；
[0011](5)基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MRT預(yù)編碼后傳輸給被調(diào)度的用戶。
[0012]各個(gè)小區(qū)在時(shí)間上交錯(cuò)地傳輸反向鏈路導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，具體為:導(dǎo)頻序列為基站和用戶都已知的信號(hào)，基站收到用戶發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)后，估計(jì)出當(dāng)前時(shí)刻基站與用戶之間的信道系數(shù)，即復(fù)傳輸系數(shù)，基站利用估計(jì)出的復(fù)傳輸系數(shù)對(duì)前向鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行MRT預(yù)編碼以提高系統(tǒng)性能；時(shí)間交替?zhèn)鬏敺桨笇IMO系統(tǒng)中所有小區(qū)組成的集合L ={I, 2,..., L}劃分為個(gè)互不相交的集合A1, A2，…，Am然后在除去反向鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)相干周期內(nèi)，有且僅有一個(gè)集合中的小區(qū)進(jìn)行反向鏈路導(dǎo)頻傳輸，而其余集合中的所有小區(qū)均處于前向鏈路數(shù)據(jù)傳輸階段。
[0013]用戶與基站之間的復(fù)傳輸系數(shù)表示為復(fù)快衰落因子和大尺度信道衰落因子相乘的形式，其中第I個(gè)小區(qū)中的第k個(gè)用戶與第j個(gè)小區(qū)基站天線之間的大尺度信道衰落因子表示為β Jkl; β Jkl表示幾何衰減和陰影衰落的慢衰落系數(shù)，由于頻率、基站天線都是常數(shù)，因此βΛ1在每個(gè)相干時(shí)間內(nèi)都保持不變，無(wú)需更新；而復(fù)快衰落因子是標(biāo)準(zhǔn)復(fù)循環(huán)高斯隨機(jī)變量，即使在相干周期內(nèi)也是隨機(jī)變化的。
[0014]大尺度信道衰落因子

【權(quán)利要求】
1.MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，該MIMO系統(tǒng)中有多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)的中心基站均配置有大規(guī)模均勻線型天線陣列，各個(gè)小區(qū)在時(shí)間上交錯(cuò)地傳輸反向鏈路導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)；對(duì)于同一個(gè)小區(qū)，若干單天線用戶在同一時(shí)頻資源上接受基站服務(wù)，將用戶按照一定規(guī)則分組，不同用戶組在不同的調(diào)度周期內(nèi)被調(diào)用；其特征在于:基站采用MRT預(yù)編碼策略，基于目標(biāo)小區(qū)用戶和速率最大化對(duì)用戶進(jìn)行分組，具體的調(diào)度方法包括如下步驟: (1)對(duì)多個(gè)小區(qū)，獲取每個(gè)小區(qū)中所有用戶的大尺度信道衰落因子； (2)在目標(biāo)小區(qū)中隨機(jī)選取用戶作為該調(diào)度周期的目標(biāo)小區(qū)用戶組，將目標(biāo)小區(qū)用戶組信息反饋到基站； (3)非目標(biāo)小區(qū)的用戶隨機(jī)組合，有多種隨機(jī)組合方案，在所有可能的用戶組合方案下計(jì)算反饋信息并將計(jì)算結(jié)果反饋到基站； (4)基站根據(jù)接收到的反饋信息選取非目標(biāo)小區(qū)用戶組，基站將目標(biāo)小區(qū)用戶組和選取出的非目標(biāo)小區(qū)用戶組作為被調(diào)度的用戶組，基站通知被調(diào)度的用戶組準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；基站選取非目標(biāo)小區(qū)用戶組的原則為:在該種非目標(biāo)小區(qū)的用戶組合方案下，目標(biāo)小區(qū)用戶組的和速率最大； (5)基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MRT預(yù)編碼后傳輸給被調(diào)度的用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，其特征在于:各個(gè)小區(qū)在時(shí)間上交錯(cuò)地傳輸反向鏈路導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，具體為:導(dǎo)頻序列為基站和用戶都已知的信號(hào)，基站收到用戶發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)后，估計(jì)出當(dāng)前時(shí)刻基站與用戶之間的信道系數(shù)，即復(fù)傳輸系數(shù)，基站利用估計(jì)出的復(fù)傳輸系數(shù)對(duì)前向鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行MRT預(yù)編碼以提高系統(tǒng)性能；時(shí)間交替?zhèn)鬏敺桨笇IMO系統(tǒng)中所有小區(qū)組成的集合L= {I, 2,..., L}劃分為Γ個(gè)互不相交的集合A1, A2，…，Ar，然后在除去反向鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿總€(gè)相干周期內(nèi)，有且僅有一個(gè)集合中的小區(qū)進(jìn)行反向鏈路導(dǎo)頻傳輸，而其余集合中的所有小區(qū)均處于前向鏈路數(shù)據(jù)傳輸階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，其特征在于:用戶與基站之間的復(fù)傳輸系數(shù)表示為復(fù)快衰落因子和大尺度信道衰落因子相乘的形式，其中第I個(gè)小區(qū)中的第k個(gè)用戶與第j個(gè)小區(qū)基站天線之間的大尺度信道衰落因子表示為β Jkl ； β Jkl表示幾何衰減和陰影衰落的慢衰落系數(shù)，由于頻率、基站天線都是常數(shù)，因此β Jkl在每個(gè)相干時(shí)間內(nèi)都保持不變，無(wú)需更新；而復(fù)快衰落因子是標(biāo)準(zhǔn)復(fù)循環(huán)高斯隨機(jī)變量，即使在相干周期內(nèi)也是隨機(jī)變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法,其特征在于:大尺度信道衰落因子f，其中I^kl表示第I個(gè)






lJkl小區(qū)中的第k個(gè)用戶到第j個(gè)小區(qū)基站的距離，Y為衰減指數(shù)，Zm是一個(gè)對(duì)數(shù)正態(tài)隨機(jī)變量，即1logltl(ΖΛ1)服從零均值、標(biāo)準(zhǔn)差為σ —的高斯分布，根據(jù)系統(tǒng)場(chǎng)景的不同標(biāo)準(zhǔn)差O shadow 的取值范圍也不一樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MIMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，其特征在于:基站調(diào)度用戶組的準(zhǔn)則是目標(biāo)小區(qū)用戶和速率最大化；設(shè)總共有L個(gè)小區(qū)，第j個(gè)小區(qū)為目標(biāo)小區(qū)，該小區(qū)中所有用戶集合表示為，用戶數(shù)表示為|，從用戶集合％中選出K個(gè)用戶作為當(dāng)前調(diào)度周期內(nèi)目標(biāo)小區(qū)用戶組集合，在其他小區(qū)中選擇用戶的準(zhǔn)則是使得目標(biāo)小區(qū)用戶組集合I;能夠達(dá)到最大的和速率，在其他小區(qū)中每個(gè)小區(qū)選擇的用戶數(shù)也是K ；非目標(biāo)小區(qū)用戶組選擇的步驟如下:對(duì)于第I個(gè)小區(qū)，/ = 1,2,士1，I Φ j，從|li|個(gè)用戶選出K個(gè)用戶，每個(gè)小區(qū)有種選擇；遍歷所有的非目標(biāo)小區(qū)后，得到
可能的用戶組合；在每種組合情況下計(jì)算~’其中，
Ay e (A1, A2，…，AJ，Y = I, 2,..., , β lkj表示第j個(gè)小區(qū)中的第k個(gè)用戶與第I個(gè)小區(qū)基站天線之間的大尺度信道衰落因子，β lnl表示第I個(gè)小區(qū)中的第η個(gè)用戶的本地大尺度信道衰落因子；將"< 對(duì)應(yīng)的組合方案存入Rate表中，完成Rate表后，在Rate表中找出〃〃最小值，其對(duì)應(yīng)的組合方案下，目標(biāo)小區(qū)用戶組的和速率最大；將〃"；最小值對(duì)應(yīng)的組合方案作為當(dāng)前調(diào)度周期內(nèi)，非目標(biāo)小區(qū)用戶組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MRT預(yù)編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區(qū)大規(guī)模MMO系統(tǒng)用戶調(diào)度方法，其特征在于:所述MRT預(yù)編碼的過(guò)程為:在正式傳輸數(shù)據(jù)前，每個(gè)用戶組內(nèi)的每個(gè)用戶都會(huì)向本地基站發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而導(dǎo)頻序列為基站和用戶都已知的信號(hào)，當(dāng)基站收到導(dǎo)頻信號(hào)后，利用接收的導(dǎo)頻信號(hào)做MRT預(yù)編碼:設(shè)第I個(gè)基站的第m根天線收到的導(dǎo)頻信號(hào)是yml，則該天線與第I個(gè)小區(qū)中第k個(gè)用戶之間的復(fù)傳輸系數(shù)的估計(jì)可以用yml乘以第k個(gè)用戶導(dǎo)頻信號(hào)的共軛轉(zhuǎn)置得到，即凡,αMRT預(yù)編碼做法是令第I個(gè)基站的第m根天線與該小區(qū)內(nèi)的第k個(gè)用戶之間的預(yù)編碼參數(shù)為以下形式:
;基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MRT預(yù)編碼后傳輸給被調(diào)度的用戶。
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK104168659SQ201410410558
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】李崢, 金石, 王曉鈺 申請(qǐng)人:東南大學(xué)