本發(fā)明涉及一種利用空域位置特性的用戶調(diào)度方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對于未來5G在傳輸速率和系統(tǒng)容量等方面的性能需求，大規(guī)模天線將是多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術(shù)繼續(xù)演進的重要方向。毫米波由于其豐富的頻譜資源成為5G無線通信系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。毫米波通信中，由于波長短便于實現(xiàn)大規(guī)模天線陣列，保證設(shè)備體積小且易于封裝。當(dāng)基站配備多個發(fā)射子陣列時可以定向并行傳輸多個數(shù)據(jù)流，提高系統(tǒng)吞吐量。

對于多用戶MIMO系統(tǒng)，基站將占用相同時頻資源的多個數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同的用戶時，所能支持的用戶數(shù)受基站發(fā)射子陣列數(shù)的限制。因此，當(dāng)用戶數(shù)較多時，基站同一時隙只能調(diào)度其中的一部分用戶，合理的用戶調(diào)度可以獲得多用戶分集增益(Multi-User Diversity，MUD)，實現(xiàn)通信資源的充分利用。

比例公平用戶調(diào)度算法綜合考慮了用戶的信道條件與用戶之間的服務(wù)公平性，能夠在系統(tǒng)吞吐量和服務(wù)公平性之間取得一定的折中，是目前采用較多的一種算法。在使用比例公平算法調(diào)度多個用戶時，可以通過窮舉算法同時選擇多個用戶以達到最優(yōu)的性能，但是復(fù)雜度太高。而次優(yōu)調(diào)度算法通常以貪婪的方式依次選擇各個用戶，復(fù)雜度相對減小。在現(xiàn)有的多用戶調(diào)度算法中用戶間的干擾主要通過數(shù)字預(yù)編碼來解決。本發(fā)明利用空域特性聯(lián)合模擬波束訓(xùn)練確定用戶調(diào)度方案，由基站各發(fā)射子陣列采用不同的發(fā)射波束與各調(diào)度用戶并行通信，從模擬域控制了用戶間的干擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：考慮現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用空域特性的用戶調(diào)度方法，聯(lián)合模擬波束訓(xùn)練進行多用戶調(diào)度，基于比例公平調(diào)度算法在一定程度上保證了用戶的公平性，同時，基站各發(fā)射子陣列使用不同的發(fā)射波束與用戶進行通信，減小了用戶間的干擾，保證通信質(zhì)量。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種利用空域特性的用戶調(diào)度方法，首先通過扇區(qū)級掃描將用戶進行分組；然后根據(jù)所需調(diào)度用戶數(shù)和用戶所在扇區(qū)數(shù)的關(guān)系確定具體調(diào)度方案，如果所需調(diào)度用戶數(shù)大于用戶所在扇區(qū)數(shù)，首先基于比例公平原則從每個扇區(qū)內(nèi)調(diào)度一個用戶并確定分配的基站發(fā)射子陣列及其對應(yīng)的最佳發(fā)射波束，然后依次用剩下的發(fā)射波束訓(xùn)練并基于比例公平算法選擇其余用戶；如果所需調(diào)度用戶數(shù)不大于用戶所在扇區(qū)數(shù)，那么，每個扇區(qū)最多調(diào)度一個用戶，扇區(qū)內(nèi)用戶選擇時采用比例公平算法，調(diào)度到的用戶分配一個基站發(fā)射子陣列及其對應(yīng)的最佳發(fā)射波束。

對于MU-MIMO無線通信系統(tǒng)，基站配置M個發(fā)射子陣列，待服務(wù)用戶數(shù)為K(K≥M)，調(diào)度M個用戶進行通信的具體方法如下：

階段一：用戶分組，具體方法為：

基站把波束空間劃分為S個扇區(qū)，通過扇區(qū)掃描確定每一個用戶的扇區(qū)ID，并把在同一個扇區(qū)中的用戶分為一組，待服務(wù)用戶所在的扇區(qū)表示為S_u＝{S_u,1,S_u,2,…,S_u,q}，經(jīng)分組的用戶集合表示為U＝{U₁,U₂,…,U_q}，處于第k個扇區(qū)內(nèi)的細波束集合表示為B_k，其中q(q≤S)表示待服務(wù)用戶所在扇區(qū)的數(shù)量，S_u,k表示第k扇區(qū)，U_k表示第k扇區(qū)內(nèi)待服務(wù)的用戶集合；

階段二：用戶調(diào)度，具體方法為：

步驟1：設(shè)置初始備選用戶集合為U＝{1,2,…,K}，調(diào)度用戶集合U_s＝Φ，已調(diào)度用戶對應(yīng)的最佳發(fā)射波束集合為B_s＝Φ；

步驟2：根據(jù)所需調(diào)度用戶數(shù)M和用戶所在扇區(qū)數(shù)q的關(guān)系，確定具體調(diào)度方案；

方案1：所需調(diào)度用戶數(shù)大于用戶所在扇區(qū)數(shù)，即M＞q，則執(zhí)行如下步驟：

2.1)從扇區(qū)集合S_u中選擇一個扇區(qū)S_u,k(S_u，k∈S_u)，由基站未分配的一個發(fā)射子陣列使用該扇區(qū)內(nèi)B_k集合中的各個細波束依次發(fā)射相同的信號，扇區(qū)S_u,k內(nèi)的用戶U_k同時接收信號，并根據(jù)接收信號質(zhì)量反饋最好的性能指標和對應(yīng)的基站子陣列最佳發(fā)射波束；

2.2)根據(jù)反饋信息，選擇調(diào)度優(yōu)先級最高的用戶i，并更新調(diào)度用戶集合U_s＝U_s∪{i}，待服務(wù)的用戶扇區(qū)集合S_u＝S_u-S_u,k，已調(diào)度用戶對應(yīng)的最佳發(fā)射波束集合B_s＝B_s∪b_i；

優(yōu)先級最高的用戶由下式確定：

$\underset{i}{\arg \max }\frac{p_i\left(n\right)}{Q_i\left(n\right)}---\left(1\right)$

其中，p_i(n)表示用戶i在時隙n的當(dāng)前性能指標，Q_i(n)表示用戶i在時隙n之前時間滑窗T內(nèi)的平均性能指標，由下式得到：

其中，Q_i(0)設(shè)為1。

2.3)判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到q，如果未達到，則跳轉(zhuǎn)至2.1)開始調(diào)度其他用戶；如果調(diào)度的用戶數(shù)達到q，則跳轉(zhuǎn)至2.4)；

2.4)從剩余未使用的發(fā)射子陣列中選擇一個子陣列，依次使用各個扇區(qū)S_u,_k(k＝1,2,…,q)內(nèi)細波束B_k＝B_k-{b_used|b_used∈B_s}發(fā)射相同的信號，未被調(diào)度的用戶同時接收信號，并根據(jù)接收信號質(zhì)量反饋最好的性能指標和對應(yīng)的基站最佳發(fā)射波束；

2.5)基站根據(jù)反饋信息，根據(jù)公式(1)選擇調(diào)用優(yōu)先級最高的用戶i，并更新U_s＝U_s∪{i}，B_s＝B_s∪b_i；

2.6)判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到M，如果未達到，則跳轉(zhuǎn)至2.4)開始調(diào)度其他用戶；如果調(diào)度的用戶數(shù)達到M，則停止遍歷。

方案2：所需調(diào)度戶數(shù)不大于用戶所在扇區(qū)數(shù)，即M≤q，則循環(huán)執(zhí)行方案1的2.1)至2.2)，直至調(diào)度用戶數(shù)達到M。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：通過扇區(qū)級掃描對用戶進行分組，同一扇區(qū)內(nèi)基于比例公平算法調(diào)度用戶，在一定程度上保證了用戶調(diào)度公平性；每個時隙調(diào)度與基站發(fā)射子陣列數(shù)相匹配的用戶數(shù)，提高了系統(tǒng)的吞吐量；基站各發(fā)射子陣列采用不同的發(fā)射波束與各個已調(diào)度用戶通信，減小了用戶間的干擾，保證通信質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的無線通信系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示的無線通信系統(tǒng)示意圖，基站配置6個發(fā)射子陣列，待服務(wù)用戶數(shù)為20，每個用戶只有一根天線，同時調(diào)度6個用戶進行通信。用戶調(diào)度時，設(shè)置初始備選用戶集合為U＝{1,2,…,20}，調(diào)度用戶集合U_s＝Φ，其中Φ表示空集，備選用戶所在扇區(qū)集合用S_u表示，已調(diào)度用戶對應(yīng)的最佳發(fā)射波束集合為B_s＝Φ。

下文通過方案1和方案2具體闡述，利用空域特性的用戶調(diào)度方法可分為兩個階段，用戶分組和用戶調(diào)度階段。

方案1：所需調(diào)度用戶數(shù)大于用戶所在扇區(qū)數(shù)的情況，具體步驟如下：

階段一：

基站把波束空間劃分為4個扇區(qū)。通過扇區(qū)掃描確定每一個用戶的扇區(qū)ID，并把在同一個扇區(qū)中的用戶分為一組。經(jīng)掃描得到存在待服務(wù)用戶的扇區(qū)數(shù)為4，把待服務(wù)用戶所在的4個扇區(qū)表示為S_u＝{S_u,1,S_u,2,S_u,3,S_u,4}，將處于第k(k＝1,2,3,4)個扇區(qū)S_u,k內(nèi)的細波束集合定義為B_k。經(jīng)分組的用戶集合表示為U＝{U₁,U₂,U₃,U₄}，其中U_k表示在第k(k＝1,…,4)扇區(qū)S_u,k內(nèi)待服務(wù)的用戶。

階段二：

步驟1：從S_u中選擇一個扇區(qū)S_u,k(S_u，k∈S_u)，由基站未分配的一個發(fā)射子陣列使用該扇區(qū)內(nèi)B_k集合中的各個細波束依次發(fā)射相同的信號，扇區(qū)S_u,k內(nèi)的用戶U_k同時接收信號，每一個用戶根據(jù)接收信號質(zhì)量反饋最好的性能指標和對應(yīng)的基站子陣列最佳發(fā)射波束。

步驟2：根據(jù)反饋信息，選擇調(diào)度優(yōu)先級最高的用戶i，并更新調(diào)度用戶集合U_s＝U_s∪{i}，待服務(wù)的用戶扇區(qū)集合S_u＝S_u-S_u,k，已調(diào)度用戶對應(yīng)的最佳發(fā)射波束集合B_s＝B_s∪b_i；

優(yōu)先級最高的用戶由下式確定：

$\underset{i}{\arg \max }\frac{p_i\left(n\right)}{Q_i\left(n\right)}---\left(1\right)$

其中，p_i(n)表示用戶i在時隙n的當(dāng)前性能指標，Q_i(n)表示用戶i在時隙n之前時間滑窗T內(nèi)的平均性能指標，由下式得到：

其中，Q_i(0)設(shè)為1。

步驟3：判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到4，如果未達到，則跳轉(zhuǎn)至步驟1開始調(diào)度其他用戶；如果調(diào)度的用戶數(shù)達到4，則跳轉(zhuǎn)至步驟4；

步驟4：從剩余未使用的發(fā)射子陣列中選擇一個子陣列，依次使用各個扇區(qū)S_u,_k(k＝1,2,3,4)內(nèi)的細波束B_k＝B_k-{b_used|b_used∈B_s}發(fā)射相同的信號，未被調(diào)度的用戶同時接收信號，每一個用戶根據(jù)接收信號質(zhì)量反饋最好的性能指標和對應(yīng)的基站最佳發(fā)射波束；

步驟5：基站根據(jù)反饋信息，由公式(1)選擇調(diào)用優(yōu)先級最高的用戶i，并更新U_s＝U_s∪{i}，B_s＝B_s∪b_i。

步驟6：判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到6，如果未達到，則繼續(xù)從步驟5開始調(diào)度其他用戶；如果調(diào)度的用戶數(shù)達到6，則停止遍歷。

方案2：所需調(diào)度用戶數(shù)不大于用戶所在扇區(qū)數(shù)的情況，具體步驟如下：

階段一：

基站把波束空間劃分為8個扇區(qū)。通過扇區(qū)掃描確定每一個用戶的扇區(qū)ID，并把在同一個扇區(qū)中的用戶分為一組。經(jīng)掃描得到存在待服務(wù)用戶的扇區(qū)數(shù)為8，把待服務(wù)用戶所在的8個扇區(qū)表示為S_u＝{S_u,1,S_u,2,S_u,3,S_u,4,S_u,5,S_u,6,S_u,7,S_u,8}，將處于第k(k＝1,2,3,4,5,6,7,8)個扇區(qū)S_u,k內(nèi)的細波束集合定義為B_k。經(jīng)分組的用戶集合表示為U＝{U₁,U₂,U₃,U₄,U₅,U₆,U₇,U₈}，其中U_k表示在第k(k＝1,2,3,4,5,6,7,8)扇區(qū)S_u,k內(nèi)待服務(wù)的用戶。

階段二：

步驟1：從S_u中選擇一個扇區(qū)S_u,k(S_u，k∈S_u)，由基站未分配的一個發(fā)射子陣列使用該扇區(qū)內(nèi)B_k集合中的各個細波束依次發(fā)射相同的信號，扇區(qū)S_u,k內(nèi)的用戶U_k同時接收信號，每一個用戶根據(jù)接收信號質(zhì)量反饋最好的性能指標和對應(yīng)的基站子陣列最佳發(fā)射波束。

步驟2：根據(jù)反饋信息，選擇調(diào)度優(yōu)先級最高的用戶i，并更新調(diào)度用戶集合U_s＝U_s∪{i}，待服務(wù)的用戶扇區(qū)集合S_u＝S_u-S_u,k，已調(diào)度用戶對應(yīng)的最佳發(fā)射波束集合B_s＝B_s∪b_i；

優(yōu)先級最高的用戶由下式確定：

$\underset{i}{\arg \max }\frac{p_i\left(n\right)}{Q_i\left(n\right)}---\left(1\right)$

其中，p_i(n)表示用戶i在時隙n的當(dāng)前性能指標，Q_i(n)表示用戶i在時隙n之前時間滑窗T內(nèi)的平均性能指標，由下式得到：

其中，Q_i(0)設(shè)為1。

步驟3：判斷調(diào)度的用戶數(shù)是否達到6，如果未達到，則繼續(xù)從步驟1開始調(diào)度其他用戶，直到調(diào)度完6個用戶。