本發(fā)明涉及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在宏基站覆蓋薄弱區(qū)域或熱點(diǎn)地區(qū)部署小型基站，該小型基站包括中繼、微微蜂窩站點(diǎn)、家庭基站等。通過(guò)縮短用戶(hù)與基站間的距離使用戶(hù)收到高質(zhì)量信號(hào)，提高系統(tǒng)吞吐速率，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注。然而，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中加入小型基站使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變的非常復(fù)雜；由于頻譜資源稀缺，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用同頻組網(wǎng)的方式，小型基站的發(fā)射功率與宏基站發(fā)射功率相差甚遠(yuǎn)，微小區(qū)用戶(hù)易受到嚴(yán)重的跨層干擾。這些問(wèn)題都嚴(yán)重阻礙異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能的提升，影響用戶(hù)體驗(yàn)。

目前，針對(duì)中繼站對(duì)相鄰小區(qū)邊緣用戶(hù)產(chǎn)生的同頻干擾，采用了基于隨機(jī)化競(jìng)爭(zhēng)(RC,random competition)的協(xié)作調(diào)度策略，通過(guò)在相鄰小區(qū)邊緣形成的中繼協(xié)作區(qū)域內(nèi)應(yīng)用RC調(diào)度算法，減少同頻干擾，提高小區(qū)邊緣吞吐量。無(wú)線MIMO(Multi-Input Multi-Output)傳輸系統(tǒng)采用空時(shí)處理技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，在多徑環(huán)境下能極大提高頻譜利用率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率是移動(dòng)通信領(lǐng)域研究的主流技術(shù)之一。分布在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)，信道衰落相互獨(dú)立的多個(gè)用戶(hù)，任何時(shí)候都存在一部分用戶(hù)的信道條件優(yōu)于其他用戶(hù)，則任何給定時(shí)刻只為信道質(zhì)量好的用戶(hù)提供服務(wù)，將系統(tǒng)資源分配給最有效率的用戶(hù)，獲取分集增益，是提升頻譜效率、增強(qiáng)抵抗小區(qū)間干擾的能力以及提升用戶(hù)與基站間的通信效率的又一有效方法。

現(xiàn)有技術(shù)提出了一種MIMO系統(tǒng)的用戶(hù)選擇算法。該算法將被選用戶(hù)總吞吐量作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，先確定信道容量最好的用戶(hù)為選定用戶(hù)；之后每選一個(gè)用戶(hù)，都保證與已選定用戶(hù)組成的用戶(hù)組信道容量最大，雖使系統(tǒng)容量得到提升，但算法計(jì)算復(fù)雜度較大。

現(xiàn)有技術(shù)提出了另一種基于CoMP-CSB(Coordinated Multiple Point Transmission Coordinated Scheduling and Beamforming)的用戶(hù)選擇干擾消除算法。該算法重點(diǎn)考慮用戶(hù)受到干擾信號(hào)的方向信息，確定有用信號(hào)信道質(zhì)量最好的一個(gè)用戶(hù)作為基準(zhǔn)用戶(hù)，并選出與基準(zhǔn)用戶(hù)干擾信道方向相近的用戶(hù)共同組成服務(wù)用戶(hù)，鄰小區(qū)基站通過(guò)預(yù)編碼來(lái)消除基準(zhǔn)用戶(hù)受到的跨層干擾；由于干擾信道方向相近，對(duì)基準(zhǔn)用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣也可以降低其他服務(wù)用戶(hù)受到的干擾。干擾信號(hào)方向越近，降低干擾的效果越佳。此算法突破基站天線數(shù)對(duì)服務(wù)用戶(hù)數(shù)的限制，有效提升了系統(tǒng)性能，但當(dāng)用戶(hù)分布不均勻，服務(wù)用戶(hù)間的干擾信號(hào)方向偏差較大時(shí)，雖然仍可以降低一部分干擾，但是誤差太大，效果不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇方法，以實(shí)現(xiàn)有效地降低異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)受到的跨層干擾。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇方法，包括：

根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的微小區(qū)設(shè)置多個(gè)分組向量，計(jì)算出宏基站對(duì)微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)的干擾信道向量與各個(gè)分組向量之間的方向偏差，根據(jù)所述方向偏差對(duì)所述微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行分組；

從所述微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)分組中分別選出一個(gè)基準(zhǔn)用戶(hù)，根據(jù)所述宏基站對(duì)所述基準(zhǔn)用戶(hù)的干擾信道向量與所述宏基站對(duì)該用戶(hù)分組中其它用戶(hù)的干擾信道向量之間的關(guān)系，選擇出該用戶(hù)分組中所述基準(zhǔn)用戶(hù)之外的其它候選用戶(hù)；

從所述基準(zhǔn)用戶(hù)和所述其它候選用戶(hù)中選擇出所述微小區(qū)中的服務(wù)用戶(hù)。

進(jìn)一步地，所述的根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的微小區(qū)設(shè)置多個(gè)分組向量，包括：

根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的微小區(qū)設(shè)置分組向量w_f(f＝1,2,...,q)，該w_f(f＝1,2,...,q)是N_m×1維的隨機(jī)向量，||w_f||＝1，各個(gè)分組向量組成分組向量組C＝{w₁,w₂,...,w_q}。

進(jìn)一步地，所述的計(jì)算出宏基站對(duì)微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)的干擾信道向量與各個(gè)分組向量之間的方向偏差，根據(jù)所述方向偏差對(duì)所述微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)進(jìn)行分組，包括：

分別計(jì)算宏基站對(duì)微小區(qū)l內(nèi)第i個(gè)用戶(hù)u_li的干擾信道向量與各個(gè)分組向量之間的方向偏差，將計(jì)算出的各個(gè)方向偏差進(jìn)行比較，獲取方向偏差最小的分組向量，提取該方向偏差最小的分組向量的索引號(hào)

并將索引號(hào)相同的用戶(hù)分為一組；

式中表示干擾信道的方向信息，即為與方向偏差最小的分組向量的索引號(hào)；

設(shè)有q個(gè)分組向量，故用戶(hù)最終分成q個(gè)組，即W_f，(f＝1,2,...,q)。

進(jìn)一步地，所述的從所述微小區(qū)內(nèi)各個(gè)用戶(hù)分組中分別選出一個(gè)基準(zhǔn)用戶(hù)，包括：

從各個(gè)用戶(hù)分組中選出該用戶(hù)分組的基準(zhǔn)用戶(hù)π_f(W_f,1)：

${\mathrm{\π}}_f(W_f,1)=\arg {\max }_{u_{li}\∈W_f}\left|\right|h_{u_{li}l}^P|{|}_F^2.$

進(jìn)一步地，所述的根據(jù)所述宏基站對(duì)所述基準(zhǔn)用戶(hù)的干擾信道向量與所述宏基站對(duì)該用戶(hù)分組中其它用戶(hù)的干擾信道向量之間的關(guān)系，選擇出該用戶(hù)分組中所述基準(zhǔn)用戶(hù)之外的其它候選用戶(hù)，包括：

設(shè)所述宏基站對(duì)用戶(hù)分組中基準(zhǔn)用戶(hù)π_f(W_f,1)的干擾信道向量為分別計(jì)算宏基站對(duì)該組其他用戶(hù)的干擾信道與間夾角的余弦值

${\mathrm{\δ}}_{u_{li}}^f=\frac{\left|{\tilde{h}}_{u_{li}l}^M{\left({\tilde{h}}_{{\mathrm{\π}}_{f}l}^M\right)}^{\′}\right|}{\left|\right|{\tilde{h}}_{u_{li}l}^M\left|\right|\left|\right|{\tilde{h}}_{{\mathrm{\π}}_{f}l}^M\left|\right|}$

式中表示干擾信道向量的方向信息；

分別從如下子集中選出各組的第j個(gè)候選用戶(hù)，2≤j≤(K_P-1)：

Ψ_f＝{j_f∈W_f-{π_f(W_f,1)}}

候選用戶(hù)j的選擇結(jié)果為：

$u_{lj}^f=\arg {\max }_{u_{lj}\∈{\mathrm{\Ψ}}_f}{\mathrm{\δ}}_{u_{lj}}^f$

${\mathrm{\Ψ}}_f={\mathrm{\Ψ}}_f-\left\{u_{lj}^f\right\}$

進(jìn)一步地，所述的從所述基準(zhǔn)用戶(hù)和所述其它候選用戶(hù)中選擇出所述微小區(qū)中的服務(wù)用戶(hù)，包括：

各組選出的基準(zhǔn)用戶(hù)和候選用戶(hù)組成V_f,(f＝1,...,q)：

$V_f=V_f+\left\{u_{lj}^f\right\}$

再?gòu)闹羞x出最終服務(wù)用戶(hù)組V_F：

$R_{V_f}=\underset{u^f=1,\mathrm{...},K_P}{\Σ}E\[{\log }_2\left|I_U+\frac{v_{u^{f}l}^H{\left(h_{u^{f}l}^P\right)}^H{h}_{u^{f}l}^P{v}_{u^{f}l}}{I_U+\underset{k\≠u^f}{\overset{K_p}{\underset{k=1}{\Σ}}}{v}_{kl}^H{\left(h_{u^{f}l}^P\right)}^H{h}_{u^{f}l}^P{v}_{kl}+\underset{k=1}{\overset{K_m}{\Σ}}{v}_{kM}^H{\left(h_{u^{f}l}^M\right)}^H{h}_{u^{f}l}^M{v}_{kM}}\right|\]$

$V_F=\arg \underset{f=1,\mathrm{...},q}{\max }{R}_{V_f}.$

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)利用用戶(hù)收到干擾信息方向的相近性，將用戶(hù)分組；選每組中有用信道狀態(tài)最好的用戶(hù)為基準(zhǔn)用戶(hù)并通過(guò)預(yù)編碼消除其受到的跨層干擾，對(duì)基準(zhǔn)用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣也可以降低與其干擾信號(hào)方向相近用戶(hù)受到的跨層干擾，故在每組中根據(jù)用戶(hù)與基準(zhǔn)用戶(hù)受到干擾信號(hào)方向的相近程度進(jìn)行用戶(hù)選擇。最后選出使系統(tǒng)容量最佳的一組用戶(hù)作為服務(wù)用戶(hù)，保證系統(tǒng)在用戶(hù)任意分布情況下，都能選出使系統(tǒng)性能最佳的用戶(hù)為其提供服務(wù)。能使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)受到的跨層干擾降低，提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種宏基站(Macro)和微基站(Pico)共存的系統(tǒng)模型的示意圖；

圖2本發(fā)明實(shí)施例提出的一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇方法的處理流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的算法與對(duì)比算法在宏基站與微基站發(fā)射天線數(shù)不同情況下的比較結(jié)果；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種被選用戶(hù)數(shù)對(duì)系統(tǒng)平均容量的影響；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種被選用戶(hù)數(shù)對(duì)系統(tǒng)總?cè)萘康挠绊?/p>

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種宏基站自由度不同對(duì)系統(tǒng)容量影響的對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱(chēng)元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種新型的基于分組的用戶(hù)選擇算法，算法可以使用戶(hù)任意分布情況下，突破發(fā)送天線數(shù)對(duì)去干擾用戶(hù)數(shù)的限制，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶(hù)獲取分集增益，有效提高系統(tǒng)性能。并通過(guò)仿真與復(fù)雜度分析對(duì)本發(fā)明算法與現(xiàn)有技術(shù)算法進(jìn)行了對(duì)比與分析，仿真結(jié)果表明本發(fā)明提出的新型用戶(hù)選擇算法以稍許犧牲復(fù)雜度為代價(jià)有效較低異構(gòu)網(wǎng)的跨層干擾，提高了系統(tǒng)性能。

考慮一個(gè)宏基站(Macro)和微基站(Pico)共存的無(wú)線異構(gòu)下行傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施例提出的一種宏基站(Macro)和微基站(Pico)共存的系統(tǒng)模型的示意圖如圖1所示。系統(tǒng)由一個(gè)宏基站和L個(gè)微基站構(gòu)成，宏基站覆蓋的宏小區(qū)內(nèi)有K_m個(gè)服務(wù)用戶(hù)，微小區(qū)內(nèi)共有K個(gè)用戶(hù)，從中選出K_p個(gè)服務(wù)用戶(hù)，宏基站配置N_m根發(fā)送天線，微基站配置N_p根發(fā)送天線，假設(shè)用戶(hù)單天線接收。由于微基站的功率較小，當(dāng)宏小區(qū)的用戶(hù)遠(yuǎn)離微基站時(shí)，所受干擾較小，故本發(fā)明忽略微基站對(duì)宏小區(qū)用戶(hù)的干擾。

假設(shè)信道衰落為獨(dú)立塊衰落，信道向量全部服從瑞利分布。同時(shí)，假設(shè)基站能獲得理想信道狀態(tài)信息，用表示宏基站與第l個(gè)微小區(qū)內(nèi)用戶(hù)i之間的信道向量，表示宏基站與宏小區(qū)內(nèi)第j個(gè)用戶(hù)之間的信道向量，表示第l微小區(qū)內(nèi)微基站與本小區(qū)內(nèi)用戶(hù)i之間的信道向量。微小區(qū)l內(nèi)第i個(gè)用戶(hù)的接收信號(hào)為：

其中，x_iM表示對(duì)用戶(hù)u_iM的U×1維的發(fā)送信號(hào)，其中P_jM，P_il，分別表示用戶(hù)接收來(lái)自宏基站和微基站的信號(hào)的接收功率，和表示相對(duì)應(yīng)的小尺度衰落信道，信道矩陣中的元素服從均值為0方差為1的復(fù)高斯分布。v_jM和v_il分別是N_m×U和N_p×U的向量，表示當(dāng)信道信息理想情況下用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣。z_il表示加性噪聲，是U×1維0均值復(fù)高斯噪聲向量，方差為1。則微小區(qū)l用戶(hù)的總?cè)萘繛椋?/p>

由公式(2)可見(jiàn)，提高用戶(hù)的信干噪比可以增強(qiáng)系統(tǒng)性能。因此，本發(fā)明提出一種基于分組的用戶(hù)選擇算法，可在用戶(hù)任意分布的情況下選出受到的跨層干擾影響最小、使系統(tǒng)容量最大的一組用戶(hù)，提高系統(tǒng)性能。

下文中A'是矩陣的共軛裝置；|a|是復(fù)變量的模；是矩陣的二范數(shù)；A^-1是矩陣的逆。

3：用戶(hù)選擇算法

為了減少用戶(hù)接收到的干擾信號(hào)，本發(fā)明采用迫零(Zero Forcing,ZF)線性預(yù)編碼方案?；具\(yùn)用ZF預(yù)編碼消除干擾時(shí)，基站能同時(shí)服務(wù)的最大用戶(hù)數(shù)不大于基站發(fā)射天線數(shù)，當(dāng)基站發(fā)射天線總數(shù)為N時(shí)，若基站為本小區(qū)(N-ξ)個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)，則該基站最多能消除鄰小區(qū)內(nèi)ξ個(gè)用戶(hù)的跨層干擾，即基站自由度為ξ。若基站的服務(wù)用戶(hù)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)射天線數(shù)，基站自由度ξ較小時(shí)，能被同時(shí)消除干擾的用戶(hù)太少，系統(tǒng)性能提高不明顯。在現(xiàn)有的一種基于CoMP-CSB的用戶(hù)選擇干擾消除算法中，當(dāng)基站發(fā)射天線數(shù)為N時(shí)，若基站自由度ξ＝1，則在鄰小區(qū)中選信道狀態(tài)最好的一個(gè)用戶(hù)作為基準(zhǔn)用戶(hù)，本小區(qū)基站通過(guò)預(yù)編碼不僅能消除對(duì)基準(zhǔn)用戶(hù)的跨層干擾，同時(shí)可以降低鄰小區(qū)內(nèi)干擾信道與基準(zhǔn)用戶(hù)干擾信道方向相近的用戶(hù)受到的跨層干擾。系統(tǒng)中被降低跨層干擾的用戶(hù)數(shù)增加，系統(tǒng)性能顯著提升。

然而，已有算法存在以下不足：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中宏基站選定微小區(qū)內(nèi)有用信號(hào)信道狀態(tài)最好的用戶(hù)作為基準(zhǔn)用戶(hù)，并消除其受到的跨層干擾；當(dāng)微小區(qū)內(nèi)用戶(hù)分布不均勻時(shí)，基準(zhǔn)用戶(hù)的干擾信號(hào)很有可能與其他所有用戶(hù)的干擾信號(hào)方向偏差都較大，則基準(zhǔn)用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣降低其他用戶(hù)受到的跨層干擾時(shí)會(huì)效果不佳，此時(shí)已有算法抑制干擾的情況不理想。針對(duì)已有算法的局限性，本發(fā)明提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇算法。算法在宏基站選定基準(zhǔn)用戶(hù)之前，先通過(guò)一組分組向量，將受到來(lái)自宏基站干擾信道方向相近的用戶(hù)分成一組，完成用戶(hù)分組。再分別在每組中選出該組基準(zhǔn)用戶(hù)和與基準(zhǔn)用戶(hù)干擾信號(hào)方向偏差最小的若干用戶(hù)，最終選出使系統(tǒng)容量最大的一組用戶(hù)作為最后服務(wù)用戶(hù)。相比已有算法，本發(fā)明算法先分組，再在各組中分別進(jìn)行用戶(hù)選擇確定最終服務(wù)用戶(hù)，即便用戶(hù)分布不均勻也可以保證最終被選用戶(hù)是使系統(tǒng)容量最大的一組用戶(hù)，突破已有算法的局限性，提高系統(tǒng)性能。微小區(qū)內(nèi)仍采用ZF預(yù)編碼消除用戶(hù)間干擾。

本發(fā)明引入一個(gè)分組向量組C＝{w₁,w₂,...,w_q}，w_f(f＝1,2,...,q)是N_m×1維的向量，||w_f||＝1。本發(fā)明研究的重點(diǎn)不是分組向量的選擇對(duì)系統(tǒng)性能的影響，因此為了方便，分組向量采用隨機(jī)向量。假設(shè)基站已知理想信道狀態(tài)信息，令表示宏基站到微小區(qū)l內(nèi)第i個(gè)用戶(hù)的干擾信道向量?；具M(jìn)行用戶(hù)分組時(shí)，通過(guò)用戶(hù)收到的干擾信號(hào)向量與分組向量間的內(nèi)積或夾角來(lái)選擇與其方向最接近的分組向量，并得出相應(yīng)分組向量的索引號(hào)f，將對(duì)應(yīng)索引號(hào)相同的用戶(hù)分成一組，得到分組W_f,(f＝1,2,...,q)。分組完成后，分別在每個(gè)分組中選出該組的基準(zhǔn)用戶(hù)以及與其干擾信號(hào)方向偏差最小的(K_P-1)個(gè)用戶(hù)組成分組V_f,(f＝1,2,...,q)，用ZF預(yù)編碼消除用戶(hù)間干擾。比較各組選出用戶(hù)的信道容量，將信道容量最大的用戶(hù)作為最終被選用戶(hù)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提出的一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于分組的用戶(hù)選擇算法的處理流程如圖2所示，包括如下的處理步驟：

(1)初始化：微小區(qū)l內(nèi)待選用戶(hù)集：U_l＝{u_l1,...,u_l,K},設(shè)置分組向量組C＝{w₁，...，w_q},

(2)用戶(hù)分組：分別計(jì)算宏基站對(duì)微小區(qū)l內(nèi)第i個(gè)用戶(hù)u_li的干擾信道向量與各分組向量間的方向偏差，找到與方向偏差最小的分組向量，提取該分組向量的索引號(hào)

并將索引號(hào)相同的用戶(hù)分為一組，此時(shí)：

式中表示干擾信道的方向信息，即為與最接近的分組向量的索引號(hào)。本發(fā)明考慮q個(gè)分組向量，故用戶(hù)最終分成q個(gè)組，即W_f，(f＝1,2,...,q)。

(3)用戶(hù)選擇：

1)從各組中選出該組基準(zhǔn)用戶(hù)π_f(W_f,1)：

在各分組中選取到微基站有用信道狀態(tài)最好的用戶(hù)作為該組的基準(zhǔn)用戶(hù)。

2)分別計(jì)算宏基站對(duì)該組其他用戶(hù)干擾信道與π_f(W_f,1)的干擾信道向量間夾角的余弦值

式中表示信道的方向信息。

3)分別從如下子集中選出各組的第j個(gè)用戶(hù)，2≤j≤(K_P-1)：

Ψ_f＝{j_f∈W_f-{π_f(W_f,1)}} (公式7)

用戶(hù)j選擇結(jié)果為：

若W_f,(f＝1,2,...,q)中用戶(hù)數(shù)小于K_p，則從其他分組中選擇與該組π_f(W_f,1)干擾信道方向偏差最小的用戶(hù)組成K_p個(gè)用戶(hù)。

4)各組選出基準(zhǔn)用戶(hù)以及與其干擾信號(hào)方向接近的用戶(hù)組成V_f,(f＝1,...,q)：

再?gòu)闹羞x出最終服務(wù)用戶(hù)組V_F：

V_f,(f＝1,...,q)表示從q個(gè)分組中分別選出的q組用戶(hù)(基準(zhǔn)用戶(hù)以及與其干擾信號(hào)方向接近的用戶(hù))，表示第f個(gè)分組V_f的總?cè)萘浚籾^f表示第f個(gè)分組中的1～K_P個(gè)用戶(hù)；V_F表示f個(gè)分組中系統(tǒng)容量最大的一組，即最終選出的服務(wù)用戶(hù)。

本發(fā)明算法利用用戶(hù)受到干擾信號(hào)的方向信息，先將用戶(hù)分組再進(jìn)行用戶(hù)選擇，避免用戶(hù)分布情況的不同對(duì)系統(tǒng)容量的影響。使用戶(hù)在任意分布場(chǎng)景下，選出信道狀態(tài)最好、使系統(tǒng)容量最大的一組用戶(hù)作為服務(wù)用戶(hù)，有效提升系統(tǒng)性能。

4分組方案復(fù)雜度分析

下面對(duì)本發(fā)明所提用戶(hù)選擇算法進(jìn)行了復(fù)雜度分析。為了方便計(jì)算，本發(fā)明用flop來(lái)計(jì)量復(fù)雜度：1個(gè)flop定義一個(gè)實(shí)浮點(diǎn)數(shù)操作。由于信道矩陣為復(fù)數(shù)模型，對(duì)其乘法、除法運(yùn)算均以復(fù)數(shù)考慮，每次復(fù)數(shù)加和乘分別為2個(gè)flop和6個(gè)flop^[11]。對(duì)于維度為n的兩個(gè)向量?jī)?nèi)積計(jì)算復(fù)雜度為6n flop，對(duì)于m×n的復(fù)值矩陣H，其Frobenius范數(shù)運(yùn)行2mn次實(shí)數(shù)加和2mn的實(shí)數(shù)乘，共4mn個(gè)flop。

分組向量w_q是N_m維向量,則計(jì)算一個(gè)分組向量需要的flop數(shù)為6N_m,若分組向量有q個(gè)，則總的flop數(shù)為(6N_m×q)；計(jì)算一個(gè)激活用戶(hù)來(lái)自宏基站的干擾信道向量與分組向量的方向偏差需要的flop數(shù)為6N_m，分組向量的個(gè)數(shù)為q，則總的flop數(shù)為(6N_m×q×K_p)，故完成用戶(hù)分組需要的復(fù)雜度為：

C_g＝6N_m×q×(K_p+1) (公式13)

分組完成后計(jì)算用戶(hù)到微基站信道范數(shù)需要的flop數(shù)為(4N_p×K_p)；每組中確定信道范數(shù)最大的用戶(hù)作為第一被選用戶(hù)u_A，計(jì)算宏基站到各組任一激活用戶(hù)的信道向量與到該組u_A的信道向量的方向偏差需要的flop數(shù)為6N_m，共(K_p-q)次，需要的flop數(shù)為6N_m×(K_p-q)，故完成用戶(hù)選擇需要的復(fù)雜度為：

C_c＝4N_p×K_p+6N_m×(K_p-q) (公式14)

本發(fā)明采用ZF線性預(yù)編碼方案消除干擾。ZF算法只涉及偽逆計(jì)算，對(duì)于m×n維復(fù)矩陣A，其偽逆運(yùn)算需要的flop數(shù)為12mn²-5mn-n²。故用ZF算法消除各組用戶(hù)間干擾需要的flop數(shù)為消除跨階層干擾需要的flop數(shù)為故ZF預(yù)編碼共需要的flop數(shù)為：

綜上可知，本發(fā)明用戶(hù)選擇算法復(fù)雜度即為C＝C_g+C_c+C_ZF。

本發(fā)明算法較已有算法增加了一步用戶(hù)分組，故復(fù)雜度有所提高。已有算法復(fù)雜度如下：

表1部分參數(shù)配置下計(jì)算復(fù)雜度比較

表1比較了在分組數(shù)不同、被選用戶(hù)數(shù)不同的情況下本發(fā)明算法的復(fù)雜度。其中，假設(shè)宏基站的發(fā)射天線數(shù)N_m＝8，微基站發(fā)射天線N_p＝4，并且假設(shè)宏基站天線自由度ξ＝1；q＝1指分組數(shù)為1，即對(duì)比算法。由表1可知，分組數(shù)確定時(shí)，被選用戶(hù)數(shù)越大，算法所需flop數(shù)越大，并且增量與基站覆蓋范圍內(nèi)的總用戶(hù)數(shù)無(wú)關(guān)。當(dāng)被選用戶(hù)數(shù)確定時(shí)，算法所需flop數(shù)隨分組數(shù)的增大而增大，且增量和宏小區(qū)與微小區(qū)服務(wù)用戶(hù)數(shù)有關(guān)。本發(fā)明算法在對(duì)比算法之前將用戶(hù)進(jìn)行分組，故復(fù)雜度略高。

5仿真結(jié)果與分析

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)宏基站，兩個(gè)微基站組成。宏基站發(fā)射功率46dbm，覆蓋范圍半徑250m，家庭基站位置固定(在宏基站覆蓋范圍)，發(fā)射功率30dbm，覆蓋范圍50m，4個(gè)用戶(hù)隨機(jī)分布在家庭基站覆蓋范圍內(nèi)，微基站隨機(jī)分布在距宏基站D_BS的圓周上，但微基站間彼此隔離。具體仿真參數(shù)如表2所示。

表2仿真參數(shù)

圖3給出了本發(fā)明算法與對(duì)比算法在宏基站與微基站發(fā)射天線數(shù)不同情況下的比較結(jié)果。系統(tǒng)假設(shè)宏基站空間自由度為1，用戶(hù)分組數(shù)為4，系統(tǒng)選擇的用戶(hù)數(shù)也為4。由圖3可知：1)隨著信噪比的增加，本發(fā)明所提算法較對(duì)比算法性能優(yōu)越，系統(tǒng)容量更大，如當(dāng)信噪比為20dB，N_m＝8，N_p＝4時(shí)，系統(tǒng)容量有近1.061bps/Hz的增益。2)當(dāng)宏基站發(fā)射天線數(shù)固定時(shí)，微基站發(fā)射天線越多，系統(tǒng)容量越大；當(dāng)微基站發(fā)射天線數(shù)固定時(shí)，宏基站發(fā)射天線數(shù)越少，系統(tǒng)容量越大。發(fā)射天線數(shù)越多，則相應(yīng)的發(fā)射功率越大，宏基站的發(fā)射天線數(shù)與用戶(hù)受到的跨層干擾成正比，系統(tǒng)容量和宏基站與微基站天線數(shù)的差值有關(guān)。如20dB時(shí)，配置為N_m＝16，N_p＝8時(shí)的系統(tǒng)容量比N_m＝8，N_p＝4的系統(tǒng)容量大0.89bps/Hz，比N_m＝16，N_p＝4的系統(tǒng)容量大1.608bps/Hz。

圖4是不同的被選用戶(hù)數(shù)對(duì)系統(tǒng)容量影響的對(duì)比圖。圖4表明選擇同時(shí)服務(wù)的用戶(hù)數(shù)越小，系統(tǒng)的平均容量越大；而同時(shí)服務(wù)的用戶(hù)越多，系統(tǒng)平均容量越小。這是因?yàn)榉抡婕僭O(shè)宏基站的自由度為1，宏基站只能消除1個(gè)選定用戶(hù)的跨層干擾，其他用戶(hù)根據(jù)與選定用戶(hù)的方向偏差選擇，最后選出的用戶(hù)越多則與選定用戶(hù)的方向偏差就越大，所以系統(tǒng)平均容量會(huì)隨之減??；選擇的用戶(hù)數(shù)愈多，系統(tǒng)的總?cè)萘恳苍酱?，如圖5所示。

圖6給出了宏基站自由度不同對(duì)系統(tǒng)容量影響的對(duì)比圖。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)宏基站微基站天線配置確定時(shí)，自由度為2的系統(tǒng)容量較大，當(dāng)信噪比為20dB，N_m＝8，N_p＝4時(shí)，自由度為2時(shí)的系統(tǒng)容量較自由度為1時(shí)的大2.633bps/Hz。自由度越大代表宏基站能同時(shí)消除跨層干擾的微小區(qū)用戶(hù)數(shù)就越大，系統(tǒng)容量相應(yīng)也越大。

6結(jié)論

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，如何能使用戶(hù)受到的跨層干擾降低、系統(tǒng)的性能提高是需要解決的問(wèn)題。這里提出了一種基于分組的用戶(hù)選擇算法，算法利用用戶(hù)收到干擾信息方向的相近性，將用戶(hù)分組；選每組中有用信道狀態(tài)最好的用戶(hù)為基準(zhǔn)用戶(hù)并通過(guò)預(yù)編碼消除其受到的跨層干擾，對(duì)基準(zhǔn)用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣也可以降低與其干擾信號(hào)方向相近用戶(hù)受到的跨層干擾，故在每組中根據(jù)用戶(hù)與基準(zhǔn)用戶(hù)受到干擾信號(hào)方向的相近程度進(jìn)行用戶(hù)選擇。最后選出使系統(tǒng)容量最佳的一組用戶(hù)作為服務(wù)用戶(hù)，保證系統(tǒng)在用戶(hù)任意分布情況下，都能選出使系統(tǒng)性能最佳的用戶(hù)并為其提供服務(wù)。復(fù)雜度分析與仿真結(jié)果表明，本發(fā)明算法在少量增加復(fù)雜度的情況下提高了系統(tǒng)性能，在復(fù)雜度與系統(tǒng)性能中間取得了很好的折中。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)利用用戶(hù)收到干擾信息方向的相近性，將用戶(hù)分組；選每組中有用信道狀態(tài)最好的用戶(hù)為基準(zhǔn)用戶(hù)并通過(guò)預(yù)編碼消除其受到的跨層干擾，對(duì)基準(zhǔn)用戶(hù)的預(yù)編碼矩陣也可以降低與其干擾信號(hào)方向相近用戶(hù)受到的跨層干擾，故在每組中根據(jù)用戶(hù)與基準(zhǔn)用戶(hù)受到干擾信號(hào)方向的相近程度進(jìn)行用戶(hù)選擇。最后選出使系統(tǒng)容量最佳的一組用戶(hù)作為服務(wù)用戶(hù)，保證系統(tǒng)在用戶(hù)任意分布情況下，都能選出使系統(tǒng)性能最佳的用戶(hù)為其提供服務(wù)。能突破已有算法的局限性，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)受到的跨層干擾降低，提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。

通過(guò)復(fù)雜度分析與仿真結(jié)果表明，本發(fā)明算法在少量增加復(fù)雜度的情況下提高了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度與系統(tǒng)性能中間取得了很好的折中。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤(pán)等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。