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1、10申请公布号CN104113399A43申请公布日20141022CN104113399A21申请号201410336019322申请日20140715H04L1/06200601H04B7/0620060171申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号72发明人吴俊陆欣璐黄新林谭彬翟瑜博王敏74专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人叶敏华54发明名称多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法57摘要本发明涉及一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，包括以下步骤步骤S1基于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号；步骤S2发送端接。
2、收用户反馈的信道向量，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法进行用户选择，每次迭代选定一个用户索引，此用户索引满足信道向量F范数平方值最大或矩阵条件数最小，获得性能最好的用户集合，构成射频链路，并发送传输符号。与现有技术相比，本发明具有发送端的等功率分配、有限的动态变化范围以及能减少硬件压力等优点，比传统算法的性能要好，能挑选出更具有正交性的用户，从而减小各个用户之间的干扰。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN104113399ACN104113399A1/2页21一种多用户MIMO。
3、系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S1设基站发送端配置M个发送天线，接收用户配置单天线，接收天线为K个，基于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号；步骤S2发送端接收用户反馈的信道向量HK，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法进行用户选择，选出性能最好的用户集合，构成射频链路，并发送传输符号。2根据权利要求1所述的一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其特征在于，所述的预编码处理具体步骤为101令预编码矩阵为其中，HIID是一个KM的矩阵且服从均值为零方差为1的独立同分布，可随机产生，RTX是一个KK的矩阵，且每个元素RIJ表示天线。
4、之间的关系I和J表示天线的序号，DIJ表示两根天线之间的距离，是子载波的波长，J0是零阶贝塞尔函数；102基于预编码矩阵获得传输符号，即用户接收到的信号Y为其中，H是信道矩阵，S是发送的原始符号，是一个对角阵且对角元素为信道增益，N是高斯白噪声。3根据权利要求1所述的一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其特征在于，所述的基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法具体步骤为201设为迭代次数I的用户选择集合，初始化用户选择集合K是系统中所有的用户，被挑选出的用户集合S，为空集；202选择信道向量F范数平方值最大的用户索引I，即其中GHK是反馈的CQI，且203判断被挑选出的用户的信。
5、道向量的条件数是否满足条件其中，HI是用户索引I的信道向量，N是规定的条件数的阈值，N1，如果满足条件，那么SSI，否则，需要重新挑选I，即权利要求书CN104113399A2/2页3204设用户集合S内的用户个数为P，若PM，则更新用户集合即其中，是量化之后的信道方向信息，且是半正交用户的阈值，迭代次数更新II1，执行步骤202，若PM，即集合S选择满M个用户，则算法结束，S为性能最好的用户集合。4根据权利要求3所述的一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，其特征在于，所述的半正交用户的阈值取值为权利要求书CN104113399A1/5页4多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用。
6、户选择方法技术领域0001本发明涉及无线通信领域的多用户设备调度技术领域，尤其是涉及一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法。背景技术0002现如今，MIMOMULTIPLEINPUTMULTIPLEOUTPUT，多输入多输出技术在越来越多的无线通信系统中被使用，如3GPP长期演进LTE、4G甚至是最新的5G小蜂窝网络中。在多用户MIMO广播信道中，具备M根发射天线MANTENNAS的基站与K个具有多接收天线的移动用户USER1USERK进行通信，如图1所示，基站用户选择USERSELECTION后，信号经破零波束形成ZFBF或ZEROFORCEDPCZFDPC编码，由发射天线与接。
7、收天线进行数据传输，用户再通过通过反馈信道FEEDBACK向基站传输重要的信道状态信息CSI，包含信道方向信息CDI和信道质量信息CQI，这种系统能够获得多用户分集增益。相比单用户MIMO，多用户MIMO存在一些固有的问题。在向多个用户传输数据室，由于空间商不同用户的数据是叠加在一起的，产生的多用户干扰对系统和容量影响较大。预编码技术是发送端在发送信号之前，根据已知的用户的信道状态信息，对每个要传输的用户的信息进行预处理，使每个用户的接收机通过简单地处理即可获取自己的信息。根据现有的研究，脏纸编码技术DPC是最优的预编码方式，能够在相同情况下取得最佳的总速率容量，而总速率容量是衡量一个多用户M。
8、IMO系统性能的重要参数，它能估计传输的有效性。然而，脏纸编码因其高复杂度的编码和解码操作在实际系统中很难被使用。0003在多用户MIMO系统中，预编码技术可以有效的消除多用户干扰，但是如果基站同时服务的用户的信道相关性太大会严重影响系统的总速率容量，合理的用户选择不仅能提高系统的总速率容量，还能兼顾用户的公平性。因此，一些次优的方案被提出来减小复杂度，如破零波束形成ZFBF和破零脏纸编码ZDPC。空分多用户接入方案如ZFBF和ZFDPC可以取得最佳的总速率容量通过选择合适的权重向量来避免各个用户投影的干扰。目前，基站通过结合用户选择算法和ZFBF或ZFDPC方案来取得最佳的总速率容量，即用户。
9、选择模块可以决定被选择用户的序号，而ZFBF或ZFDPC模块可以选择合适的权重来匹配用户，尽量减少用户之间的干扰。然而，很多时候情况下权重的选择是很难的，YOO等人研究了ZFBF下的用户选择算法，提出了半正交用户选择算法SUS，其原理如图2所示，其可以通过简单的用户选择算法获得比较好的性能，并考虑用户的公平性，而SUS是比较经典的用户选择算法，为了进一步减少算法复杂度、合理地进行用户选择，尽量减少用户之间的干扰，需要对SUS算法进行改进。发明内容0004本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，基于一个新的预编码矩阵对传输数据进行。
10、预编码，同时改进半正交用户选择算法，从而提高系统性能。说明书CN104113399A2/5页50005本发明的目的可以通过以下技术方案来实现0006一种多用户MIMO系统中基于矩阵条件数的用户选择方法，包括以下步骤0007步骤S1设基站发送端配置M个发送天线，接收用户配置单天线，接收天线为K个，基于预编码矩阵对原始符号进行预编码处理，获得传输符号；0008所述的预编码处理具体步骤为0009101令预编码矩阵为00100011其中，HIID是一个KM的矩阵且服从均值为零方差为1的独立同分布，RTX是一个KK的矩阵，且每个元素RIJ表示天线之间的关系I和J表示天线的序号，DIJ表示两根天线之间的距。
11、离，是子载波的波长，J0是零阶贝塞尔函数；0012102基于预编码矩阵获得传输符号，即用户接收到的信号Y为00130014其中，H是信道矩阵，S是发送的原始符号，是一个对角阵且对角元素为信道增益，N是高斯白噪声；0015步骤S2发送端接收用户反馈的信道向量HK，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法进行用户选择，构成射频链路，并发送传输符号；0016所述的基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法具体步骤为0017201设为迭代次数I的用户选择集合，初始化用户选择集合K是系统中所有的用户，被挑选出的用户集合S，为空集；0018202选择信道向量F范数平方值最大的用户索引I，即00190020其。
12、中GHK是反馈的CQI，且0021203判断被挑选出的用户的信道向量的条件数是否满足条件00220023其中，HI是用户索引I的信道向量，N是规定的条件数的阈值，N1，如果满足条件，那么SSI，否则，需要重新挑选I，即0024说明书CN104113399A3/5页60025204设用户集合S内的用户个数为P，若PM，则更新用户集合即00260027其中，是量化之后的信道方向信息，且是半正交用户的阈值，迭代次数更新II1，执行步骤202，若PM，即集合S选择满M个用户，则算法结束，S为性能最好的用户集合；0028所述的半正交用户的阈值取值为0029与现有技术相比，本发明具有以下优点00301本发。
13、明设计了一个预编码矩阵，新的预编码矩阵可以简化接收的信号，实现发送端的等功率分配，减少基站端发射天线的硬件复杂度，即减少发射天线的压力。00312本发明提出一个基于半正交用户选择的改进算法，改进的算法不仅可以利用半正交用户选择的优点，也可以利用条件数的优势，从而可以挑选具有好的正交性的用户，减少用户间的干扰。通过仿真验证，总速率容量可以超过传统的算法。附图说明0032图1为单天线的多用户MIMO系统示意图；0033图2为半正交用户选择算法的原理示意图；0034图3为本发明的流程示意图；0035图4为传统和改进算法的性能比较示意图。具体实施方式0036下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
14、。0037如图1所示，一个多用户的MIMO系统，基站发送端有M个发送天线，移动接收用户配置单天线，接收天线为K个。在发射端，基站知道完全的信道状态信息CSI，包含信道方向信息CDI和信道质量信息CQI，其中，使用的CDI是量化的，且CQI包含信道相位或者信号与干扰加噪声比SINR，则进行对MIMO系统进行基于矩阵条件数的用户选择，包括以下步骤0038步骤S1基于预编码矩阵对原传输符号进行预编码处理，获得传输符号；0039预编码处理具体步骤为0040101令预编码矩阵为00410042其中，HIID是一个KM的矩阵且服从均值为零方差为1的独立同分布，RTX是一个KK的矩阵，且每个元素RIJ表示天。
15、线之间的关系I和J表示天线的序号，DIJ表示两根天线之间的距离，是子载波的波长，J0是零阶贝塞尔函数；0043102基于预编码矩阵获得传输符号，即用户接收到的信号Y为0044说明书CN104113399A4/5页70045其中，H是信道矩阵，S是发送的原始符号，是一个对角阵且对角元素为信道增益，根据实际的信道条件可确定，N是高斯白噪声。0046步骤S2发送端接收用户反馈的信道向量HK，利用基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法进行用户选择，获得性能最好的用户集合，构成射频链路，并发送传输符号。半正交选择算法的原理如图2所示；0047如图3所示，基于矩阵条件数的半正交用户选择改进算法具体步骤为0。
16、048201设为迭代次数I的用户选择集合，初始化用户选择集合K是系统中所有的用户，被挑选出的用户集合S，为空集；0049202选择信道向量F范数平方值最大的用户索引I，即00500051其中GHK是反馈的CQI，且0052203判断被挑选出的用户的信道向量的条件数是否满足条件00530054其中，HI是用户索引I的信道向量，N是规定的条件数的阈值，N1，且越小越好，如果满足条件，那么SSI，否则，需要重新挑选I，即00550056204设用户集合S内的用户个数为P，若PM，则更新用户集合即00570058其中，是量化之后的信道方向信息，且是半正交用户的阈值，迭代次数更新II1，执行步骤202，。
17、若PM，即集合S选择满M个用户，则算法结束，S为性能最好的用户集合。0059通过仿真比较，我们发现和N的设置对总速率容量有很大的影响。一般来说，当时，能取得最佳的总速率容量。此外，N的值设置应该权衡正交性和总速率容量的关系，当条件数小的时候，各个用户之间的正交性比较好，但找到满足条件的用户则比较难，从而影响总速率容量，反之亦然。0060如图4所示，对传统半正交选择算法和条件数为5的半正交选择改进算法的性能进行比较，可以看出本发明的算法提高整个系统的总速率容量。说明书CN104113399A5/5页80061以上所述，仅是本发明的较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。说明书CN104113399A1/3页9图1图2说明书附图CN104113399A2/3页10图3说明书附图CN104113399A103/3页11图4说明书附图CN104113399A11。