《一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104202075A43申请公布日20141210CN104202075A21申请号201410476308322申请日20140917H04B7/0620060171申请人广州大学地址510000广东省广州市番禺广州大学城外环西路230号72发明人唐冬吕明霞74专利代理机构广州凯东知识产权代理有限公司44259代理人姚迎新54发明名称一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法57摘要本发明是一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法，包括步骤移动台接收由基站发射的公共导频序列，经处理获得精确的信道状态信息，反馈给基站；将所有共K个移动台用户随机分为M组，。
2、每组用户数为N；在M个组内，分别采用穷举法从各自N个用户中选取K个用户同时通信的所有可能的组合，根据每个用户接收信号矢量计算系统的和容量，选出和容量最大的那一组；在M个组之间，选取和容量最大的那一组参与同基站之间的通信；基站发射机对选出用户组合中每个用户信号分别进行处理，通过天线发射出去；选出用户组合中每个用户接收机采用最大比合并方式接收信号。本发明具有调度所需的运算量减少、效率提高等优点。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4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1页说明书4页附图4页10申请公布号CN104202075ACN104202075A1/1页21一种基。
3、于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1移动台接收端接收由基站发射的公共导频序列，经处理获得精确的信道状态信息，然后将所述信道状态信息反馈给基站；2基站根据所述信道状态信息对要求参与传输的K个用户随机分为M组，每组用户数为N；3在M组内，分别采用穷举法从各自N个用户中选取K个用户同时通信的所有可能的组合，根据每个用户的接收信号矢量计算各种组合下的系统和容量，选出系统和容量最大的一组K个用户；4比较M组各自选中的系统和容量最大的一组K个用户的系统和容量，选取M组中系统和容量最大的一组的K个用户参与同基站之间的通信；5基站发射机对选出M组中系统和容量最大的一。
4、组中每个用户信号分别进行信道编码、功率控制和波束成形处理，通过天线发射出去；6M组中系统和容量最大的一组中每个用户接收机采用最大比合并方式接收信号。2根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中接收信号矢量根据下述公式计算得到其中，R为NR1接收信号矢量，S0为发射信号，P0为目标用户平均接收功率，PJ为干扰用户J的平均功率并假设每个干扰用户的功率相同，H0为NRNT维信道矩阵，HJ为NRNT维干扰信道矩阵，N为复高斯白噪声矢量，L为干扰用户数，WT为发射波束成形矢量，SJ为干扰用户发射的信号。3根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中同时进行通信的用户之间互为共信道干扰，邻道干扰时的每。
5、个移动用户接收端的信号干扰噪声比为其中MAX为的最大特征值，UMAX是的最大特征值MAX对应的特征向量，H是共轭转秩运算符，0为用户的信号噪声比，I为干扰用户的信噪比，H0为NRNT维信道矩阵，HJ为NRNT维干扰信道矩阵。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于系统和容量采用下述公式确定为CLOG21；其中C为系统容量，为每个移动用户接收端的信号干扰噪声比SINR。5根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过分组可适用并行算法完成相关运算。权利要求书CN104202075A1/4页3一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法技术领域0001本发明涉及一种基于多输入多输出多用户快速调度的。
6、无线数据传输方法，属于无线通信技术领域。背景技术0002在无线通信链路的两端使用空间分开的多根天线的MIMO系统，可以在点对点通信中获得空间分集增益以提高传输的可靠性，或者获得空分复用增益以提高频谱效率。具体体现在1空间分集主要用于抗多径衰落，对于一个具有N根接收天线和M根发射天线的MIMO系统，假设不同天线对之间的信道服从独立同分布的RAYLEIGH衰落，应用空时编码可以获得NM的分集度。因此即使在非常复杂的传播环境下，MIMO系统也可以实现数据流的高质量传输。2空分复用主要用于提高传输速率，在独立信道的假设条件下MIMO系统的容量随MINN，M线性增长。此外，通过多个无线节点构成的虚拟MI。
7、MO技术还可广泛应用于无线传感器网络和MESH网络等环境。0003MIMO技术的以上突出优点使其成为无线通信发展的必然方向，是新一代高速移动网、固定宽带无线接入BWA网的关键技术，已经成为IEEE80216WIMAX和IEEE80211N的可选技术，是新一代无线通信系统4G、5G倍受青睐的研究方向。0004MIMO多用户分集技术考虑数据业务的特点，采用高效的用户调度机制，可以大幅度提高接入网在高密度用户条件下的频谱效率。尽管MIMO系统在单用户情形下可以通过增加天线数来提高系统的容量，然而增加天线将使系统的成本、功耗等大幅度上升。此外，实际的通信系统，通常是由许多用户构成的多用户系统，需要考虑。
8、如何减小用户之间的干扰、如何合理地在用户间分配有限的无线资源。0005在由AP或基站和多个移动用户构成的点对多点数据通信链路中，由于无线信道的随机波动性，它们到基站的信道随时间的衰落相互独立，考虑到数据业务对有限时延不敏感的特点，在媒介控制层置入一个数据包调度器，在每个时隙根据每个用户到AP之间的信道状态信息CSI，采用合适的调度策略把共享的无线资源分配给信道质量最好的一个或一组用户，可以大幅度提高MIMO多用户系统的吞吐量，从而获得多用户调度增益多用户分集增益MUD。此外，通过设计适当的系统结构、引入发射端预处理等措施，可以人为地增大信道衰落的幅度和变化速率，进一步提高多用户分集增益。000。
9、6综上所述，在接入网系统中采用MIMO多用户分集技术可以在不增加天线及相关硬件的投入的情况下，大幅度提高系统在多用户条件下的吞吐量，具有无需额外的发射功率、无需占用过多的带宽资源、对各种传输技术的适应性强且使用灵活等优点，可直接用于WIMAX、TDSCDMA等3G标准及其LTE演进版本，已经成为新一代无线通信系统的研究热点。0007为了获得多用户分集增益，需要在每个时隙选择调度合适的用户参与传输。目前的调度算法主要分为单用户调度和多用户调度。00081单用户调度，在每个时隙只调度一个用户参与传输。相关调度算法主要有以下说明书CN104202075A2/4页4几种0009贪婪调度方法，在每个时隙。
10、选择信道条件最好的用户参与传输。该算法选出的用户通常具有最佳接收的信噪比，可以获得最高的系统吞吐量。但是那些距离基站较远的用户可能始终没有接入的机会，因此该方法没有考虑用户的公平性。0010比例公平调度方法，在每个时隙选择瞬时信噪比和平均信噪比的比值最大的用户参与传输。该算法选出的用户通常处于自己一段时间以来最好的信道条件不考虑和其它用户做比较，因此该方法充分考虑到用户所处位置对接入的影响，可以获得最佳的用户公平性。但系统吞吐量有所下降。00112多用户调度，在每个时隙调度多个用户同时参与传输。相关调度方法主要为穷举搜索法。设有K个用户希望接入，系统支持同时供N个用户同时传输，则穷举搜索法需要。
11、遍历所有的种组合。当参与调度的用户数K和选中的用户数K增加时，系统调度的计算量会大幅度增加为KK，一方面使得系统开销过高而无法承受，另一方面导致处理延时增加，以至于调度速度无法赶上信道的变化，进而降低所获得的多用户分集增益，并可能导致错误调度。0012可见，基于现有的MIMO多用户分集技术采用的穷举搜索调度算法来进行多用户数据传输，面临复杂度随参与调度用户数增长过快的问题。发明内容0013本发明的目的是弥补上述技术缺陷，降低调度算法复杂度，提供一种基于多输入多输出MIMO多用户快速调度的无线数据传输方法，适用于MIMO、虚拟MIMO及采用相关技术的移动通信网、MESH网络、无线传感器网络等无线。
12、数据通信环境。0014本发明的目的通过以下技术方案予以实现0015一种基于多输入多输出多用户快速调度的无线数据传输方法，该方法包括以下步骤00161移动台接收端接收由基站发射的公共导频序列，经处理获得精确的信道状态信息，然后将所述信道状态信息反馈给基站；00172基站根据所述信道状态信息对要求参与传输的K个用户随机分为M组，每组用户数为N；00183在M组内，分别采用穷举法从各自N个用户中选取K个用户同时通信的所有可能的组合，根据每个用户的接收信号矢量计算各种组合下的系统和容量，选出系统和容量最大的一组K个用户；00194比较M组各自选中的系统和容量最大的一组K个用户的系统和容量，选取M组中系。
13、统和容量最大的一组的K个用户参与同基站之间的通信；00205基站发射机对选出M组中系统和容量最大的一组中每个用户信号分别进行信道编码、功率控制和波束成形处理，通过天线发射出去；00216M组中系统和容量最大的一组中每个用户接收机采用最大比合并方式接收信号。0022进一步的，步骤3中接收信号矢量根据下述公式计算得到说明书CN104202075A3/4页500230024其中，R为NR1接收信号矢量，S0为发射信号，P0为目标用户平均接收功率，PJ为干扰用户J的平均功率并假设每个干扰用户的功率相同，H0为NRNT维信道矩阵，HJ为NRNT维干扰信道矩阵，N为复高斯白噪声矢量，L为干扰用户数，WT为。
14、发射波束成形矢量，SJ为干扰用户发射的信号。0025进一步的，步骤3中同时进行通信的用户之间互为共信道干扰，邻道干扰时的每个移动用户接收端的信号干扰噪声比为00260027其中MAX为的最大特征值，UMAX是的最大特征值MAX对应的特征向量，H是共轭转秩运算符，0为用户的信号噪声比，I为干扰用户的信噪比，H0为NRNT维信道矩阵，HJ为NRNT维干扰信道矩阵。0028进一步的，系统和容量采用下述公式确定0029为CLOG21；0030其中C为系统容量，为每个移动用户接收端的信号干扰噪声比SINR。0031进一步的，通过分组可适用并行算法完成相关运算。0032与现有技术相比较，本发明的优点如下0。
15、0331、本发明的MIMO多用户分集系统的分组多用户快速调度方法，在系统容量损失有限的情况下，其调度复杂度由传统穷举搜索法的KK大大下降为MNK,KMN。00342、本发明的MIMO多用户分集系统的分组多用户快速调度方法，特别适合采用并行计算完成调度所需的用户选择，可进一步提高系统运算效率。0035总而言之，本发明提出的新调度方法可在系统吞吐量和调度复杂度之间达到较好的折衷，因此具有较高的实用价值。附图说明0036图1为采用分组多用户快速调度方法的多用户MIMOMRC系统基站发射机系统框图；0037图2是本发明实施例的多用户MIMO系统中的全局调度算法框图；0038图3是本发明实施例的多用户M。
16、IMO系统中的组内选出和容量最大的K个用户的算法框图0039图4为22MIMOMRC系统本发明算法不同分组下获得的系统容量与传统穷举法的比较；0040图5为22MIMOMRC系统本发明算法不同分组下对应的调度复杂度与传统穷举法的比较。说明书CN104202075A4/4页6具体实施方式0041如图1至图3所示，考虑由一个基站和K个移动用户组成的多用户MIMO系统的下行链路，在基站和移动台分别安置NT和NR根天线，信道中有L个共道干扰用户，干扰用户安装NR根天线。由此，每个移动台或干扰台与基站构成一个NTNR维MIMO多天线系统。在基站发射机端采用波束成形，移动台接收端采用最大比合并接收，即构成。
17、MIMOMRC系统。0042在每个时隙，调度步骤如下00431K个移动台接收端可以通过接收由基站发射的公共导频序列，经处理获得精确的信道状态信息CSI，并通过反馈信道无延迟、无失真地将CSI反馈给基站发射机，即反馈信道的延迟和误差忽略不计。00442基站根据所述信道状态信息对要求参与传输的K个用户随机分为M组，每组用户数为N；00453在M组内，分别采用穷举法从各自N个用户中选取K个用户同时通信的所有可能的组合，根据每个用户接收信号矢量计算各种组合下的系统和容量和容量指两个及以上用户同时进行通信的容量，由于这些用户互为干扰，因此和容量通常小于各个用户单独通信时容量的和，选出系统和容量最大的那一。
18、组K个用户。应当注意，尽管在基站发射端已经为每个移动台配置了波束成形矢量矩阵，但配对用户之间仍然互为共信道干扰；00464比较M组各自选中的系统和容量最大的一组K个用户的系统和容量，选取系统和容量最大的那一组的K个用户参与同基站之间的通信，其他用户处于沉默；00475基站发射机对选出M组中系统和容量最大的一组中每个用户信号分别进行信道编码、功率控制和波束成形处理，通过NT根天线发射出去。这些信号在传输过程中将混入加性高斯白噪声；00486M组中系统和容量最大的一组中每个用户接收机采用最大比合并方式接收信号。0049一个时隙结束后，重复步骤16。0050如图4所示，与传统穷举调度算法相比，本发明。
19、方法对应的系统和容量有一定损失，且随着分组数的增加损失逐步提高，表明分组数不宜过大；0051如图5所示，与传统调度算法复杂度随参与调度用户数K和选中用户数K成KK关系增长相比，新调度算法的调度复杂度大大下降为MNK,NK/M。特别需要注意的是，由于采用分组方式，对应的调度算法特别适用于并行计算，有助于进一步提高调度速度和效率。0052表明本发明体粗的新调度方法，为在系统容量和调度复杂度之间达到良好的平衡提供了一种有效的方法，提高了相关算法的系统可实现性，具有较高的实用价值。说明书CN104202075A1/4页7图1说明书附图CN104202075A2/4页8图2说明书附图CN104202075A3/4页9图3说明书附图CN104202075A4/4页10图4图5说明书附图CN104202075A10。