CN101192865B - 上行多用户多入多出系统中的用户配对方法 - Google Patents

Abstract

一种上行多用户多入多出系统中的用户配对方法，首先根据比例公平算法选择第一个用户k；其次根据双比例公平算法选择第二个用户m。根据比例公平算法选择第一个用户k具体方法为：

其中，所述步骤2)中根据双比例公平算法选择第二个用户m具体方法为：

Description

上行多用户多入多出系统中的用户配对方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种上行多用户多入多出系统中(MIMO)的用户配对方法。

背景技术

在上行多用户多入多出(MIMO)系统中，用户终端的功率放大器的配置和上行用户的吞吐量受限于信道带宽是两个非常实际的问题。为了减轻这些问题的负面影响，现有的一种解决方案是，允许两个用户在同一个资源块中传输数据，每个用户只有一根传输天线。在这个方案中，一个非常重要的过程就是用户配对。如今，已经涌现了一些可以提高上行多用户多入多出(MIMO)系统性能的配对方案。

在3GPP LTE会议中，北电(Nortel)提出了随机用户配对和正交用户配对两种方案。随机用户配对根据轮叫调度算法(Round Robin)选择第一个配对用户，然后再随机选择与第一个用户配对的第二个用户。正交用户配对则仍然根据轮叫调度算法(Round Robin)选择第一个配对用户，然后再根据正交方程或者行列式方程来选择与第一个用户配对的第二个用户。北电(Nortel)假设H_n是第n个子载波的空间复用信道，并且定义2x2多入多出(MIMO)信道如下：

$F_n=H_n^H{H}_n=\left[\begin{array}{cc}{f}_{11}& f_{12}\\ f_{21}& f_{22}\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中上标H表示共轭转置。2x2多入多出(MIMO)的正交方程如下：

$D_n=\frac{(f_{11}+f_{22})-(f_{12}+f_{21})}{\mathrm{tr}\left(F_n\right)}---\left(2\right)$

tr(A)表示为矩阵A的迹。2x2多入多出(MIMO)的行列式方程如下：

$D_n=\frac{\det \left(F_n\right)}{\mathrm{tr}\left(F_n\right)}---\left(3\right)$

det(A)表示为矩阵A的行列式。

可以表示为配对用户k₁和k₂在第n个子载波上的正交方程或者行列式方程，平均

的计算如下：

${\stackrel{\‾}{D}}_{k_1{k}_2}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{n,k_1{k}_2}---\left(4\right)$

N表示为被分配给配对用户k₁和k₂的子载波的数目。

正交用户配对方法根据轮叫调度(Round Robin)选择第一个用户k₁，然后根据

的最大值，来选择与第一个用户配对的第二个用户k₂。

高通(Qualcomm)根据比例公平算法选择第一个用户，再根据两个配对用户的最大开环容量来选择第二个用户。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上行多用户多入多出系统中的用户配对方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种上行多用户多入多出系统中的用户配对方法，包括以下步骤：

1)根据比例公平算法选择第一个用户x；

2)根据双比例公平算法选择第二个用户y。

其中，所述步骤1)中根据比例公平算法选择第一个用户x具体方法为：

$P_k\left(n\right)=\frac{\left[{\mathrm{DRC}}_k\left(n\right)\right]}{\left[R_k\left(n\right)\right]}$

$x=\underset{k}{\arg \max }\left\{P_k\left(n\right)\right\}$

其中，DRC_k(n)表示为用户k在时间n可以达到的瞬时数据传输率，R_k(n)表示为低通滤波后用户k的平均数据传输率。

其中，所述步骤2)中根据双比例公平算法选择第二个用户y具体方法为：

$P_m\left(n\right)=\frac{[{\mathrm{DRC}}_x\left(n\right)+{\mathrm{DRC}}_m\left(n\right)]}{[R_x\left(n\right)+R_m\left(n\right)]}$

$y=\underset{m}{\arg \max }\left\{P_m\left(n\right)\right\},$

其中，当配对用户数大于等于3时，在所述步骤2)之后还包括以下步骤：

3)根据多比例公平算法选择第N个用户。所述步骤3)中根据多比例公平算法选择第N个用户具体方法为：

$P_N\left(n\right)=\frac{\underset{u=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{DRC}}_u\left(n\right)}{\underset{u=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_u\left(n\right)}$

N＝arg max{P_N(n)}

其中N表示为第N个配对用户，假设N-1个配对用户已根据双比例公平算法或多比例公平算法选出。

本发明在平均每个用户的频谱效率和数据传输率的公平度之间取得一个很好的平衡。能够以较低的平均每个用户的频谱效率的损失换来更大的数据传输率公平度的增益。

具体实施方式

实施例一：

一种上行多用户多入多出系统中的用户配对方法，包括以下步骤：

1)根据比例公平算法(PF)选择第一个用户x：

$P_k\left(n\right)=\frac{\left[{\mathrm{DRC}}_k\left(n\right)\right]}{\left[R_k\left(n\right)\right]}---\left(5\right)$

$x=\underset{k}{\arg \max }\left\{P_k\left(n\right)\right\}---\left(6\right)$

其中，x表示为所选择的第一个用户，DRC_k(n)表示为用户k在时间n，可以达到的瞬时数据传输率。R_k(n)表示为在低通滤波后用户k的平均数据传输率。在计算第一个用户k的瞬时数据传输率时，可以分别考虑有用户间的干扰和无用户间的干扰两种情况。

2)根据双比例公平算法选择第二个用户y

这种情况下，与第一个用户配对的用户m根据提出的双比例公平算法来选择，算法如下：

$P_m\left(n\right)=\frac{[{\mathrm{DRC}}_x\left(n\right)+{\mathrm{DRC}}_m\left(n\right)]}{[R_x\left(n\right)+R_m\left(n\right)]}---\left(7\right)$

$y=\underset{m}{\arg \max }\left\{P_m\left(n\right)\right\}---\left(8\right)$

其中，y表示根据配对原则所选择的第二个用户，DRC_m(n)表示为用户m在时间n，可以达到的瞬时数据传输率。R_m(n)表示为低通滤波后用户m的平均数据传输率。在第二个用户对第一个用户没有干扰的情况中，假设在接受端连续干扰消除(SIC)和最小均方误差(MMSE)检测可以完全抑制第二个用户对第一个用户的干扰。

实施例二：

对于多个用户(大于等于3)在相同的资源块中传输数据时，可以使用类似于双比例公平配对算法的多比例公平配对算法来选择配对用户。即在实施例一的基础上，增加步骤3)根据多比例公平算法选择第N个配对用户，具体描述如下：

根据多比例公平算法找出所配对的第N个配对用户：

$P_N\left(n\right)=\frac{\underset{u=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{DRC}}_u\left(n\right)}{\underset{u=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_u\left(n\right)},$ N＝arg max{P_N(n)}

其中N表示为第N个配对用户(假设N-1个配对用户已根据双比例公平算法或多比例公平算法选出)。

在仿真环境中，我们假设两个用户在相同的资源块中传输数据。为了仿真不同位置的用户，我们把一个小区内的12个用户平均分成三组，每一组在接受端的平均信噪比分别为5dB，10dB和15dB。然后我们根据不同的配对准则再选取两个用户组成2x2上行多用户多入多出(MIMO)系统。具体的参数设置见表1，仿真结果见表2。

表1仿真参数的设置

子帧长度	3840比特
		快速傅利叶变换(FFT)长度	512
配对的用户	2
		小区内的用户	12
载波频率	2吉赫兹
		采样频率	7.68兆赫兹
用户的移动速度	3公里/小时
		信道类型	典型城市信道(TU)
每个用户的天线数	1
		基站端的天线数	2
接收机	最小均方误差(MMSE)/排序连续干扰消除(OSIC)
		功率控制	无
信道估计	理想

表2各个方案的频谱效率和公平度的比较

表2中，虽然高通的方案能取得最大的平均用户的频谱效率，但是数据传输率的公平度非常的差。而本发明的方案可以在平均每个用户的频谱效率和数据传输率公平度之间取得一个很好的平衡。从表中可以看出，本发明与高通(Qaulcomm)的方案相比，本发明的方案仅以约6％平均每个用户的频谱效率的损失换来了约30％的数据传输率公平度的增益。

Claims (1)

1.一种上行多用户多入多出系统中的用户配对方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据比例公平算法选择第一个用户x；

2)根据双比例公平算法选择第二个用户y；

所述步骤1)中根据比例公平算法选择第一个用户x具体方法为：

$P_k\left(n\right)=\frac{\left[{\mathrm{DRC}}_k\left(n\right)\right]}{\left[R_k\left(n\right)\right]}$

$x=\underset{k}{\arg \max }\left\{P_k\left(n\right)\right\}$

其中，DRC_k(n)表示为用户k在时间n可以达到的瞬时数据传输率，R_k(n)表示为低通滤波后用户k的平均数据传输率；

所述步骤2)中根据双比例公平算法选择第二个用户y具体方法为：

$P_m\left(n\right)=\frac{[{\mathrm{DRC}}_x\left(n\right)+{\mathrm{DRC}}_m\left(n\right)]}{[R_x\left(n\right)+R_m\left(n\right)]}$

$y=\underset{m}{\arg \max }\left\{P_m\left(n\right)\right\}$

其中，y表示根据配对原则所选择的第二个用户，DRC_m(n)表示为用户m在时间n，可以达到的瞬时数据传输率，R_m(n)表示为低通滤波后用户m的平均数据传输率。