CN101834646A - 用户选择方法、用户选择装置和基站 - Google Patents

用户选择方法、用户选择装置和基站 Download PDF

Info

Publication number
CN101834646A
CN101834646A CN200910127426A CN200910127426A CN101834646A CN 101834646 A CN101834646 A CN 101834646A CN 200910127426 A CN200910127426 A CN 200910127426A CN 200910127426 A CN200910127426 A CN 200910127426A CN 101834646 A CN101834646 A CN 101834646A
Authority
CN
China
Prior art keywords
subscriber equipment
user
matrix
family
cluster tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910127426A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101834646B (zh
Inventor
吕晶
罗汉文
丁铭
蒋武扬
刘市
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Sharp Corp
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University, Sharp Corp filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN 200910127426 priority Critical patent/CN101834646B/zh
Publication of CN101834646A publication Critical patent/CN101834646A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101834646B publication Critical patent/CN101834646B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用户选择装置，包括：系统容量计算单元，用于根据各用户设备(UE)的信道矩阵和各UE的数据流数，计算各UE的信道容量；UE选择单元，用于选择信道容量最大的UE，作为已选UE，更新已选UE集合和未选UE集合；依次从未选UE集合中选择一个UE，与已选UE集合构成UE子集；选择使系统容量增加最大的UE，作为已选UE，更新已选UE集合和未选UE集合；以及如果已选UE数小于所能支持的最大UE数，基于更新后的已选UE集合和未选UE集合，再次构建UE子集，否则输出已选UE集合，完成用户选择处理，其中所述系统容量计算单元还用于采用正交空分复用技术，确定UE选择单元所构成的每个UE子集的系统容量。本发明还公开了一种用户选择方法以及包括上述用户选择装置的BS。

Description

用户选择方法、用户选择装置和基站
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种用户选择方法、用户选择装置和基站，可应用于多用户多输入多输出(MIMO)正交空分复用(OSDM)系统。
背景技术
空分复用是下行多用户MIMO系统中消除用户间共信道干扰、实现空分多址的技术。在系统用户数比较多时，如何有效地选择可同时服务的用户集合、以提高系统容量是空分多址系统中的主要研究课题之一。块对角化(BD)是一种典型的实现空分多址的空分复用技术。Low complexity user selection algorithms for multiuser MIMO systems with block diagonalization(IEEE Transactions on Signal Processing，vol.54，no.9，Sept.2006，pp.3658～3663)提出了适用于BD系统的两种低复杂度的多用户选择方法：
一种是基于容量最大化的多用户选择算法：首先从所有用户中选择容量最大的单个用户；在随后的每一步迭代中，从剩余用户中选择使得系统容量增加最大的用户；在已选择用户数为系统支持的最大用户数，或无论增加哪一个用户系统容量都下降时算法终止。
另一种是基于Frobenius范数的多用户选择算法：先从所有用户中选择信道能量最大的单个用户；在随后的每一步迭代中，从剩余用户中选择使得信道能量增加最大的用户，直至已选择用户数为系统支持的最大用户数；最后采用如前所述的基于容量最大化的多用户选择算法确定最终选择用户。
但BD技术要求基站天线数不少于用户天线数之和，限制了可同时服务的用户数。On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528～541)提出了一种低复杂度的半正交多用户选择算法，但其仅适用于BD系统的特例：迫零波束成型系统，而不适用于用户接收天线大于1时的一般BD系统。Generalized multiuser orthogonal space-division multiplexing(IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.3，no.6，Nov.2004，pp.1969～1973)提出了一种实现多用户的方法——OSDM技术，通过迭代联合优化用户发送预编码矩阵和接收处理矩阵，消除了用户间干扰，仅要求基站天线数不少于用户数据流数之和，相对于BD预编码技术，可以提高同时支持的用户数。然而，系统同时支持的用户数有限，需要选出用户子集以进行服务。
发明内容
本发明基于Generalized multiuser orthogonal space-division multiplexing(IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.3，no.6，Nov.2004，pp.1969～1973)所提出的OSDM技术，提出了一种用户选择方法、用户选择装置和基站。
根据本发明的第一方案，提出了一种用户选择装置，包括：系统容量计算单元，用于根据各用户设备的信道矩阵和各用户设备的数据流数，计算各用户设备的信道容量；用户设备选择单元，用于选择信道容量最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；依次从未选用户设备集合中选择一个用户设备，与已选用户设备集合构成用户设备子集；选择使系统容量增加最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；以及如果已选用户设备数小于所能支持的最大用户设备数，基于更新后的已选用户设备集合和未选用户设备集合，再次构建用户设备子集，否则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理，其中所述系统容量计算单元还用于采用正交空分复用技术，确定用户设备选择单元所构成的每个用户设备子集的系统容量。
优选地，如果每个用户设备子集的系统容量都不大于当前已选用户设备集合的系统容量，则所述用户设备选择单元输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
优选地，所述系统容量计算单元包括：接收处理矩阵初始化子单元，用于初始化用户设备子集中任一用户设备的接收处理矩阵Rj为单位阵；乘积矩阵对角化处理子单元，用于根据用户设备子集中各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，通过迭代，执行多用户等效信道矩阵He与多用户预编码矩阵T的乘积矩阵HeT的对角化处理，从而获得各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj；系统容量计算子单元，用于基于用户设备子集中各用户设备的信道矩阵Hj、更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，确定用户设备子集的系统容量。
优选地，所述乘积矩阵对角化处理子单元执行以下操作：根据各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，计算该各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000031
对所述LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000032
进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000033
求出由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵对各用户设备的信道矩阵Hj与零奇异列向量矩阵
Figure B2009101274262D0000035
的乘积矩阵
Figure B2009101274262D0000036
进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000037
求出Uj和Vj；将各用户设备的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj更新为：Rj＝Uj，[1:n]和将各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000039
按照j的顺序从上至下排列成多用户等效信道矩阵He，将各用户设备的预编码矩阵Tj按照j的顺序从左至右排列成多用户预编码矩阵T；如果乘积矩阵HeT的非对角线元素范数大于预设精度ε，则返回LACK-j矩阵计算步骤，否则输出各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，完成乘积矩阵HeT的对角化处理。
优选地，基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所述最大用户设备数确定装置确定所能支持的最大用户数其中
Figure B2009101274262D0000042
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
优选地，所述用户选择装置适用于多用户多输入多输出正交空分复用系统。
根据本发明的第二方案，提出了一种基站，包括：接收装置，用于接收各用户设备反馈的信号；信道矩阵获取装置，用于对所述接收装置所收到的用户设备反馈信号进行处理，获得各用户设备的信道矩阵；最大用户设备数确定装置，用于根据所述基站的发射天线数和各用户设备的数据流数，确定所能支持的最大用户数；以及根据本发明第一方案所述的用户选择装置，用于从所有用户设备中，选择部分用户设备，输出已选用户设备集合，从而使系统容量最大化。
优选地，在频分双工系统中，所述接收装置接收各用户设备反馈的信道矩阵，所述信道矩阵获取装置从所述接收装置所收到的用户设备反馈信号中提取出各用户设备的信道矩阵。或者，在时分双工系统中，所述接收装置接收各用户设备反馈的上行导频信号，所述信道矩阵获取装置通过对所述上行导频信号执行信道估计，获得各用户设备的信道矩阵。
优选地，所述基站还包括：发送装置，用于针对已选用户设备集合中的每一用户设备，将所述用户设备的更新接收处理矩阵传输给所述用户设备，作为所述用户设备的接收处理矩阵；以及预编码装置，用于针对已选用户设备集合中的每一用户设备，以所述用户设备的更新预编码矩阵，对要传输给所述用户设备的数据进行编码，然后，通过所述发送装置将编码数据传输给所述用户设备。
优选地，所述基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所述最大用户设备数确定装置确定所能支持的最大用户数
Figure B2009101274262D0000043
其中
Figure B2009101274262D0000044
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
根据本发明的第三方案，提出了一种用户选择方法，包括：获得各用户设备的信道矩阵，确定所能支持的最大用户设备数，并计算各用户设备的信道容量；选择信道容量最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；依次从未选用户设备集合中选择一个用户设备，与已选用户设备集合构成用户设备子集；采用正交空分复用技术，确定每个用户设备子集的系统容量；选择使系统容量增加最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；如果已选用户设备数小于所能支持的最大用户设备数，返回用户设备子集构成步骤，否则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
优选地，所述用户选择方法还包括：如果每个用户设备子集的系统容量都不大于当前已选用户设备集合的系统容量，则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
优选地，在频分双工系统中，各用户设备反馈信道矩阵，由此获得各用户设备的信道矩阵。或者，在时分双工系统中，通过对上行导频信号执行信道估计，获得各用户设备的信道矩阵。
优选地，用户设备子集系统容量确定步骤包括：初始化用户设备子集中任一用户设备的接收处理矩阵Rj为单位阵；根据用户设备子集中各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，通过迭代，执行多用户等效信道矩阵He与多用户预编码矩阵T的乘积矩阵HeT的对角化处理，从而获得各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj；基于用户设备子集中各用户设备的信道矩阵Hj、更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，确定用户设备子集的系统容量。
优选地，乘积矩阵HeT的对角化处理包括：根据各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，计算该各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000051
对所述LACK-j矩阵进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000053
求出由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵
Figure B2009101274262D0000054
对各用户设备的信道矩阵Hj与零奇异列向量矩阵
Figure B2009101274262D0000061
的乘积矩阵
Figure B2009101274262D0000062
进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000063
求出Uj和Vj；将各用户设备的接收处理矩阵Rj和预编码
矩阵Tj更新为：Rj＝Uj，[1:n]和
Figure B2009101274262D0000064
将各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000065
按照j的顺序从上至下排列成多用户等效信道矩阵He，将各用户设备的预编码矩阵Tj按照j的顺序从左至右排列成多用户预编码矩阵T；如果乘积矩阵HeT的非对角线元素范数大于预设精度ε，则返回LACK-j矩阵计算步骤，否则输出各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，完成乘积矩阵HeT的对角化处理。
优选地，所述用户选择方法还包括：针对已选用户设备集合中的每一用户设备，将所述用户设备的更新接收处理矩阵Rj传输给所述用户设备，作为所述用户设备的接收处理矩阵；以及以所述用户设备的更新预编码矩阵Tj，对要传输给所述用户设备的数据进行编码，然后，将编码数据传输给所述用户设备。
优选地，基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所能支持的最大用户数
Figure B2009101274262D0000066
其中
Figure B2009101274262D0000067
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
优选地，根据各用户设备的数据流数n和信道矩阵Hj，计算各用户的信道容量Cj。
优选地，所述用户选择方法适用于多用户多输入多输出正交空分复用系统。
本发明的优点在于：由于实际系统中存在大量用户K，系统同时支持的用户数有限，必须从中选出一个用户子集
Figure B2009101274262D0000068
最优的用户选择需要穷举遍历所有用户子集，搜索复杂度为当用户数较大时计算开销过高。为了降低复杂度，必须减少搜索的子集数，进行次优的用户选择。为了使系统容量损失尽可能小，考虑使用贪心算法，迭代地选择用户。在本发明提出的方法中，首先从所有用户中选择容量最大的单个用户。在随后的每一步迭代中，从剩余用户中选择使得系统容量增加最大的用户。为了使系统容量最大化，可以自适应地调整服务用户数，即无论增加哪一个用户，系统容量都下降，则算法终止，否则直至选出
Figure B2009101274262D0000071
个用户。由上述算法可知，在每次迭代中至多遍历K个用户，且迭代次数至多为
Figure B2009101274262D0000072
故搜索复杂度为
Figure B2009101274262D0000073
相比最优选择极大地降低了计算开销。同时，该算法在每一步迭代中得到的解为局部最优，保证了系统容量损失较小。
附图说明
根据以下结合附图对本发明非限制实施例的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1示出了多用户MIMO系统的示意图。
图2示出了在基站采用4根天线、用户均采用2根天线、每个用户的数据流数为1、信噪比分别为0dB、10dB、20dB的条件下，本发明的技术方案与现有技术之间的比较结果的曲线图。
图3示出了在基站采用6根天线、用户均采用3根天线、每个用户的数据流数为2、信噪比分别为0dB、10dB、20dB的条件下，本发明的技术方案与现有技术之间的比较结果的曲线图。
图4示出了根据本发明的基站400的方框图。
图5示出了根据本发明的用户选择装置440的方框图。
具体实施方式
下面，将根据附图描述本发明。在以下描述中，一些具体的实施例只用于描述的目的，不应该将其理解为对于本发明的任何限制，而只是示例。当可能导致使本发明的理解发生模糊时，将省略传统结构或构造。
原理概述
根据本发明，通过贪心搜索迭代地选择用户，并自适应地调整服务用户数使系统容量最大化，其特点在于：首先从所有用户中选择容量最大的单个用户；在随后的每一步迭代中，从剩余用户中选择使得系统容量增加最大的用户；在已选择用户数为系统支持的最大用户数或增加一个用户后系统容量下降时，结束用户选择处理。
具体地，本发明的用户选择方法可以包括以下步骤：
步骤一：基站获得各用户信道矩阵(频分双工(FDD)下通过用户反馈，时分双工(TDD)下通过信道互易性获得)，设定系统中各用户的数据流数，计算系统支持的最大用户数，令已选用户集合为空，未选用户集合为所有用户集合；
步骤二：基站根据各用户数据流数和信道矩阵计算各用户的信道容量；
步骤三：选择信道容量最大的用户为第一个所选用户，更新已选用户集合和未选用户集合；
步骤四：依次从未选用户中选择一个用户，与已选用户构成用户子集，对此用户子集采用OSDM技术，得到该用户子集组成的系统容量；
步骤五：若无论增加哪一用户，系统容量都下降，则用户选择过程结束，否则选择使得系统容量增加最大的用户，更新已选用户集合和未选用户集合；
步骤六：若已选用户数小于系统支持的最大用户数，则回到步骤四，否则用户选择过程结束；
步骤七：基站将选择用户过程中得到的用户接收处理矩阵传给对应用户作为其接收处理矩阵，数据经选择用户过程中得到的预编码矩阵后，由基站向选中用户发送。
所述的步骤一，具体为：基站获得系统中K个用户的信道矩阵Hj(1≤j≤K)(频分双工(FDD)下通过用户反馈，时分双工(TDD)下通过信道互易性获得)，基站发射功率为P，基站天线数为nT，每个用户天线数为nR，每个用户数据流数为n(1≤n≤nR)，则系统同时支持的最大用户数
Figure B2009101274262D0000081
其中
Figure B2009101274262D0000082
表示向下取整。si表示第i次选择用户的标号，si∈{1，2，..，K}，
Figure B2009101274262D0000083
Ω表示未选择用户的集合，Υ表示已选择用户的集合，令Ω＝{1，2，...，K}，
所述的步骤二，具体为：
Figure B2009101274262D0000092
对用户j的信道矩阵Hj作奇异值分解，得Hj＝UjΛjVj。用户j接收处理矩阵Rj＝Uj，[1:n]，预编码矩阵Tj＝Vj，[1:n](Uj，[1:n]、Vj，[1:n]分别为Uj和Vj前n列构成的矩阵)，则
Figure B2009101274262D0000093
(Λj，[1:n]为Λj前n列构成的矩阵)。对Dj中非零元素集(即Hj前n个大的奇异值)进行功率注水得用户j发送功率矩阵Qj(Tr(Qj)≤P)，则用户j容量Cj为
Figure B2009101274262D0000094
所述的步骤三，具体为：选择容量最大的用户
Figure B2009101274262D0000095
为第一个所选用户，令
Figure B2009101274262D0000096
将选中用户s1加入集合Υ中，从集合Ω中去掉选中用户s1，即Υ＝{s1}，Ω＝Ω-{s1}，i＝2；
所述的步骤四，具体为：
Figure B2009101274262D0000097
令
Figure B2009101274262D0000098
用户k与集合Υ组成用户子集
Figure B2009101274262D0000099
对
Figure B2009101274262D00000910
采用OSDM技术，得到
Figure B2009101274262D00000911
中各用户接收处理矩阵
Figure B2009101274262D00000912
和预编码矩阵
Figure B2009101274262D00000913
Figure B2009101274262D00000914
Figure B2009101274262D00000915
对
Figure B2009101274262D00000916
中非零元素集进行功率注水，得
Figure B2009101274262D00000917
中各用户发送功率矩阵
Figure B2009101274262D00000918
则用户子集
Figure B2009101274262D00000919
组成系统容量Ck为
Figure B2009101274262D00000920
其中Qj≥0表示Qj半正定，σ表示噪声功率，上标表示共轭转置；
所述的步骤五，具体为：若
Figure B2009101274262D00000922
则用户选择过程结束，选择用户集合为Υ；否则选择使得系统容量增加最大的用户
Figure B2009101274262D00000923
为所选用户，并令Υ＝Υ+{si}，Ω＝Ω-{si}，
Figure B2009101274262D00000924
i＝i+1；
所述的步骤六，具体为：若已选用户数小于系统支持的最大用户数
Figure B2009101274262D0000101
则回到步骤四；否则用户选择过程结束，选择用户集合为Υ。
所述的步骤七，具体为：基站将选择用户过程中得到的用户接收处理矩阵{Rj}j∈Υ传给对应用户作为其接收处理矩阵，数据经选择用户过程中得到的预编码矩阵{Tj}k∈Υ后，由基站向选中用户发送。
以下对OSDM技术进行说明：
(1)多用户MIMO系统模型
图1示出了多用户MIMO系统的示意图。如图1所示，在一个K个用户的MIMO系统中，基站天线数为nT，每个用户天线数为nR，数据流数为n(1≤n≤nR)，
Figure B2009101274262D0000102
表示用户j第m(1≤m≤n)个数据流上的符号，
Figure B2009101274262D0000103
为用户j的n×1维符号向量，在发射前乘以预编码矩阵
Figure B2009101274262D0000104
再送往发射天线。用户j的接收信号
Figure B2009101274262D0000105
为
Figure B2009101274262D0000106
Figure B2009101274262D0000107
式中：
Figure B2009101274262D0000108
为用户j的接收处理矩阵，上标
Figure B2009101274262D0000109
表示共轭转置；
Figure B2009101274262D00001010
为基站到用户j的信道矩阵，其元素为独立同分布的零均值(均值＝0)、每维方差为1/2的复高斯变量；
Figure B2009101274262D00001011
为的加性高斯白噪声；T＝[T1 T2...TK]为多用户预编码矩阵；为多用户发送符号向量。定义多用户等效信道矩阵He为
Figure B2009101274262D00001014
假设各个用户经历的信道相互独立，信道为准静态、平坦衰落，基站知道所有用户的信道状态信息。
(2)OSDM技术
Generalized multiuser orthogonal space-division multiplexing(IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.3，no.6，Nov.2004，pp.1969～1973)采用上述多用户MIMO系统模型，提出的OSDM的基本思想是依次更新每个用户的预编码矩阵和接收处理矩阵，通过迭代使HeT对角化，从而消除用户间干扰，并使得每个用户获得独立并行的特征信道，即
Figure B2009101274262D0000111
其中
Figure B2009101274262D0000112
Figure B2009101274262D0000113
为用户j第m(1≤m≤n)个数据流上的信道增益。由式(3)可知
Figure B2009101274262D0000114
经迭代后，得到的Rj为nR×n维酉矩阵，其列为相互正交的单位向量，从而有
由式(7)可知经过接收处理矩阵后的噪声仍为加性高斯白噪声，则用户j的信道容量为
其中
Figure B2009101274262D0000117
为用户j的n×n维发送功率矩阵。
假设基站起初知道接收处理矩阵R1，...，Rj-1，Rj+1，...，RK，定义LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000118
为
Figure B2009101274262D0000119
为了满足式(5)，Tj应在
Figure B2009101274262D00001110
的零空间内，即
T j ∈ null { H e ( j ) - } - - - ( 10 )
Figure B2009101274262D0000122
的奇异值分解为
Figure B2009101274262D0000123
其中
Figure B2009101274262D0000124
为由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵，其列构成
Figure B2009101274262D0000125
的零空间的基向量。的奇异值分解为
Figure B2009101274262D0000127
则得到更新的用户j的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj
(Rj)update＝Uj，[1:n]    (11)
Wj＝Vj，[1:n]            (12)
( T j ) update = V ~ j 0 W j - - - ( 13 )
其中Uj，[1:n]，Vj，[1:n]分别表示取Uj和Vj的前n列。
按照以上方法，得到迭代算法如下：
第一步：
Figure B2009101274262D0000129
初始化接收处理矩阵Rj＝Ij，其中Ij为nR×n维单位阵，offset＝1表示初始非对角线元素范数。
第二步：依次更新用户j的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj：由
Figure B2009101274262D00001211
得
Figure B2009101274262D00001212
由得Uj和Vj，分别由式(11)和(13)得到更新的Rj＝(Rj)update和Tj＝(Tj)update。
第三步：计算offset＝off(HeT)，如果offset＞ε，回到第一步，否则HeT对角化处理结束；其中
Figure B2009101274262D00001214
为矩阵A非对角线元素范数，ε为精度，通常取10-12，当offset≤ε，迭代结束，HeT对角化。
数值分析表明只要满足基站发射天线数nT不少于用户数据流数之和∑n且单个用户接收天线数nR不少于该用户的数据流数n，算法即收敛。
设κ＝{1，2，...，K}为所有用户的集合，Ai为κ的子集，对Ai采用OSDM技术，算法收敛后，使得用户子集Ai组成的系统中，基站到每个用户为独立并行传输，则系统容量
Figure B2009101274262D0000131
为每个用户容量之和，由式(8)得
Figure B2009101274262D0000132
其中Qj≥0表示Qj半正定。可以通过对
Figure B2009101274262D0000133
非零元素集进行功率注水，得到发送功率矩阵
Figure B2009101274262D0000134
使得系统容量最大化。
设A＝{A1，A2，...}为所有可能用户子集的集合(元素个数为
Figure B2009101274262D0000135
则系统最大容量为
C = max A i ∈ A C A i - - - ( 15 )
实施例
以下，结合详细实施实例对本发明的用户选择方法进行详细描述，在以下的描述中，分别针对频分双工(FDD)方式和时分双工(TDD)方式，给出了对本发明的具体实例。
频分双工(FDD)方式
本实例采用6个用户的多用户MIMO下行系统，基站发射功率为1W，基站天线数为4，每个用户天线数为2，数据流数为1，可知系统同时支持的最大用户数为4。设信道为平坦衰落、准静态，信道矩阵的元素为独立同分布的零均值、单位方差的复高斯随机变量，噪声为均值为零、协方差矩阵为单位阵的加性高斯白噪声，各个用户经历的信道相互独立，基站可以获得所有用户的信道状态信息。
本实例使用的OSDM系统用户选择方法具体步骤如下：
步骤1：在某一次调度中，基站通过用户反馈获得6个用户的2×4维信道矩阵Hj(1≤j≤6)，如表1所示。
表16个用户的信道矩阵
步骤2：
Figure B2009101274262D0000151
对用户j的信道矩阵Hj作奇异值分解，得Hj＝UjΛjVj，2×4维奇异值矩阵Λj(1≤j≤6)如表2所示。
表26个用户的奇异值矩阵
因为每个用户的数据流数为1，用户j接收处理矩阵Rj取为Uj第一列构成的矩阵，预编码矩阵Tj取为Vj第一列构成的矩阵，则为Hi最大的奇异值，奇异值Dj(1≤j≤6)如表3所示。
表36个用户的信道矩阵的最大奇异值
  D1   D2   D3   D4   D5   D6
  2.7552   2.3959   1.9254   2.4588   1.858   2.0315
用户j发送功率矩阵Qj＝1，则用户j系统容量为
Figure B2009101274262D0000154
各个用户的系统容量Cj(1≤j≤6)如表4所示。
表4各个用户的系统容量
  C1   C2   C3   C4   C5   C6
  3.1029   2.7528   2.2349   2.8168   2.1545   2.3581
由表4可知用户1系统容量最大，用户1为被选择的第一个用户，本次选择共计算6次系统容量。
步骤3：对用户1与用户2组成的用户子集采用OSDM技术：
(1)初始化用户接收处理矩阵Rj＝[1，0]T，
Figure B2009101274262D0000161
Figure B2009101274262D0000162
由奇异值分解
Figure B2009101274262D0000163
得
Figure B2009101274262D0000164
(
Figure B2009101274262D0000165
为零奇异值对应的奇异列向量构成的矩阵)，由奇异值分解
Figure B2009101274262D0000167
用户1的接收处理矩阵R1取为U1的第一列，预编码矩阵T1取为
Figure B2009101274262D0000168
与V1第一列的乘积。
Figure B2009101274262D0000169
由奇异值分解
Figure B2009101274262D00001610
得
Figure B2009101274262D00001611
(
Figure B2009101274262D00001612
为
Figure B2009101274262D00001613
零奇异值对应的奇异列向量构成的矩阵)，由奇异值分解
Figure B2009101274262D00001614
用户2的接收处理矩阵R2取为U2的第一列，预编码矩阵T2取为
Figure B2009101274262D00001615
与V2第一列的乘积；
(3)T＝[T1 T2]，offset为矩阵HeT非对角线元素范数，如果offset(HeT)＞10-12，回到(2)，否则HeT对角化处理结束。
用户1与用户2组成OSDM系统的第一次和第二次迭代结果分别如表5和表6所示。其中为2×4维矩阵，为4×3维矩阵，U1、U2为2×2维矩阵，V1、V2为3×3维矩阵，R1、R2为2×1维矩阵，T1、T2为4×1维矩阵。
表5用户1与用户2组成OSDM系统的第一次迭代结果
Figure B2009101274262D0000171
Figure B2009101274262D0000181
表6用户1与用户2组成OSDM系统的第二次迭代结果
Figure B2009101274262D0000182
Figure B2009101274262D0000191
第三次迭代结束后offset为4.3165e-013，算法收敛，得到用户1和用户2的接收处理矩阵Rj(1≤j≤2)和预编码矩阵Tj(1≤j≤2)如表7所示。
表7算法收敛后用户1与用户2的接收处理矩阵和预编码矩阵
Figure B2009101274262D0000192
Figure B2009101274262D0000193
由
Figure B2009101274262D0000194
得{D1，D2}＝{2.5684，2.2343}，对{D1，D2}进行功率注水，得用户发送功率矩阵
Figure B2009101274262D0000195
则用户1与用户2组成系统容量
Figure B2009101274262D0000196
步骤4：用户1分别与用户3、4、5、6组成用户子集，采用与步骤3中类似的方法，得到系统容量如表8所示。
表8用户1分别与用户3、4、5、6组成OSDM系统的容量
  C1，3   C1，4   C1，5   C1，6
  3.7183   4.0222   3.1418   3.775
加上C1，2，由表8可知用户1与用户4组成的系统容量C1，4最大，用户4为第二个选择用户，本次选择共计算5次系统容量。迭代得到的用户{1，4}的接收处理矩阵和预编码矩阵如表9所示。
表9用户1与用户4的接收处理矩阵和预编码矩阵
Figure B2009101274262D0000201
步骤5：对用户{1，4}分别与用户2、3、5、6组成用户子集，采用与步骤3中类似的方法，得到系统容量如表10所示。
表10用户{1，4}分别与用户2、3、5、6组成OSDM系统的容量
  C1，4，2   C1，4，3   C1，4，5   C1，4，6
  3.9717   3.8376   3.9172   4.1974
由表10可知用户{1，4}与用户6组成的系统容量C1，4，6最大，用户6为第三个选择用户，本次选择共计算4次系统容量。迭代得到的用户{1，4，6}的接收处理矩阵和预编码矩阵如表11所示。
表11用户1、4、6的接收处理矩阵和预编码矩阵
Figure B2009101274262D0000211
步骤6：对用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成用户子集，采用与步骤3中类似的方法，得到系统容量如表12所示。
表12用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成OSDM系统的容量
  C1，4，6，2   C1，4，6，3   C1，4，6，5
  2.5992   3.3483   3.5056
由表12可知，用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成OSDM系统的容量均小于C1，4，6，故最终选择用户为{1，4，6}，本步骤共计算3次系统容量。
步骤7：基站将选择用户过程中得到的用户{1，4，6}的接收处理矩阵传给对应用户作为其接收处理矩阵，数据经选择用户过程中得到的预编码矩阵后，由基站向选中用户发送。
由实例可知，采用本发明只需计算6+5+4+3＝18次系统容量，相比最优搜索需计算次系统容量，大大降低了计算复杂度。
图2所示为基站采用4根天线，用户均采用2根天线，在信噪比分别为0dB、10dB、20dB条件下，系统平均容量随用户数变化的情况，并仿真比较了采用DPC(脏纸编码)的多用户系统，采用基于容量最大化的用户选择的BD系统，以及分别采用最优用户选择、随机用户选择的OSDM系统容量。对于本发明提出的OSDM用户选择方法，每个用户的数据流数为1，系统同时支持的最大用户数为4，对于On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528～541)中提出的基于容量最大化的BD系统用户选择算法，系统同时支持的最大用户数仅为2。由图2可见，本发明尽管受限于搜索的范围，不能每次找到最优的用户子集，在高信噪比情况下仍可以达到最优用户选择大约98％的系统容量，在低信噪比情况下两者几乎相同，这是因为本方法在每一步迭代中保证了系统容量损失最小。在信噪比为20dB、用户数为30的情况下，基于本发明提出的方法所获得的系统容量与基于DPC的系统容量仅相差不到2bits/s/Hz。此外，本发明相比随机用户选择系统容量有显著提高。
图3所示为基站采用6根天线，用户均采用3根天线，在信噪比分别为0dB、10dB、20dB条件下，系统平均容量随用户数变化的情况，并仿真比较了采用DPC的多用户系统，采用基于容量最大化的用户选择的BD系统，以及分别采用最优用户选择、随机用户选择的OSDM系统容量。对于本发明提出的OSDM用户选择方法，每个用户的数据流数为2，系统同时支持的最大用户数为3，对于On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528～541)中提出的基于容量最大化的BD系统用户选择算法，系统同时支持的最大用户数仅为2。由图3可见，本发明相比基于容量最大化的BD系统用户选择算法系统容量有显著提高，在信噪比为20dB、用户数为30的情况下，增加了大约4bits/s/Hz。这是因为相比BD系统，OSDM系统中用户数据流信道增益较大，故系统容量增加。
时分双工(TDD)方式
本实例采用6个用户的多用户MIMO下行系统，基站发射功率为1W，基站天线数为4，每个用户天线数为2，数据流数为1，可知系统同时支持的最大用户数为4。设信道为平坦衰落、准静态，信道矩阵的元素为独立同分布的零均值、单位方差的复高斯随机变量，噪声为均值为零、协方差矩阵为单位阵的加性高斯白噪声，各个用户经历的信道相互独立，基站可以获得所有用户的信道状态信息。
本实例使用的OSDM系统用户选择方法具体步骤如下：
步骤21：在某一次调度中，基站通过信道互易性(通过对上行导频作信道估计获得信道矩阵)获得用户反馈获得6个用户的2×4维信道矩阵Hj(1≤j≤6)，如表21所示。
表216个用户的信道矩阵
Figure B2009101274262D0000231
步骤22：
Figure B2009101274262D0000241
对用户j的信道矩阵Hj作奇异值分解，得Hj＝UjΛjVj，2×4维奇异值矩阵Λj(1≤j≤6)如表22所示。
表226个用户的奇异值矩阵
Figure B2009101274262D0000242
因为每个用户的数据流数为1，用户j接收处理矩阵Rj取为Uj第一列构成的矩阵，预编码矩阵Tj取为Vj第一列构成的矩阵，则为Hj最大的奇异值，奇异值Dj(1≤j≤6)如表23所示。
表236个用户的信道矩阵的最大奇异值
  D1   D2   D3   D4   D5   D6
  2.7552   2.3959   1.9254   2.4588   1.858   2.0315
用户j发送功率矩阵Qj＝1，则用户j系统容量为各个用户的系统容量Cj(1≤j≤6)如表24所示。
表24各个用户的系统容量
  C1  C2  C3  C4   C5   C6
  3.1029  2.7528  2.2349  2.8168   2.1545   2.3581
由表24可知用户1系统容量最大，用户1为选择的第一个用户，本次选择共计算6次系统容量。
步骤23：对用户1与用户2组成的用户子集采用OSDM技术：
(1’)初始化用户接收处理矩阵Rj＝[1，0]T，
Figure B2009101274262D0000251
(2’)
Figure B2009101274262D0000252
由奇异值分解
Figure B2009101274262D0000253
得
Figure B2009101274262D0000254
(
Figure B2009101274262D0000255
为
Figure B2009101274262D0000256
零奇异值对应的奇异列向量构成的矩阵)，由奇异值分解
Figure B2009101274262D0000257
用户1的接收处理矩阵R1取为U1的第一列，预编码矩阵T1取为
Figure B2009101274262D0000258
与V1第一列的乘积。
Figure B2009101274262D0000259
由奇异值分解得
Figure B2009101274262D00002511
(
Figure B2009101274262D00002512
为
Figure B2009101274262D00002513
零奇异值对应的奇异列向量构成的矩阵)，由奇异值分解
Figure B2009101274262D00002514
用户2的接收处理矩阵R2取为U2的第一列，预编码矩阵T2取为
Figure B2009101274262D00002515
与V2第一列的乘积；
(3’)
Figure B2009101274262D00002516
T＝[T1 T2]，offset为矩阵HeT非对角线元素范数，如果offset(HeT)＞10-12，回到(2’)，否则HeT对角化处理结束。
用户1与用户2组成OSDM系统的第一次和第二次迭代结果分别如表25和表26所示。其中
Figure B2009101274262D00002517
为2×4维矩阵，
Figure B2009101274262D00002518
为4×3维矩阵，U1、U2为2×2维矩阵，V1、V2为3×3维矩阵，R1、R2为2×1维矩阵，T1、T2为4×1维矩阵。
表25用户1与用户2组成OSDM系统的第一次迭代结果
Figure B2009101274262D0000271
表26用户1与用户2组成OSDM系统的第二次迭代结果
Figure B2009101274262D0000281
第三次迭代结束后offset为4.3165e-013，算法收敛，得到用户1和用户2的接收处理矩阵Rj(1≤j≤2)和预编码矩阵Tj(1≤j≤2)如表27所示。
表27算法收敛后用户1与用户2的接收处理矩阵和预编码矩阵
Figure B2009101274262D0000282
Figure B2009101274262D0000283
由得{D1，D2}＝{2.5684，2.2343}，对{D1，D2}进行功率注水，得用户发送功率矩阵则用户1与用户2组成系统容量
步骤24：用户1分别与用户3、4、5、6组成用户子集，采用与步骤23中类似的方法，得到系统容量如表28所示。
表28用户1分别与用户3、4、5、6组成OSDM系统的容量
  C1，3   C1，4   C1，5   C1，6
  3.7183   4.0222   3.1418   3.775
加上C1，2，由表28可知用户1与用户4组成的系统容量C1，4最大，用户4为第二个选择用户，本次选择共计算5次系统容量。迭代得到的用户{1，4}的接收处理矩阵和预编码矩阵如表29所示。
表29用户1与用户4的接收处理矩阵和预编码矩阵
步骤25：对用户{1，4}分别与用户2、3、5、6组成用户子集，采用与步骤23中类似的方法，得到系统容量如表30所示。
表30用户{1，4}分别与用户2、3、5、6组成OSDM系统的容量
  C1，4，2   C1，4，3   C1，4，5   C1，4，6
  3.9717   3.8376   3.9172   4.1974
由表30可知用户{1，4}与用户6组成的系统容量C1，4，6最大，用户6为第三个选择用户，本次选择共计算4次系统容量。迭代得到的用户{1，4，6}的接收处理矩阵和预编码矩阵如表31所示。
表31用户1、4、6的接收处理矩阵和预编码矩阵
步骤26：对用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成用户子集，采用与步骤23中类似的方法，得到系统容量如表32所示。
表32用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成OSDM系统的容量
  C1，4，6，2   C1，4，6，3   C1，4，6，5
  2.5992   3.3483   3.5056
由表32可知，用户{1，4，6}分别与用户2、3、5组成OSDM系统的容量均小于C1，4，6，故最终选择用户为{1，4，6}，本步骤共计算3次系统容量。
步骤27：基站将选择用户过程中得到的用户{1，4，6}的接收处理矩阵传给对应用户作为其接收处理矩阵，数据经选择用户过程中得到的预编码矩阵后，由基站向选中用户发送。
由实例可知，采用本发明只需计算6+5+4+3＝18次系统容量，相比最优搜索需计算
Figure B2009101274262D0000311
次系统容量，大大降低了计算复杂度。
图2所示为基站采用4根天线，用户均采用2根天线，在信噪比分别为0dB、10dB、20dB条件下，系统平均容量随用户数变化的情况，并仿真比较了采用DPC(脏纸编码)的多用户系统，采用基于容量最大化的用户选择的BD系统，以及分别采用最优用户选择、随机用户选择的OSDM系统容量。对于本发明提出的OSDM用户选择方法，每个用户的数据流数为1，系统同时支持的最大用户数为4，对于On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamforming(IEEE Journal on Selected Areas in Communicatiohs，vol.24，no.3，2006，pp.528～541)中提出的基于容量最大化的BD系统用户选择算法，系统同时支持的最大用户数仅为2。由图2可见，本发明尽管受限于搜索的范围，不能每次找到最优的用户子集，在高信噪比情况下仍可以达到最优用户选择大约98％的系统容量，在低信噪比情况下两者几乎相同，这是因为本方法在每一步迭代中保证了系统容量损失最小。在信噪比为20dB、用户数为30的情况下，基于本发明提出的方法所获得的系统容量与基于DPC的系统容量仅相差不到2bits/s/Hz。此外，本发明相比随机用户选择系统容量有显著提高。
图3所示为基站采用6根天线，用户均采用3根天线，在信噪比分别为0dB、10dB、20dB条件下，系统平均容量随用户数变化的情况，并仿真比较了采用DPC的多用户系统，采用基于容量最大化的用户选择的BD系统，以及分别采用最优用户选择、随机用户选择的OSDM系统容量。对于本发明提出的OSDM用户选择方法，每个用户的数据流数为2，系统同时支持的最大用户数为3，对于On the optimality of multiantenna broadcast scheduling using zero-forcing beamformingIEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528～541)中提出的基于容量最大化的BD系统用户选择算法，系统同时支持的最大用户数仅为2。由图3可见，本发明相比基于容量最大化的BD系统用户选择算法系统容量有显著提高，在信噪比为20dB、用户数为30的情况下，增加了大约4bits/s/Hz。这是因为相比BD系统，OSDM系统中用户数据流信道增益较大，故系统容量增加。
硬件实现
图4示出了根据本发明的基站400的方框图。
如图4所示，基站400包括：接收装置410，用于接收各用户设备反馈的信号；信道矩阵获取装置420，用于对接收装置410所收到的用户设备反馈信号进行处理，获得各用户设备的信道矩阵；最大用户设备数确定装置430，用于根据基站400的发射天线数和各用户设备的数据流数，确定所能支持的最大用户数；用户选择装置440，用于从所有用户设备中，选择部分用户设备，输出已选用户设备集合Υ，从而使系统容量最大化；发送装置450，用于针对已选用户设备集合Υ中的每一用户设备，将所述用户设备的更新接收处理矩阵Rj传输给所述用户设备，作为所述用户设备的接收处理矩阵；以及预编码装置460，用于针对已选用户设备集合中的每一用户设备，以所述用户设备的更新预编码矩阵Tj，对要传输给所述用户设备的数据进行编码，然后，通过发送装置450将编码数据传输给所述用户设备。
在频分双工(FDD)系统中，接收装置410接收各用户设备反馈的信道矩阵，信道矩阵获取装置420从接收装置410所收到的用户设备反馈信号中提取出各用户设备的信道矩阵Hj。
或者，在时分双工(TDD)系统中，接收装置410接收各用户设备反馈的上行导频信号，信道矩阵获取装置420通过对所述上行导频信号执行信道估计，获得各用户设备的信道矩阵Hj。
基站400的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则最大用户设备数确定装置430确定所能支持的最大用户数
Figure B2009101274262D0000321
其中表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
图5示出了根据本发明的用户选择装置440的方框图。
如图5所示，用户选择装置440包括：系统容量计算单元4410，用于根据各用户设备的信道矩阵Hj和各用户设备的数据流数n，计算各用户设备的信道容量Cj；用户设备选择单元4420，用于选择信道容量最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合Υ和未选用户设备集合Ω；依次从未选用户设备集合Ω中选择一个用户设备k，与已选用户设备集合构成用户设备子集
Figure B2009101274262D0000331
选择使系统容量增加最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合Υ和未选用户设备集合Ω；以及如果已选用户设备数小于所能支持的最大用户设备数
Figure B2009101274262D0000332
基于更新后的已选用户设备集合Υ和未选用户设备集合Ω，再次构建用户设备子集
Figure B2009101274262D0000333
否则输出已选用户设备集合Υ，完成用户选择处理，其中系统容量计算单元4410还用于采用OSDM技术，确定用户设备选择单元4420所构成的每个用户设备子集的系统容量。
如果每个用户设备子集
Figure B2009101274262D0000335
的系统容量都不大于当前已选用户设备集合Υ的系统容量，则用户设备选择单元4420输出已选用户设备集合Υ，完成用户选择处理。
系统容量计算单元4410包括：接收处理矩阵初始化子单元4411，用于初始化用户设备子集
Figure B2009101274262D0000336
中任一用户设备的接收处理矩阵Rj为nR×n维单位阵Ij；乘积矩阵(HeT)对角化处理子单元4412，用于根据用户设备子集
Figure B2009101274262D0000337
中各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，通过迭代，执行多用户等效信道矩阵He与多用户预编码矩阵T的乘积矩阵HeT的对角化处理，从而获得各用户设备的更新接收处理矩阵Rj＝(Rj)update和更新预编码矩阵Tj＝(Tj)update；系统容量计算子单元4413，用于基于用户设备子集
Figure B2009101274262D0000338
中各用户设备的信道矩阵Hj、更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，确定用户设备子集
Figure B2009101274262D0000341
的系统容量。
具体地，乘积矩阵对角化处理子单元4412执行以下操作：根据各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，计算该各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000342
对所述LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D0000343
进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000344
求出由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵
Figure B2009101274262D0000345
对各用户设备的信道矩阵Hj与零奇异列向量矩阵
Figure B2009101274262D0000346
的乘积矩阵
Figure B2009101274262D0000347
进行奇异值分解
Figure B2009101274262D0000348
求出Uj和Vj；将各用户设备的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj更新为：Rj＝Uj，[1:n]和
Figure B2009101274262D0000349
将各用户设备的LACK-j矩阵
Figure B2009101274262D00003410
按照j的顺序从上至下排列成多用户等效信道矩阵He，将各用户设备的预编码矩阵Tj按照j的顺序从左至右排列成多用户预编码矩阵T；如果乘积矩阵HeT的非对角线元素范数大于预设精度ε，则返回LACK-j矩阵计算步骤，否则输出各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，完成乘积矩阵HeT的对角化处理。
如上结合图4所述，基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所能支持的最大用户数
Figure B2009101274262D00003411
其中
Figure B2009101274262D00003412
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
本发明以降低多用户MIMO正交空分复用系统中最优用户选择-穷举搜索的复杂度为出发点，提出了一种低复杂度的用户选择算法。该方法通过贪心搜索迭代地选择用户，减小了搜索范围，降低了复杂度；在用户选择的每一步选择使系统容量增加最大的用户，得到局部最优解，保证了系统容量损失较小，并自适应地调整服务用户数使系统容量最大化。
以上实施例只是用于示例目的，并不倾向于限制本发明。本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以存在对该实施例的各种修改和代替，并且这些修改和代替落在所附权利要求所限定的范围中。

Claims (19)

1.一种用户选择装置，包括：
系统容量计算单元，用于根据各用户设备的信道矩阵和各用户设备的数据流数，计算各用户设备的信道容量；
用户设备选择单元，用于
选择信道容量最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；
依次从未选用户设备集合中选择一个用户设备，与已选用户设备集合构成用户设备子集；
选择使系统容量增加最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；以及
如果已选用户设备数小于所能支持的最大用户设备数，基于更新后的已选用户设备集合和未选用户设备集合，再次构建用户设备子集，否则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理，
其中所述系统容量计算单元还用于采用正交空分复用技术，确定用户设备选择单元所构成的每个用户设备子集的系统容量。
2.根据权利要求1所述的用户选择装置，其特征在于
如果每个用户设备子集的系统容量都不大于当前已选用户设备集合的系统容量，则所述用户设备选择单元输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
3.根据权利要求1或2所述的用户选择装置，其特征在于所述系统容量计算单元包括：
接收处理矩阵初始化子单元，用于初始化用户设备子集中任一用户设备的接收处理矩阵Rj为单位阵；
乘积矩阵对角化处理子单元，用于根据用户设备子集中各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，通过迭代，执行多用户等效信道矩阵He与多用户预编码矩阵T的乘积矩阵HeT的对角化处理，从而获得各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj；
系统容量计算子单元，用于基于用户设备子集中各用户设备的信道矩阵Hj、更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，确定用户设备子集的系统容量。
4.根据权利要求3所述的用户选择装置，其特征在于所述乘积矩阵对角化处理子单元执行以下操作：
根据各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，计算该各用户设备的LACK-j矩阵
对所述LACK-j矩阵
Figure F2009101274262C0000022
进行奇异值分解求出由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵
Figure F2009101274262C0000024
对各用户设备的信道矩阵Hj与零奇异列向量矩阵
Figure F2009101274262C0000025
的乘积矩阵
Figure F2009101274262C0000026
进行奇异值分解
Figure F2009101274262C0000027
求出Uj和Vj；
将各用户设备的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj更新为：Rj＝Uj，[1:n]和
Figure F2009101274262C0000028
将各用户设备的LACK-j矩阵
Figure F2009101274262C0000029
按照j的顺序从上至下排列成多用户等效信道矩阵He，将各用户设备的预编码矩阵Tj按照j的顺序从左至右排列成多用户预编码矩阵T；
如果乘积矩阵HeT的非对角线元素范数大于预设精度ε，则返回LACK-j矩阵计算步骤，否则输出各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，完成乘积矩阵HeT的对角化处理。
5.根据权利要求1～4之一所述的用户选择装置，其特征在于基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所能支持的最大用户数
Figure F2009101274262C00000210
其中表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
6.根据权利要求1～5之一所述的用户选择装置，其特征在于所述用户选择装置适用于多用户多输入多输出正交空分复用系统。
7.一种基站，包括：
接收装置，用于接收各用户设备反馈的信号；
信道矩阵获取装置，用于对所述接收装置所收到的用户设备反馈信号进行处理，获得各用户设备的信道矩阵；
最大用户设备数确定装置，用于根据所述基站的发射天线数和各用户设备的数据流数，确定所能支持的最大用户数；以及
根据权利要求1～6之一所述的用户选择装置，用于从所有用户设备中，选择部分用户设备，输出已选用户设备集合，从而使系统容量最大化。
8.根据权利要求7所述的基站，其特征在于
在频分双工系统中，所述接收装置接收各用户设备反馈的信道矩阵，所述信道矩阵获取装置从所述接收装置所收到的用户设备反馈信号中提取出各用户设备的信道矩阵，或者
在时分双工系统中，所述接收装置接收各用户设备反馈的上行导频信号，所述信道矩阵获取装置通过对所述上行导频信号执行信道估计，获得各用户设备的信道矩阵。
9.根据权利要求7或8所述的基站，还包括：
发送装置，用于针对已选用户设备集合中的每一用户设备，将所述用户设备的更新接收处理矩阵传输给所述用户设备，作为所述用户设备的接收处理矩阵；以及
预编码装置，用于针对已选用户设备集合中的每一用户设备，以所述用户设备的更新预编码矩阵，对要传输给所述用户设备的数据进行编码，然后，通过所述发送装置将编码数据传输给所述用户设备。
10.根据权利要求7～9之一所述的基站，其特征在于
所述基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所述最大用户设备数确定装置确定所能支持的最大用户数
Figure F2009101274262C0000031
其中
Figure F2009101274262C0000032
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
11.一种用户选择方法，包括：
获得各用户设备的信道矩阵，确定所能支持的最大用户设备数，并计算各用户设备的信道容量；
选择信道容量最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；
依次从未选用户设备集合中选择一个用户设备，与已选用户设备集合构成用户设备子集；
采用正交空分复用技术，确定每个用户设备子集的系统容量；
选择使系统容量增加最大的用户设备，作为已选用户设备，更新已选用户设备集合和未选用户设备集合；
如果已选用户设备数小于所能支持的最大用户设备数，返回用户设备子集构成步骤，否则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
12.根据权利要求11所述的用户选择方法，还包括：
如果每个用户设备子集的系统容量都不大于当前已选用户设备集合的系统容量，则输出已选用户设备集合，完成用户选择处理。
13.根据权利要求11或12所述的用户选择方法，其特征在于
在频分双工系统中，各用户设备反馈信道矩阵，由此获得各用户设备的信道矩阵，或者
在时分双工系统中，通过对上行导频信号执行信道估计，获得各用户设备的信道矩阵。
14.根据权利要求11～13之一所述的用户选择方法，其特征在于
用户设备子集系统容量确定步骤包括：
初始化用户设备子集中任一用户设备的接收处理矩阵Rj为单位阵；
根据用户设备子集中各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，通过迭代，执行多用户等效信道矩阵He与多用户预编码矩阵T的乘积矩阵HeT的对角化处理，从而获得各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj；
基于用户设备子集中各用户设备的信道矩阵Hj、更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，确定用户设备子集的系统容量。
15.根据权利要求14所述的用户选择方法，其特征在于乘积矩阵HeT的对角化处理包括：
根据各用户设备的接收处理矩阵Rj和信道矩阵Hj，计算该各用户设备的LACK-j矩阵
Figure F2009101274262C0000051
对所述LACK-j矩阵进行奇异值分解
Figure F2009101274262C0000053
求出由与零奇异值对应的奇异列向量构成的零奇异列向量矩阵
对各用户设备的信道矩阵Hj与零奇异列向量矩阵
Figure F2009101274262C0000055
的乘积矩阵
Figure F2009101274262C0000056
进行奇异值分解
Figure F2009101274262C0000057
求出Uj和Vj；
将各用户设备的接收处理矩阵Rj和预编码矩阵Tj更新为：Rj＝Uj，[1:n]和
Figure F2009101274262C0000058
将各用户设备的LACK-j矩阵
Figure F2009101274262C0000059
按照j的顺序从上至下排列成多用户等效信道矩阵He，将各用户设备的预编码矩阵Tj按照j的顺序从左至右排列成多用户预编码矩阵T；
如果乘积矩阵HeT的非对角线元素范数大于预设精度ε，则返回LACK-j矩阵计算步骤，否则输出各用户设备的更新接收处理矩阵Rj和更新预编码矩阵Tj，完成乘积矩阵HeT的对角化处理。
16.根据权利要求14或15所述的用户选择方法，还包括：针对已选用户设备集合中的每一用户设备，
将所述用户设备的更新接收处理矩阵Rj传输给所述用户设备，作为所述用户设备的接收处理矩阵；以及
以所述用户设备的更新预编码矩阵Tj，对要传输给所述用户设备的数据进行编码，然后，将编码数据传输给所述用户设备。
17.根据权利要求11～16之一所述的用户选择方法，其特征在于基站的发射天线数为nT，每个用户设备的接收天线数为nR，每个用户设备的数据流数为n，则所能支持的最大用户数
Figure F2009101274262C00000510
其中
Figure F2009101274262C0000061
表示向下取整，1≤n≤nR，以及∑n≤nT。
18.根据权利要求11～17之一所述的用户选择方法，其特征在于
根据各用户设备的数据流数n和信道矩阵Hj，计算各用户的信道容量Cj。
19.根据权利要求11～18之一所述的用户选择方法，其特征在于所述用户选择方法适用于多用户多输入多输出正交空分复用系统。
CN 200910127426 2009-03-11 2009-03-11 用户选择方法、用户选择装置和基站 Expired - Fee Related CN101834646B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910127426 CN101834646B (zh) 2009-03-11 2009-03-11 用户选择方法、用户选择装置和基站

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910127426 CN101834646B (zh) 2009-03-11 2009-03-11 用户选择方法、用户选择装置和基站

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101834646A true CN101834646A (zh) 2010-09-15
CN101834646B CN101834646B (zh) 2012-09-26

Family

ID=42718595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200910127426 Expired - Fee Related CN101834646B (zh) 2009-03-11 2009-03-11 用户选择方法、用户选择装置和基站

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101834646B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102571180A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 上海贝尔股份有限公司 在mimo无线通信系统中进行用户调度的方法和设备
CN102651888A (zh) * 2011-02-24 2012-08-29 中兴通讯股份有限公司 一种基站集合的确定方法和系统
CN102957502A (zh) * 2011-08-31 2013-03-06 华为技术有限公司 用于通信系统的线性预编码的方法和装置
CN102984717A (zh) * 2011-09-07 2013-03-20 中兴通讯股份有限公司 系统容量的估算方法及系统
CN103023549A (zh) * 2012-11-26 2013-04-03 深圳清华大学研究院 基于下行mu-mimo的装置、系统及排序优化方法
CN105406938A (zh) * 2014-09-15 2016-03-16 联想(北京)有限公司 一种数据传输方法、无线接入设备及无线终端
WO2018126990A1 (zh) * 2017-01-06 2018-07-12 中兴通讯股份有限公司 空分用户选择的方法及装置
CN109217954A (zh) * 2018-10-11 2019-01-15 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm块均衡方法
CN109302240A (zh) * 2018-10-11 2019-02-01 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm串行均衡方法
CN111869139A (zh) * 2018-11-26 2020-10-30 Oppo广东移动通信有限公司 一种数据处理方法、设备及存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100975720B1 (ko) * 2003-11-13 2010-08-12 삼성전자주식회사 다중 송수신 안테나를 구비하는 직교주파수분할다중화 시스템에서 공간 분할 다중화를 고려하여 채널 할당을 수행하는 방법 및 시스템
CN101247208B (zh) * 2008-02-29 2013-05-08 中兴通讯股份有限公司 一种下行多用户联合空分复用信号的发送及收发方法
CN101286756B (zh) * 2008-05-29 2012-02-29 上海交通大学 空分多址系统基于最优量化误差码本的方法及装置

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102571180A (zh) * 2010-12-16 2012-07-11 上海贝尔股份有限公司 在mimo无线通信系统中进行用户调度的方法和设备
CN102571180B (zh) * 2010-12-16 2016-06-08 上海贝尔股份有限公司 在mimo无线通信系统中进行用户调度的方法和设备
CN102651888A (zh) * 2011-02-24 2012-08-29 中兴通讯股份有限公司 一种基站集合的确定方法和系统
CN102651888B (zh) * 2011-02-24 2014-12-31 中兴通讯股份有限公司 一种基站集合的确定方法和系统
CN102957502A (zh) * 2011-08-31 2013-03-06 华为技术有限公司 用于通信系统的线性预编码的方法和装置
CN102957502B (zh) * 2011-08-31 2015-08-05 华为技术有限公司 用于通信系统的线性预编码的方法和装置
CN102984717B (zh) * 2011-09-07 2017-12-08 南京东大智能化系统有限公司 系统容量的估算方法及系统
CN102984717A (zh) * 2011-09-07 2013-03-20 中兴通讯股份有限公司 系统容量的估算方法及系统
CN103023549A (zh) * 2012-11-26 2013-04-03 深圳清华大学研究院 基于下行mu-mimo的装置、系统及排序优化方法
CN103023549B (zh) * 2012-11-26 2015-02-25 深圳清华大学研究院 基于下行mu-mimo的装置、系统及排序优化方法
CN105406938A (zh) * 2014-09-15 2016-03-16 联想(北京)有限公司 一种数据传输方法、无线接入设备及无线终端
CN105406938B (zh) * 2014-09-15 2018-10-12 联想(北京)有限公司 一种数据传输方法、无线接入设备及无线终端
WO2018126990A1 (zh) * 2017-01-06 2018-07-12 中兴通讯股份有限公司 空分用户选择的方法及装置
CN109217954A (zh) * 2018-10-11 2019-01-15 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm块均衡方法
CN109302240A (zh) * 2018-10-11 2019-02-01 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm串行均衡方法
CN109217954B (zh) * 2018-10-11 2021-01-05 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm块均衡方法
CN109302240B (zh) * 2018-10-11 2021-03-23 西北工业大学 基于双选择衰落信道的低复杂度osdm串行均衡方法
CN111869139A (zh) * 2018-11-26 2020-10-30 Oppo广东移动通信有限公司 一种数据处理方法、设备及存储介质
CN111869139B (zh) * 2018-11-26 2022-05-20 Oppo广东移动通信有限公司 一种数据处理方法、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN101834646B (zh) 2012-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101834646B (zh) 用户选择方法、用户选择装置和基站
US8073486B2 (en) Methods for opportunistic multi-user beamforming in collaborative MIMO-SDMA
KR100951381B1 (ko) 다중 사용자 환경의 다중 입력 다중 출력 시스템에서 낮은복잡도를 가지는 스케쥴링 장치 및 방법
CN102104404B (zh) 无线通信系统中多用户mimo的传输方法、基站和用户终端
CN106060950B (zh) 一种基于机会干扰对齐的蜂窝下行信道中数据传输方法
US20070183362A1 (en) Method and apparatus for performing spatial-division multiple access
CN101689902A (zh) 通过共享无线资源向多个目的地同时发送信息的方法和设备
CN103312390B (zh) 基于干扰对齐的预编码方法，发射机和设备
CN101919200B (zh) 针对多用户mimo的最佳用户配对
US9621239B2 (en) System and method for nonlinear MU-MIMO downlink channel precoding with arbitrary precoder
CN103929281B (zh) Mimo系统中基于向量自回归的贝叶斯压缩感知反馈方法
CN101860386B (zh) 多用户随机波束形成方法和系统
CN101908921B (zh) 一种空分多址接入的优化方法、装置及系统
CN103117787A (zh) 一种协同多天线系统中的自适应比特分配方法及装置
CN102546488A (zh) 基于有效信道参数半正交的干扰消除方法
CN103384228B (zh) 一种多用户mimo广播信道的连续预编码和用户选择联合算法
CN102158270B (zh) 一种多用户mimo系统的子信道选择和发送预编码方法
CN102104451A (zh) 多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方法及装置
KR100961889B1 (ko) 다중 입력 다중 출력 시스템의 순차적 스케줄링 장치 및 방법
CN101908914A (zh) 一种空分多址中继传输方法、装置及系统
CN101472298B (zh) 时分双工多入多出下行发射系统的用户调度方法和装置
CN101977098A (zh) 无线多用户多输入多输出系统中的用户选择和预编码方法
CN101854235B (zh) 一种多入多出系统中用户选择方法及装置
CN104113399A (zh) 多用户mimo系统中基于矩阵条件数的用户选择方法
CN102006146B (zh) Mu-mimo系统下行链路的用户调度方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120926

Termination date: 20170311

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee