CN102137502B - 无线双向中继网络编码系统的用户调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，涉及1个多天线基站、1个多天线中继和多个单天线用户。基站或者中继调度时，首先估计基站和中继之间的多天线信道，然后将基站与中继之间的多天线信道进行奇异值分解得到酉矩阵，轮询小区内的所有服务用户，分别计算其与中继信道和酉矩阵列矢量之间的相关系数，选择相关系数绝对值最大的用户进行调度。本方法既防止了基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰，又防止了不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰，从而在保证用户公平性的前提下，大大提升了系统吞吐量。并且本方法计算复杂度低，无需增加额外信令开销，适合使用在未来的无线双向中继网络编码系统中。

Description

无线双向中继网络编码系统的用户调度方法

技术领域

本发明涉及一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，属于无线移动通信中继系统的技术领域。

背景技术

下一代宽带蜂窝移动通信系统（IMT-Advanced）将采用传统的无线中继技术(如类型I中继，Type I)来扩展覆盖范围，同时也考虑采用协同中继技术(如类型II中继，Type II)来提供额外的空间分集增益，从而提高传输速率和系统的频谱效率。需要注意的是，传统中继技术存在一些问题：（1）Type I中继主要用于扩展覆盖范围，无法有效提高系统频谱效率；（2）Type II中继虽然能够提供额外的协同空间分集增益，但对现有标准协议修改较多且性能增益不确定；（3）无论是传统中继还是协同中继，都需要为中继链路提供额外的资源，无法保证中继传输的高频谱效率。为了解决以上中继技术存在的各种问题，在IMT-Advanced的后续标准化过程中，需要提出新的无线中继传输方案和相关处理技术，使得中继技术既能扩展覆盖范围，增强无线传输性能，又能提高无线传输的频谱效率。

近来，提出了一种打破传统信息处理方式的网络编码理论。该网络编码理论要求传输链路上的中间节点（下文中，亦称作中继节点或中继）不是单纯地转发接收到的信息，而是需要对所接收到的信息进行相关信号处理后再转发出去。由于该网络编码理论在中间节点中增加了相关信号处理功能，且目标接收节点能够恢复出这些处理后的信息，因此，理论上增加了信息量，且已经证明可以实现网络的较大流传输，从而有效增强无线中继传输的性能。

上述网络编码理论在无线中继系统中的应用形成了本发明所涉及的无线中继网络编码系统。在无线中继网络编码系统中，把从多个无线用户接收到的信息合并在一起并由中继节点进行必要的信号处理后传输，这样可以有效减少多用户传输的资源开销，提高系统传输的频谱效率，降低多用户场景调度的复杂度，从而增强无线传输性能，提高无线传输的频谱效率的目标。

在传统的时分双工无线中继系统中，基站与M个用户通过中继节点通信，完成M次上下行数据传输需要2M个时隙，频谱效率低下，浪费物理资源。在本发明所涉及的无线中继网络编码系统中，若基站和中继配置M根天线，完成M个用户与基站之间的信息交互只需要2个时隙，频谱效率提升明显。

但是，由于无线中继网络编码系统的提出时间较短，目前尚没有研究出较适用于该无线中继网络编码系统的对用户的调度方法。

具体地，传统的蜂窝网络一般使用轮询调度、比例公平调度和机会调度。轮询调度方法只是随机选择用户传输，并没有充分利用信道特性，虽然用户公平性好，但是频谱效率低。比例公平调度和机会调度方法，都考虑了信道增益对系统性能的影响，在传统的中继网络中，可以获得很高的吞吐量和传输正确率。但是，由于无线中继网络编码系统中采用了双向传输，即基站和多个用户同时向中断节点传输信息，因此既要防止信息对内部的干扰（即，基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰），又要防止信息对之间的干扰（即，不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰），而适用于传统中继网络的比例公平调度和机会调度方法均没有考虑如何同时防止信息对内部的干扰和信息对之间的干扰，因此并不适用于本发明所涉及的无线中继网络编码系统。

本发明的发明人注意到了上述现有技术存在的各种缺陷，并认识到解决上述技术问题对于提高系统吞吐量至关重要，进而提出了一种新的适用于无线双向中继网络编码系统的用户调度方法。该用户调度方法大大提升了基站平均吞吐量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法。该用户调度方法包括如下步骤：

基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G；

对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U；

针对所述酉矩阵U中的各个列矢量u_m，分别计算各待调度用户所对应的信道矢量h_k与列矢量u_m之间的相关系数ρ_k,m，从所述各待调度用户中选择|ρ_k,m|最大的用户进行调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；

其中，

G和U为M×M维矩阵；

酉矩阵U=[u₁,u₂,…,u_M]，其中u_m表示酉矩阵U的第m列，其中，m=1,2,…M，m为所述酉矩阵U的各列的序号；

信道矢量h_k为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中继多天线之间的信道矢量，其中，k=1,2,…K，k表示所述各待调度用户的序号；

M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；

K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及

|ρ_k,m|表示ρ_k,m的复数绝对值运算。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，

针对所述酉矩阵U中的各个列矢量u_m，利用如下表达式来分别计算各待调度用户与中继之间的信道矢量h_k与u_m的相关系数ρ_k,m：

${\mathrm{\ρ}}_{k,m}=\frac{h_k^H{u}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|},$

其中，||·||表示矢量的2-范数。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，针对所述酉矩阵U中的第m个列矢量u_m，根据如下步骤选择|ρ_k,m|最大的用户进行调度：

由各待调度用户构成待调度用户数组Ω，预设参考系数ρ=0；

轮询数组Ω中的第k(k=1,2,…,K)个用户以计算所轮询的待调度用户对应的相关系数ρ_k,m，在|ρ_k,m|大于|ρ|时，使得ρ=ρ_k,m，并将所轮询的待调度用户作为第m个被调度的候选用户；

当轮询完数组Ω内中的每个待调度用户时，将所述候选用户选择为所述|ρ_k,m|最大的用户。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，

将被选择为所述|ρ_k,m|最大的用户从所述用户数组Ω中去除，并且使得m=m+1，以确定下一被调度用户，直到已调度了M个用户或Ω中的元素个数为零。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，在所述无线双向中继网络编码系统中，

所述基站和所确定的最多M个用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据；

所述中继对从所确定的最多M个用户及所述基站接收到的混合信号进行预编码；

将预编码后的信号转发给所确定的最多M个用户和所述基站；以及

所述基站和所确定的最多M个用户对从所述中继转发来的信息进行网络编码，以获得所需信息。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，

在确定所述相关系数ρ_k,m时，使得矢量h_k与矢量u_m的相似程度越高则|ρ_k,m|越大。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，在所述中继或所述基站中执行所述用户调度方法。

本发明又提供了一种用户调度方法，其中，包括如下步骤：

基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G；

针对所述信道矩阵G中的各个列矢量g_m，分别计算各待调度用户所对应的信道矢量h_k与列矢量g_m之间的相关系数ρ_k,m，从所述各待调度用户中选择|ρ_k,m|最大的用户进行调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；

其中，

G为M×M维矩阵，m为所述信道矩阵G的列序号；

以及G=[g₁,g₂,…,g_M]，其中，g_m表示矩阵G的第m列，其中，m=1,2,…M；

信道矢量h_k为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中继多天线之间的信道矢量，其中，k=1,2,…K，k表示所述各待调度用户的序号；

M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；

K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及

|ρ_k,m|表示ρ_k,m的复数绝对值运算。

本发明还提供了一种用户调度方法，其中，

针对所述信道矩阵G中的各个列矢量g_m，利用如下表达式分别计算各待调度用户与中继之间的信道矢量h_k与g_m的相关系数ρ_k,m：

${\mathrm{\ρ}}_{k,m}=\frac{h_k^H{g}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_m\left|\right|},$

其中，||·||表示矢量的2-范数。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

根据本发明的用户调度方法，基站或中继在调度用户时，轮询小区内所有未调度的用户，计算其与中继信道和U矩阵的列矢量之间的相关系数，选择相关系数最大的用户进行调度，直到选择调度的用户数等于M，可见，本发明的用户调度方法考虑了基站与中继之间信道以及用户与中继之间信道这两种信道之间的相互影响，亦即，既防止了信息对内部的干扰（即，基站发送给某用户的信息和该用户发送给基站的信息之间的干扰），又防止了信息对之间的干扰（即，不同用户之间及基站不同数据流之间的干扰），从而在保证用户公平性的前提下，提升了系统吞吐量；

此外，根据本发明的用户调度方法在完成M个用户调度时，相关系数的计算量很低，只需计算次相关系数（其中M、K和k的定义详见具体实施方式部分），并不涉及高维度的矩阵运算，因此本发明的用户调度方法的计算复杂度低，不会对系统造成过大负担，便于降低成本及市场化；

此外，相比传统蜂窝中继网络调度方法，本发明的用户调度方法更适合使用在双向网络编码场景中，通过仿真表明，本方法在保证用户公平性的前提下，系统吞吐量和首次传输的正确率提升明显；

此外，本发明方法不要求改变现有的LTE+（增强长期演进）系统通信协议，也不增加信令开销，也不涉及对用户终端的任何改变，只涉及对基站或中继的调度过程进行适当调整，兼容性好，因此极易普及应用。

此外，采用本发明所提出的方法时，基站和用户的误比特率都明显低于现有技术，尤其当小区内用户较多时，优势更加明显。

综上所述，根据本发明的适用于无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，在保证用户公平性的同时，大大提升了基站平均吞吐量，降低了误比特率，并且具有计算复杂度低、不增加信令开销与现有系统兼容性好等优点，因此具有很好的推广应用前景。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得清楚，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是无线双向中继网络编码系统中的信号传输方法的流程示意图；

图2是本发明各实施例的应用场景示例；

图3是根据本发明第一实施例的用户调度方法的用户调度流程示意图；

图4是根据本发明第二实施例的用户调度方法的用户调度流程示意图；

图5是本发明各实施例的用户调度方法与传统技术的用户调度方法在系统吞量方面的仿真效果对比示意图；

图6是本发明各实施例的用户调度方法与传统技术的用户调度方法在基站误比特率方面的仿真效果对比示意图；

图7是本发明各实施例的用户调度方法与传统技术的用户调度方法在用户误比特率方面的仿真效果对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细描述。

首先，结合图1对无线双向中继网络编码系统中的信号传输流程进行描述：

步骤S110：

基站和多个（在本实施例中，以M个为例进行说明）用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据。

系统(中继节点或基站)调度M个用户。将该M个用户与中继节点的M根天线之间的信道矢量分别记为h₁，h₂，…，h_M，构成上行多用户等效信道矩阵H=[h₁,h₂,…h_M]。对于与第m（m=1,2,…,M）个用户相对应的信道矢量h_m，h_m=[h₁,h₂,…,h_M]^T是M×1维矢量，其中，第m个元素h_m表示用户单天线与中继节点第m个天线之间的冲激响应，(·)^T表示转置。此外，将M个用户传输的上行数据符号分别记为s₁，s₂，…，s_M，构成用户上行数据矢量s=[s₁,s₂,…s_M]^T。

基站M根天线与中继节点的M根天线之间的信道矩阵记为G，G为M×M维矩阵。基站发送M个独立的下行数据s₁'，s₂'，…，s_M'，构成基站下行数据矢量s'=[s₁',s₂',…s_M']^T，其中s_m'（m=1,2,…,M）表示基站为第m个用户发送的下行数据。在发送数据之前，基站对要发送的数据进行预编码，。可将基站预编码矩阵表示为

W=G^-1HD_BS                  表达式（1）

其中(·)^-1表示矩阵的逆运算，D_BS为基站预编码的功率归一对角矩阵，保证预编码矩阵的每个列向量功率值为1。然后，基站向中继节点发送预编码后的信息GWs'。

步骤S120：

中继节点对从多个用户及基站接收到的混合信号进行预编码，然后再转发给用户和基站。

可将中继接收的来自基站和多用户的混合信号表示为

y_RS=Hs+GWs'+n_RS              表达式（2）

其中，n_RS为M×1维矢量，表示中继节点天线上的噪声向量。将基站预编码矩阵W带入表达式(2)，可得到：

y_RS=H(s+D_BSs')+n_RS             表达式（3）

中继节点将接收到的混合信号y_RS进行预编码，可将预编码矩阵表示为

Q=(H^T)^-1D_RS(H)^-1          表达式（4）

其中D_RS为中继预编码的功率归一对角矩阵，保证预编码矩阵的每个列向量功率值为1。然后，中继节点向基站和用户发送预编码后的信息G^TQy_RS。

步骤S130：

基站和用户对从中继节点转发来信息进行网络编码，以获得所需信息。

可将基站接收的混合信息表示为

y_BS=G^TQy_RS+n_BS          表达式（5）

其中n_BS为M×1维矢量，表示基站天线上的噪声向量。基站采用迫零联合检测，可将检测矩阵表示为

P=(G^T(H^T)D_RS)^-1          表达式（6）

可将基站经过检测和网络编码后所得信号表示为

$\tilde{s}=P(y_{\mathrm{BS}}-\mathrm{QH}{D}_{\mathrm{BS}}{s}^{\′})$ 表达式（7）

这样，基站接收到来自M个用户的上行信息。

在用户侧，第m个用户接收到的中继转发信息表示为

$y_{\mathrm{UE},m}=h_m^{T}Q{y}_{\mathrm{RS}}+n_{\mathrm{UE},m}$ 表达式（8）

则可将第m个用户经过网络编码后所得信号表示为

$\widetilde{s_m}=y_{\mathrm{UE},m}-{\left[D_{\mathrm{RS}}\right]}_{m,m}{s}_m$ 表达式（9）

其中[·]_m,m为矩阵第m行第m列上的元素。这样用户接收到基站的下行数据流。

在上述场景中，基站与M个用户之间通过上述三个步骤实现了通过中继节点的信息交互，信息交互过程在两个时隙内完成。可见，相比传统中继系统上下行传输方式（信息交互过程需2M个时隙），频谱效率提升明显。

第一实施例

本实施例提出了一种用于无线双向中继网络编码系统的用户调度方法。利用该方法，基站或者中继在用户调度时，首先基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵，对此信道矩阵奇异值分解，获得酉矩阵U，轮询与该基站对应的小区内所有待调度的用户，更具体地，针对酉矩阵U中的各个列矢量u_m，分别计算各待调度用户与中继之间的信道矢量h_k与u_m之间的相关系数ρ_k,m，选择各待调度用户中|ρ_k,m|最大的用户进行调度，以确定最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户，从而完成调度，其中，m为小于等于M的自然数,m为酉矩阵U的各列的序号，信道矢量h_k为基站所对应的小区内各待调度用户中第k个待调度用户(亦即序号为k的待调度用户)与中继多天线之间的信道矢量，k为小于等于K的自然数k，表示各待调度用户的序号，M表示中继的天线数量和基站的天线数量，在本实施例中，基站和中继的天线数量相等，K表示小区内用户总数，以及|ρ_k,m|表示ρ_k,m的复数绝对值运算。

基站和所确定的最多M个用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据；中继节点对从所确定的最多M个用户及基站接收到的混合信号进行预编码，然后再转发给所确定的最多M个用户和基站；基站和用户对从中继节点转发来信号进行网络编码，以获得所需信息。从而，通过2个时隙完成M个用户信息的上下行交互。

未来的LTE+室外蜂窝系统，基站和中继一般配置多根天线，用户终端由于设备体积和功耗的限制，一般只配置1根天线。故参见图3，介绍本发明的实施例的应用场景示例：基站经过预编码和小区内调度的多个用户同时向中继发送信息，中继通过预编码后，将接收到的混合信息发送给基站和多个用户，通过2个时隙完成M个用户信息的上下行交互。

参见图3，下面具体说明利用本实施例中用户调度过程来确定最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户的各个操作步骤：

步骤S300：

基站和/或者中继获得基站与中继之间的多天线信道矩阵G，并对信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U。

更具体地，基站或者中继在调度用户时，首先通过信道估计算法获得基站与中继之间的多天线信道矩阵G，然后对所估计的信道矩阵G进行奇异值分解

svd(G)=UΣV^H          表达式（10）

其中，svd(·)表示对矩阵进行奇异值分解，U为分解得到的M×M维酉矩阵，记为U=[u₁,u₂,…,u_M]，其中u_m(m=1,2,…M)表示酉矩阵U的第m列；Σ为分解得到的准对角矩阵，V为分解得到的M×M维酉矩阵。将同时调度的最大用户数（即使用相同时频资源向中继发送数据的最大用户数量）设置为M，(·)^H表示共轭转置。

步骤S310：

获得由所有待调度的用户构成的待调度用户数组Ω，以count(Ω)表示Ω中元素个数，以及K表示小区内用户数目，在未进行调度之前，小区内所有待调度的用户总数为K。

初始化相关变量，即使得m=1，ρ=0，k=1以及j=0，其中，以m表示当前正要调度第几个用户，以ρ表示参考相关系数，用于与各用户的相关系数进行比较，以k表示当前正在轮询的用户在Ω中的序号，以及j表示候选用户在Ω中的序号，候选用户表示当前候选为下一要被调度的用户。

步骤S320：

轮询Ω内第k个用户，通过表达式(11)计算第k个用户与中继之间上行信道矢量h_k（h_k为M×1维矢量）与u_m的相关系数ρ_k,m，

${\mathrm{\ρ}}_{k,m}=\frac{h_k^H{u}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|}$ 表达式（11）

其中||·||表示矢量的2-范数。相关系数的绝对值表征了矢量h_k与矢量u_m的相似程度，(·)^H表示共轭转置。使得相似程度越高，则|ρ_k,m|越大。

步骤S330：

判断|ρ_k,m|是否大于|ρ|，若判断结果为“是”，则进入S340，反之，则进入S350。

步骤S340：

更新参考相关系数ρ和候选用户，亦即，使得j=k以将第k个用户作为第m个被调度的用户的候选用户，以及使得ρ=ρ_k,m，接着进入步骤S350。

步骤S350：

判断是否已轮询完待调度用户数组Ω中的所有元素，更具体地，即判断是否满足k=count(Ω)（可推知，count(Ω)=K-m+1）。若判断结果为“否”，则进入步骤S360，令k=k+1，然后返回执行步骤S320以继续轮询Ω内的下一个元素；反之，则执行步骤S370，以调度当前的候选用户并将其从数组Ω中移除。

步骤S360：令k=k+1，以轮询下一个待调度用户，然后返回执行步骤S320。

步骤S370：调度当前的候选用户（即数组Ω中第j个元素），并将其从当前的数组Ω中去除，进入步骤S380。

步骤S380：判断是否满足m<M且count(Ω)>0，如果判断结果为“是”，则进入步骤S390，如果判断结果为“否”，表示已经调度了M个用户或Ω中元素为零，则结束该调度过程，至此，在K≥M的情况下，调度了M个用户。

步骤S390：使得k=1，m=m+1，j=0以及ρ=0，以确定下一个被调度的用户，然后返回步骤S320。

综上，针对所述酉矩阵U中的第m个列矢量u_m，这样选择|ρ_k,m|最大的用户进行调度：由各待调度用户构成待调度用户数组Ω，预设参考相关系数ρ=0；轮询数组Ω中的第k(k=1,2…K)个用户以计算所轮询的待调度用户对应的相关系数ρ_k,m，在|ρ_k,m|大于|ρ|时，使得ρ=ρ_k,m，并将所轮询的待调度用户作为第m个被调度的候选用户；当轮询完数组Ω内中的每个待调度用户时，将所述候选用户选择为所述|ρ_k,m|最大的用户。此外，将被选择为|ρ_k,m|最大的用户从所述用户数组Ω中去除，并且使得m=m+1，以确定下一被调度用户，直到已调度了M个用户或Ω中的元素个数为零。

第二实施例

下面结合图4说明第二实施例。在此只重点说明与第一实施例不同之处，除非本实施例另有说明，第一实施例中的所有技术手段均可应用到本实施例中。此外，在本实施例中，对于与第一实施例相同或相似的步骤，采用了与第一实施例相同的附图标记。

步骤S400：

基站或者中继获得基站与中继之间的多天线信道矩阵G=[g₁,g₂,…,g_M]，但是，与第一实施例不同的是，在本实施例中，不对信道矩阵G进行奇异值分解。

步骤S420：

轮询Ω内第k个用户，通过表达式(12)计算第k个用户与中继之间上行信道矢量h_k（h_k为M×1维矢量）与g_m的相关系数ρ_k,m，

${\mathrm{\&rho;}}_{k,m}=\frac{h_k^H{g}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_m\left|\right|}$ 表达式（12）

其中g_m表示信道矩阵G的第m列。相关系数表征了矢量h_k与矢量g_m的相似程度，(·)^H表示共轭转置。相似程度越高，则|ρ_k,m|越大。

本实施例其它步骤或特征与第一实施例大体相同，在此不再赘述。

发明人对本发明提出的方法进行了多次仿真实施试验和评估。利用MATLAB（商标）软件编写仿真程序，给出了无线双向中继网络编码系统的吞吐量、基站传输误比特率和用户传输误比特率曲线。在此，将系统吞吐量定义为基站下行和用户上行吞吐量之和，将基站传输误比特率定义为基站传错的比特数除以基站总传输的比特数，将用户传输误比特率定义为用户传错的比特数除以用户总传输的比特数。下面是仿真评估的相关参数环境：

仿真参数	参数设置
		仿真场景	无线双向中继网络编码系统
小区用户数	100或10
		帧长	1ms
每帧资源块数	10RB
		基站天线数	4
中继天线数	4
		用户天线数	1
调制方式	BPSK
		编码	卷积码
码率	1/5,1/3,2/5,1/2,3/5,2/3,4/5
		译码	维特比译码
调制编码方式选择	误比特率10%

利用本发明方法进行用户调度的仿真效果与利用传统调度方法（对比方法1和对比方法2）进行用户调度的仿真效果对比如下：

小区内100用户场景	系统平均吞吐量(Mbps)
		第一实施例方法	2.61
第二实施例方法	1.96
		对比方法1	1.53
对比方法2	1.54
		小区内10用户场景	系统平均吞吐量(Mbps)
第一实施例方法	1.98
		第二实施例方法	1.70
对比方法1	1.53
		对比方法2	1.54

在对比方法1中，针对无线双向中继网络编码系统采用了传统的轮循调度算法，更具体地，通过随机选择M个用户进行数据传输来实现用户调度。

在对比方法2中，针对无线双向中继网络编码系统采用了传统的机会调度算法，更具体地，轮询当前小区内所有服务用户，计算每一个用户上行调制编码等级与其下行调制编码等级之和，选择和最大的前M个用户进行数据传输，从而实现用户调度。

参见图5并结合上表的实验结果可知，传统的适用于无线中继蜂窝系统轮询调度和机会调度方法(对应于上述对比方法1和对比方法2)并不适用于新近的无线双向中继网络编码系统，系统吞吐量偏低，尤其是在小区内用户数从10变为100时，并没有任何增益。

相比现有技术，第二实施例的吞吐量有较明显抬升，但又明显次于第一实施例，，尤其是小区内用户较多时，较第一实施例所提方法有较大差距。

还可以从实验结果很清楚地发现，本发明第一实施例所提方法相比传统技术和第二实施均大大提升了系统吞量，尤其是在用户数量较多时，分集增益非常明显。

此外，参见图6和图7，本发明所提方法（尤其是第一实施例所提方法）的基站和用户的误比特率都低于对比方法，尤其当小区内用户较多时，优势更加明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G；

对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U；

针对所述酉矩阵U中的各个列矢量u_m，分别计算列矢量u_m与各待调度用户所对应的信道矢量h_k之间的相关系数ρ_k，m，从所述各待调度用户中选择|ρ_k，m|最大的用户进行调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；

其中，

G和U为M×M维矩阵；

酉矩阵U＝[u₁，u₂，…，u_M]，其中u_m表示酉矩阵U的第m列，其中，m＝1，2，…M，m为所述酉矩阵U的各列的序号；

信道矢量h_k为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中继多天线之间的信道矢量，其中，k＝1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号；

M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；

K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及

|ρ_k，m|表示ρ_k，m的复数绝对值运算。

2.根据权利要求1所述的用户调度方法，其特征在于，

根据表达式svd(G)＝U∑V^H对所述信道矩阵G进行奇异值分解，以获得酉矩阵U；

其中，

svd(·)表示对矩阵进行奇异值分解；

∑为分解得到的准对角矩阵；

V为分解得到的M×M维酉矩阵；

(·)^H表示对矩阵共轭转置。

3.根据权利要求2所述的用户调度方法，其特征在于，

针对所述酉矩阵U中的各个列矢量u_m，利用如下表达式来分别计算各待调度用户与中继之间的信道矢量h_k与u_m的相关系数ρ_k，m：

${\mathrm{\&rho;}}_{k,m}=\frac{h_k^H{u}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|},$

其中，||·||表示矢量的2-范数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，针对所述酉矩阵U中的第m个列矢量u_m，根据如下步骤选择|ρ_k，m|最大的用户进行调度：

由各待调度用户构成待调度用户数组Ω，预设参考系数ρ＝0；

轮询数组Ω中的第k(k＝1，2，…K)个用户以计算所轮询的待调度用户对应的相关系数ρ_k，m，在|ρ_k，m|大于|ρ|时，使得ρ＝ρ_k，m，并将所轮询的待调度用户作为第m个被调度的候选用户；

当轮询完数组Ω内中的每个待调度用户时，将所述候选用户选择为所述|ρ_k，m|最大的用户。

5.根据权利要求4所述的用户调度方法，其特征在于，

将被选择为所述|ρ_k，m|最大的用户从所述用户数组Ω中去除，并且使得m＝m+1，以确定下一被调度用户，直到已调度了M个用户或Ω中的元素个数为零。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的用户调度方法，其特征在于，在所述无线双向中继网络编码系统中，

所述基站和所确定的最多M个用户使用相同的时频资源向中继节点发送数据；

所述中继对从所确定的最多M个用户及所述基站接收到的混合信号进行预编码；

将预编码后的信号转发给所确定的最多M个用户和所述基站；以及

所述基站和所确定的最多M个用户对从所述中继转发来的信息进行网络编码，以获得所需信息。

7.根据权利要求1所述的用户调度方法，其特征在于，

在确定所述相关系数ρ_k，m时，使得矢量h_k与矢量u_m的相似程度越高则|ρ_k，m|越大。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的用户调度方法，其特征在于，在所述中继或所述基站中执行所述用户调度方法。

9.一种无线双向中继网络编码系统的用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

基站和中继通过信道估计获得基站与中继之间的信道矩阵G；

针对所述信道矩阵G中的各个列矢量g_m，分别计算列矢量g_m与各待调度用户所对应的信道矢量h_k之间的相关系数ρ_k，m，从所述各待调度用户中选择|ρ_k，m|最大的用户进行调度，以调度最多M个使用相同时频资源向中继发送数据的用户；

其中，

G为M×M维矩阵，m为所述信道矩阵G的列序号；

以及G＝[g₁，g₂，…，g_M]，其中，g_m表示矩阵G的第m列，其中，m＝1，2，…M；

信道矢量h_k为所述基站所对应的小区内各待调度用户中序号为k的待调度用户与中继多天线之间的信道矢量，其中，k＝1，2，…K，k表示所述各待调度用户的序号；

M表示所述基站的天线数量和所述中继的天线数量；

K表示与所述基站对应的小区内的用户总数；以及

|ρ_k，m|表示ρ_k，m的复数绝对值运算。

10.根据权利要求9所述的用户调度方法，其特征在于，

针对所述信道矩阵G中的各个列矢量g_m，利用如下表达式分别计算各待调度用户与中继之间的信道矢量h_k与g_m的相关系数ρ_k，m：

${\mathrm{\&rho;}}_{k,m}=\frac{h_k^H{g}_m}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_m\left|\right|},$

其中，||·||表示矢量的2-范数。

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