CN104602357A - 适用于智能电网的无线传输多用户调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，包括步骤：首先根据用户与基站之间的信道状态信息，采用最小化组间干扰的准则将所有用户进行分组；其次，对每个分组选择一组天线，在该组用户和所分配的天线之间进行多用户联合发送/接收。本发明所提供的无线传输用户调度方法能够在充分利用空间资源，提高无线通信系统的吞吐率。

Description

适用于智能电网的无线传输多用户调度方法

技术领域

本发明涉及智能电网无线通信系统的传输方法，尤其涉及适用于智能电网的无线传输多用户调度方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，电力无线专网成为智能电网的一个不可或缺的组成部分。电力无线专网的一个重要功能就是采集大规模的电力用户以及电力设备的数据信息，上传到信息处理中心。传统的蜂窝通信公网提供更大下行传输速率，而智能电网往往有大量的用户需要上行传输。因此需要针对电网用户多、上行业务量大等特点设计无线通信方法。

分布式天线系统继承并发展了微单元系统概念，而在微单元系统中，多个分布式天线或访问节点互相连接，并由一个中心节点来控制。分布式天线系统也拥有开放式无线结构(Open Wireless Architecture，OWA)的特点，这是未来无线通信系统的重要属性之一。由于其具有开放的结构，一些新颖、灵活的无线资源管理方式就可以应用到分布式天线系统中，从而拥有比传统的中心控制无线通信系统更好的性能。

分布式天线系统中，当用户数量较大时，用户之间会存在较为严重的互干扰，导致无线通信系统不能获得理想的吞吐量。为了改善用户干扰，增加无线通信系统的传输吞吐率，一种解决该问题的思路为将干扰较大的用户划分为一组、采用多天线系统联合发送/接收技术降低互干扰的影响，本发明根据这种思路，提供了一种适用于智能电网无线通信系统的多用户调度方法。

多用户调度算法是智能电网中分布式多天线无线通信系统所面临的关键问题之一，其算法效率和优劣对分布式多天线无线通信系统的容量及性能具有重要影响。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种适用于智能电网无线传输多用户调度方法，解决了用户之间会存在较为严重的互干扰，导致无线通信系统不能获得理想的吞吐量问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，包括步骤：

1)将用户分成L组，并初始化L＝K，并为每个用户分配信道增益最大的无线通信系统基站的远程接入单元；K为无线终端用户的总个数；

2)对于每个分组l，计算分组l与其他所有分组m由于相互干扰所决定的信号干扰噪声比，若两个分组之间由于相互干扰所决定的信号干扰噪声比小于解调门限，则合并两组的用户，且合并分配给该两组的远程接入单元，成为一个新的用户分组和远程接入单元分组；

3)重复步骤2)，直到获得所有的用户分组和远程接入单元分组；

4)对某个分组内的所有用户，无线通信系统基站使用且仅使用对应的远程接入单元分组中的远程接入单元与该用户分组在同一分组内进行多天线联合发送/接收传输。

前述的一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，步骤2)中对于每个分组l，分组l与其他所有分组m之间信号干扰噪声比计算方法为：

${\mathrm{SINR}}_{l,m}=\min \{\frac{\underset{k\∈S_l,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_l,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2},\frac{\underset{k\∈S_m,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_m,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}\}---\left(1\right)$

其中，min(a,b)函数返回a和b两个数的最小值，为第m分组远程接入单元对第l分组的用户的干扰所决定的第l分组用户的信号干扰噪声比，为第l分组远程接入单元对第m分组的用户的干扰所决定的第m分组用户的信号干扰噪声比，σ²为接收端加性高斯白噪声的方差，h_nk为第n个远程接入单元到第k个用户的信道状态信息，S_l和A_l分别表示第l个分组用户集合和分配给该分组的远程接入单元，l＝1,…,L。

前述的一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，步骤1)中，信道增益最大的无线通信系统基站的远程接入单元，计算方式为：A_l＝{n|n＝argmax_n{|h_nl|²}}，式中argmax{}函数返回令括号内目标函数值最大的自变量n。

本发明所达到的有益效果：本发明能够通过用户和天线之间合理的分组调度，充分利用空间资源，提高无线通信系统的吞吐率。

附图说明

图1是本发明智能电网分布式多天线无线通信系统示意图；

图2是本发明无线传输多用户调度方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

远程数据采集是智能电网无线专网的一个重要功能，此类业务的特点为通常用户数量巨大，其位置较为固定地分散在小区各个位置。由于远程数据采集需要主要通过上行链路进行数据传输，因此对系统上行传输速率有较高的要求。分布式天线无线基站通过在小区配置分布式天线，提高系统的吞吐率，是解决此类业务的有效手段之一，但是由于多个用户在同一时频资源进行传输，容易产生用户间干扰，需要高效的多用户调度算法以解决用户数量较多带来的无线资源分配难题。

如图1所示，分布式多天线无线通信系统包括一个配置分布式多天线的无线通信系统基站，以及多个配置单天线的无线终端用户，无线通信系统基站由远程接入单元、光纤和中心处理单元组成。远程接入单元主要包括天线与射频单元，分布在小区的各个位置，其主要功能为接收无线终端用户发送的射频无线信号，并将接收到的射频信号通过光纤传输到中心处理单元；中心处理单元负责基带信号处理，根据远程接入单元送来的信号进行数字解调。多个无线终端用户分布在小区内，每个终端配置一个天线。由于无线通信系统基站采用了分布式多天线，各无线终端用户可就近连接通过无线通信各个天线同时接入小区，独立进行数据传输。然而为了避免用户之间的干扰，可使用本发明提供的多用户调度方法，对用户进行分组，以减轻干扰，并提高系统的吞吐率。

设无线通信系统基站侧配置N个远程接入单元，小区内共有K个无线终端用户，如图2所示，一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，包括步骤：

首先，无线通信系统基站获取各个无线终端用户到无线通信系统基站的各远程接入单元的信道状态信息，信道状态信息的获取通常采用导频辅助信道估计的方法，用h_nk表示第n个远程接入单元到第k个用户的信道状态信息。用S_l和A_l(l＝1,…,L)分别表示第l个分组用户集合和分配给该分组的远程接入单元集合，进行分组初始化时，将用户分成L组，并初始化L＝K；对每个分组l，S_l包含且仅包含第l个用户，即S_l＝{l}，A_l则取无线通信系统基站的各远程接入单元中选取一个信道增益最大的远程接入单元，即A_l＝{n|n＝argmax_n{|h_nl|²}}，式中argmax{}函数返回令括号内目标函数值最大的自变量n。

其次，对于每个分组l，计算分组l与其他所有分组m之间信号干扰噪声比：

${\mathrm{SINR}}_{l,m}=\min \{\frac{\underset{k\∈S_l,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_l,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2},\frac{\underset{k\∈S_m,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_m,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}\}---\left(1\right)$

其中，min(a,b)函数返回a和b两个数的最小值，为第m分组远程接入单元对第l分组的用户的干扰所决定的第l分组用户的信号干扰噪声比，为第l分组远程接入单元对第m分组的用户的干扰所决定的第m分组用户的信号干扰噪声比，σ²为接收端加性高斯白噪声的方差，通常采用导频辅助信道估计等本领域常规技术获得。

本发明提供用户分组的基本准则为最小化组间干扰，当组间干扰较大时，会导致信号干扰噪声比变小。在本发明所提供的方法中，当分组l与分组m之间由于互相干扰所导致的信号干扰噪声比SINR_l,m小于解调门限β，将分组l和分组m合并，且总分组数减1，即用户分组S_l＝S_l∪S_m，天线分组A_l＝A_l∪A_m，L＝L-1。由于将组间干扰较大(SINR_l,m小于解调门限β)的分组合并，使得最后得到的分组之间干扰足够小到不会影响各自分组的有效传输，提高系统吞吐率。解调门限β的取值可以根据具体的调制与编码方式确定，即能够针对特定调制与编码方式进行正确解调的最低信噪比要求。例如，当编码调制方式为正交相移键控(QPSK)、编码方式为码率1/2的涡轮码(Turbo码)时，解调门限β在2dB左右。

重复上一步，直到最后得到用户分组S_l和相应的远程接入单元分组A_l。

最后得到的用户分组和远程接入单元分组，在同一分组内进行多天线联合发送/接收传输方式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，包括步骤：

1)将用户分成L组，并初始化L＝K，并为每个用户分配信道增益最大的无线通信系统基站的远程接入单元；K为无线终端用户的总个数；

2)对于每个分组l，计算分组l与其他所有分组m由于相互干扰所决定的信号干扰噪声比，若两个分组之间由于相互干扰所决定的信号干扰噪声比小于解调门限，则合并两组的用户，且合并分配给该两组的远程接入单元，成为一个新的用户分组和远程接入单元分组；

3)重复步骤2)，直到获得所有的用户分组和远程接入单元分组；

4)对某个分组内的所有用户，无线通信系统基站使用且仅使用对应的远程接入单元分组中的远程接入单元与该用户分组在同一分组内进行多天线联合发送/接收传输。

2.根据权利要求1所述的一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，步骤2)中对于每个分组l，分组l与其他所有分组m之间信号干扰噪声比计算方法为：

${\mathrm{SINR}}_{l,m}=\min \{\frac{\underset{k\∈S_l,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_l,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2},\frac{\underset{k\∈S_m,n\∈A_m}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+\underset{k\∈S_m,n\∈A_l}{\mathrm{\Σ}}{\left|h_{\mathrm{nk}}\right|}^2}\}---\left(1\right)$

其中，min(a,b)函数返回a和b两个数的最小值，为第m分组远程接入单元对第l分组的用户的干扰所决定的第l分组用户的信号干扰噪声比，为第l分组远程接入单元对第m分组的用户的干扰所决定的第m分组用户的信号干扰噪声比，σ²为接收端加性高斯白噪声的方差，h_nk为第n个远程接入单元到第k个用户的信道状态信息，S_l和A_l分别表示第l个分组用户集合和分配给该分组的远程接入单元，l＝1,…,L。

3.根据权利要求1所述的一种适用于智能电网的无线传输多用户调度方法，其特征在于，步骤1)中，信道增益最大的无线通信系统基站的远程接入单元，计算方式为：A_l＝{n|n＝argmax_n{|h_nl|²}}，式中argmax{}函数返回令括号内目标函数值最大的自变量n。