CN106131966B - 基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法 - Google Patents

基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，首先中心处理单元收集用户的长时信道信息，每个用户利用长时信道信息选择大尺度衰落最小的一个远程接入单元RAU，然后计算RAU之间用户大尺度衰落的比值大小，进行RAU的合并，形成若干个协作簇，每个协作簇包含相邻的若干个RAU；接着利用短时信道信息，每个RAU协作簇以和速率最大准则并行调度用户集合。本发明是以用户为中心进行分簇，能够适应实际系统中用户移动的变化，提高系统的频谱利用率，并且具有算法复杂度低，所需信道信息开销小的优点。

Description

基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法
技术领域
本发明涉及一种密集分布式无线天线系统调度技术，尤其涉及动态RAU(远程天线单元)分簇和用户调度方法。
背景技术
密集分布式无线网络作为一种分布式布设天线阵列的大规模MIMO，有望大幅提高系统的频谱效率和功率效率，满足未来无线数据增长需求。该系统在整个小区内密集布设远程天线单元RAU，每个RAU与中心处理单元通过高速回程链路相连构成一个无线通信系统整体。与天线集中放置的传统大规模MIMO系统相比，密集分布式无线网络可大幅缩短用户和天线间的接入距离，从而获得低传播损耗和高空间复用增益。因此，其相关研究近年来受到广泛重视，具有重要的理论和现实意义。
由于高速回程链路容量受限，密集分布式无线通信系统无法利用集中式大规模MIMO的信号传输与检测方案，因此RAU分簇与用户调度算法是解决回程链路容量受限的密集分布式无线网络干扰抑制的关键技术。传统的静态分簇，只是按照基站的地理分布位置将相邻较近的基站静态划分为一个簇,并没有考虑实际系统中的信道状态信息(CSI)信息。这种算法无法适应实际系统中的信道时变性,会损失一定的系统频谱利用率。为了弥补静态分簇算法的不足，许多学者又提出了动态分簇，这些算法一般是通过利用实时的CSI信息,采用贪婪地搜索方式逐一选择协同节点,构造出多个动态协同簇。但现有的动态分簇和用户调度算法的性能要远远优于静态分簇和用户调度算法的性能，但是仍然存在信息交互量巨大、需要全部的CSI等问题。因此在回程链路容量受限的密集分布式无线网络中需要采用新的动态分簇和用户调度算法。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，先利用长时信道信息对RAU进行分簇，然后再进行用户调度，用户调度优选采用短时信道信息对每个簇内的用户进行加权和速率最大准则调度。
为了达到上述目的，本发明提出的1.基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，包括密集分布式无线网络动态分簇过程和用户调度过程，其特征在于所述密集分布式无线网络动态分簇过程如下：
步骤S1、在每个周期调度开始，所有用户发送正交导频信息，远程天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；
步骤S2、中心单元根据获取的所有用户与相邻远程天线单元的长时信道信息，按照大尺度衰落的大小排序，确定每个用户所属大尺度衰落最小的远程天线单元；
步骤S3、计算每个用户到所有协作簇的大尺度衰落，协作簇由若干个远程天线单元组成，首次计算时每个协作簇只有1个远程天线单元，
其中，为用户l到协作簇vn的大尺度衰落，|vn|为协作簇n中远程天线单元的个数，βl,s为用户l到远程天线单元s的大尺度衰落；
步骤S4、计算所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值：
其中aij为协作簇i对协作簇j的大尺度衰落比值总和，aji为协作簇j对协作簇i的大尺度衰落比值总和，|ui|为协作簇vi中用户集合中元素的个数，|uj|为协作簇vj中用户集合中元素的个数，ui为协作簇i的用户集合，uj为协作簇j的用户集合，为协作簇i中用户m到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇i中用户m到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落；
步骤S5、若所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值中的最大值大于或等于协作簇合并门限值α，并且该最大值对应的两个协作簇的远程天线单元的个数总和小于或等于簇规模门限值K，则该最大值对应的两个协作簇合并为新的协作簇，然后转至步骤S3，否则分簇结束。
本发明还具有如下进一步的特征：
1、所述用户调度过程包括以下步骤：
步骤T1、协作簇内每个用户发送正交导频，各个协作簇之间复用导频，协作簇内所有远程天线单元进行信道估计，获取协作簇内所有用户的短时信道信息，并汇总给中心处理单元；
步骤T2、判断协作簇内用户的个数，如果用户数为1，则对该用户采用最大比传输模式，否则，转至步骤T3；
步骤T3、协作簇中待调度用户集合为A，已调度用户集合为B，从未被调度的用户中选择一个使得该协作簇系统性能指标最大的用户m；
步骤T4、如果用户m加入到已调度用户集合B后协作簇系统性能指标增加，则转至步骤T5，否则结束调度；
步骤T5、把用户m加入已调度用户集合B，更新待调度用户集合A和已调度用户集合B，A←A-{k}，B←B∪{k}；。
步骤T6、重复步骤T3至T5，直至已调度用户数和协作簇的天线数相等。
2、所述系统性能指标为系统和速率、系统加权能效、系统加权和速率、用户速率。
3、所述系统性能指标为系统和速率，协作簇vi的和速率公式为：
其中，γm为协作簇vi中用户m的信干噪比，用户m的信干噪比为：
其中，P为协作簇内远程天线单元的发射功率，为用户m的短时信道信息，wm为用户m的迫零传输预编码，为所有协作簇集合，βm,t为协作簇vi中用户m到协作簇t中所有远程天线单元的大尺度衰落。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明动态分簇和用户调度速度快，算法复杂度低，适用于各种密集分布式无线通信系统；
2、本发明先利用长时信道信息进行动态分簇，再利用短时信道信息进行用户调度，既适应实际系统中的信道时变性，提高了系统的频谱利用率，也减少了中心处理单元所需的信道开销，减轻了回程链路的负担；
3、本发明以用户为中心进行分簇与调度，能够满足各用户的服务质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为密集分布式无线通信系统动态分簇示意图。
图2为密集分布式无线通信系统动态分簇流程图。
图3为密集分布式无线通信系统分簇后一种用户调度算法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本实施例的密集分布式无线网络模型如图1所示，假设单小区有N个RAU，通过光纤连接到中心处理单元，每个RAU有M根天线，用户数为K，每个用户终端有单根天线，所有的分布式天线单元共享用户的大尺度衰落信息(统计信道信息)和数据信息，接收端可以精确知道瞬时信道信息，每个分布式天线单元的天线端口发送功率为P。整个系统由模块101、模块102、模块103和模块104组成，其中模块101是RAU，主要作用是取代传统基站的射频单元，负责收发数据；模块102是用户终端，主要作用是用户收发数据的设备，如手机、笔记本和IPAD等；模块103是RAU协作簇，是根据本发明的算法得出的动态分簇结果，主要作用是抑制用户间的干扰，提高系统的频谱利用率；模块104是中心处理单元，主要作用是取代传统的基站基带处理单元，负责信号处理以及调度算法等。
本实施例基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，包括密集分布式无线网络动态分簇过程和用户调度过。
如图2所示，为密集分布式无线网络动态分簇程流程图，具体过程如下：
步骤S1、在每个周期调度开始，所有用户发送正交导频信息，远程天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；
步骤S2、中心单元根据获取的所有用户与相邻远程天线单元的长时信道信息，按照大尺度衰落的大小排序，确定每个用户所属大尺度衰落最小的远程天线单元；
步骤S3、计算每个用户到所有协作簇的大尺度衰落，协作簇由若干个远程天线单元组成，首次计算时每个协作簇只有1个远程天线单元，
其中，为用户l到协作簇vn的大尺度衰落，|vn|为协作簇n中远程天线单元的个数，βl,s为用户l到远程天线单元s的大尺度衰落；
步骤S4、计算所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值：
其中aij为协作簇i对协作簇j的大尺度衰落比值总和，aji为协作簇j对协作簇i的大尺度衰落比值总和，|ui|为协作簇vi中用户集合中元素的个数，|uj|为协作簇vj中用户集合中元素的个数，ui为协作簇i的用户集合，uj为协作簇j的用户集合，为协作簇i中用户m到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇i中用户m到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落；
步骤S5、若所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值中的最大值大于或等于协作簇合并门限值α，并且该最大值对应的两个协作簇的远程天线单元的个数总和小于或等于簇规模门限值K，则该最大值对应的两个协作簇合并为新的协作簇，然后转至步骤S3，否则分簇结束。
如图3所示，用户调度过程包括以下步骤：
步骤T1、协作簇内每个用户发送正交导频，各个协作簇之间复用导频，协作簇内所有远程天线单元进行信道估计，获取协作簇内所有用户的短时信道信息并汇总给中心处理单元；
步骤T2、判断协作簇内用户的个数，如果用户数为1，则对该用户采用最大比传输模式，否则，转至步骤T3；
步骤T3、协作簇中待调度用户集合为A，已调度用户集合为B，从未被调度的用户中选择一个使得该协作簇和速率最大的用户m，协作簇vi的和速率公式为：
其中，γm为协作簇vi中用户m的信干噪比，用户m的信干噪比为：
其中，P为协作簇内远程天线单元的发射功率，为用户m的短时信道信息，wm为用户m的迫零传输预编码，为所有协作簇集合，βm,t为协作簇vi中用户m到协作簇t中所有远程天线单元的大尺度衰落；
步骤T4、如果用户m加入到已调度用户集合B后协作簇和速率增加，则转至步骤T5，否则结束调度；
步骤T5、把用户m加入已调度用户集合B，更新待调度用户集合A和已调度用户集合B，A←A-{k}；B←B∪{k}。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，包括密集分布式无线网络动态分簇过程和用户调度过程，其特征在于所述密集分布式无线网络动态分簇过程如下：
步骤S1、在每个周期调度开始，所有用户发送正交导频信息，远程天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；
步骤S2、中心单元根据获取的所有用户与相邻远程天线单元的长时信道信息，按照大尺度衰落的大小排序，确定每个用户所属大尺度衰落最小的远程天线单元；
步骤S3、计算每个用户到所有协作簇的大尺度衰落，协作簇由若干个远程天线单元组成，首次计算时每个协作簇只有1个远程天线单元，
其中，为用户l到协作簇的大尺度衰落，为协作簇n中远程天线单元的个数，βl,s为用户l到远程天线单元s的大尺度衰落；
步骤S4、计算所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值：
其中aij为协作簇i对协作簇j的大尺度衰落比值总和，aji为协作簇j对协作簇i的大尺度衰落比值总和，为协作簇中用户集合中元素的个数，为协作簇中用户集合中元素的个数，为协作簇i的用户集合，为协作簇j的用户集合，为协作簇i中用户m到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇i中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇j中用户k到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落，为协作簇i中用户m到协作簇j中所有远程天线单元的大尺度衰落；
步骤S5、若所有两两协作簇之间的双向大尺度衰落比值的平均值中的最大值大于或等于协作簇合并门限值α，并且该最大值对应的两个协作簇的远程天线单元的个数总和小于或等于簇规模门限值K，则该最大值对应的两个协作簇合并为新的协作簇，然后转至步骤S3，否则分簇结束；
所述用户调度过程包括以下步骤：
步骤T1、协作簇内每个用户发送正交导频，各个协作簇之间复用导频，协作簇内所有远程天线单元进行信道估计，获取协作簇内所有用户的短时信道信息，并汇总给中心处理单元；
步骤T2、判断协作簇内用户的个数，如果用户数为1，则对该用户采用最大比传输模式，否则，转至步骤T3；
步骤T3、协作簇中待调度用户集合为A，已调度用户集合为B，从未被调度的用户中选择一个使得该协作簇系统性能指标最大的用户m；
步骤T4、如果用户m加入到已调度用户集合B后协作簇系统性能指标增加，则转至步骤T5，否则结束调度；
步骤T5、把用户m加入已调度用户集合B，更新待调度用户集合A和已调度用户集合B，A←A-{k}，B←B∪{k}；
步骤T6、重复步骤T3至T5，直至已调度用户数和协作簇的天线数相等。
2.根据权利要求1所述的基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，其特征在于：所述系统性能指标为系统和速率、系统加权能效、系统加权和速率、用户速率。
3.根据权利要求1所述的基于密集分布式无线网络动态分簇的用户调度方法，其特征在于：所述系统性能指标为系统和速率，协作簇的和速率公式为：
其中，γm为协作簇中用户m的信干噪比，用户m的信干噪比为：
其中，P为协作簇内远程天线单元的发射功率，为用户m的短时信道信息，wm为用户m的迫零传输预编码，为所有协作簇集合，βm,t为协作簇中用户m到协作簇t中所有远程天线单元的大尺度衰落。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106253959A (zh) * 2016-07-28 2016-12-21 河海大学 一种提高多小区分布式天线系统性能的网络侧通信方法
CN109004959A (zh) * 2018-08-01 2018-12-14 南京邮电大学 基于大尺度衰落信道信息的能效优化快速天线选择算法
CN110177390B (zh) * 2019-05-22 2021-05-11 南通大学 一种密集分布式无线通信系统半动态重叠分簇算法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101873157A (zh) * 2010-05-14 2010-10-27 东南大学 用于分布式天线移动通信系统的天线分簇方法
CN103281706A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 北京邮电大学 一种双层的动态CoMP通信协作簇划分方法
CN105636226A (zh) * 2016-01-05 2016-06-01 南通大学 基于静态分簇的密集分布式无线网络多用户调度方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101873157A (zh) * 2010-05-14 2010-10-27 东南大学 用于分布式天线移动通信系统的天线分簇方法
CN103281706A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 北京邮电大学 一种双层的动态CoMP通信协作簇划分方法
CN105636226A (zh) * 2016-01-05 2016-06-01 南通大学 基于静态分簇的密集分布式无线网络多用户调度方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
joint user scheduling and antenna selection in distributed massive MIMO systems with limited backhaul capacity;XU Guozhen;<Chima Communication>;20140530;全文

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