WO2015027601A1 - 一种基于置换的低复杂度多用户调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于置换的低复杂度多用户调度方法，该方法首先确定一个临时调度用户集，然后从由剩余待调度用户组成的备选用户集中选择用户置换临时调度用户集中的用户；每一轮置换选择，在备选用户集中选择具有最大信道质量因子的用户与临时调度用户集中具有最小置换代价因子的用户进行置换，如果置换后得到的新临时调度用户集的最小置换代价因子大于置换前的临时调度用户集的最小置换代价因子，则认为此次置换成功，并进行下一次的置换选择。本发明方法系统容量损失小，降低了计算复杂度。

Description

一种基于置换的低复杂度多用户调度方法 技术领域

本发明属于无线通信技术领域， 尤其是涉及一种基于置换的低复杂度多用户调度方法。 背景技术

贝尔实验室的 Telatar和 Foschini等人的研究成果显示： 在无线富反射衰落环境下采用多 个发射天线和接收天线可以成倍地提高无线通信系统的信道容量， 这种采用多个收发天线的 系统通常被称为多输入多输出 MIMO系统，其信道容量近似与收发天线数目的最小值成正比。 研究表明， MIMO无线传输技术不仅可以在不增加额外的频谱带宽的前提下成倍的提高系统 容量， 还能增加链路的可靠性以及覆盖范围。

随着多天线技术研究的深入和多用户信息论的发展， MIMO技术已从传统的单用户 MIMO ( SU-MIMO) 系统扩展到了多用户 MIMO (MU-MIMO) 系统。 MU-MIMO系统是指 多个用户在相同的频段， 同时向基站发送信号， 然后基站通过适当的方法区分用户数据， 多 用户分集使得 MU-MIMO系统能够进一步提高系统性能。 由于基站所能同时服务的用户数量 受到发射接收天线数的限制， 因此研究合理的用户调度技术， 从众多用户中选择一个用户子 集进行数据传输， 具有非常重要的意义。

传统的用户调度技术在每个传输时隙只调度一个用户， 如以最大化容量为目标的机会主 义调度、以公平性为目标的轮询调度、取容量和公平性折中的比例公平调度等；在 MU-MIMO 系统中， 基站端可以同时与多个用户进行数据信息交换， 每个时隙只调度单个用户通常不是 最优的， 因此为了更好的利用多用户分集增益同时为用户提供更好的公平性， 调度算法应在 每个时隙同时选择多个互不干扰的用户进行通信； 为消除各用户间的干扰， 可在基站端采用 合适的预编码技术，如基于块对角化（Block Diagonal, BD)或信漏噪比（Signal to Leakage Noise Ratio, SLN ) 的预编码技术。

采用遍历方法， 在所有待调度的用户集中选择一个用户子集进行通信可实现系统容量最 大化； 但是随着待调度的用户数增加， 这种调度方法的复杂度急剧增加， 不适于实际系统采 用。 例如， 当待调度的用户数分别为 10、 15， 而基站可同时服务的最大用户数 4时， 若规定 每次调度均选择 4个用户， 则需要遍历的次数分别为 210、 1365。 发明内容 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足， 提出了一种基于置换的低复杂度 多用户调度方法。 所述方法利用 MU-MIMO系统的多用户分集增益， 采用置换方法在所有待 调度的用户集中选择一个用户子集进行通信； 相比于基于遍历方法的系统容量最大化的调度 方法， 该方法在系统容量损失很小的情况下降低了计算复杂度。

为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案如下：

一种基于置换的低复杂度多用户调度方法， 具体步骤如下： 步骤 A， 设定所有待调度的用户数为 ^， 基站可同时服务的最大用户数为 M， M < K , 计算 个待调度用户的信道质量因子，选择待调度用户信道质量因子最大的 Μ个待调度用户 作为临时调度用户集 U的初始值； 剩余待调度用户组成备选用户集 ϋ；

步骤 Β， 计算临时调度用户集 U中每个用户的置换代价因子， 将其中最小置换代价因子 记为 γ ， 同时标记具有该最小置换代价因子的用户为 u

步骤 C， 取出备选用户集 ϋ中信道质量因子最大的用户^ _， 置换临时调度用户集 U中 置换代价因子最小的用户 _∞;

计算更新后临时调度用户集 U中每个用户的置换代价因子， 将其中最小置换代价因子记 为 _min， 同时标记具有该最小置换代价因子对应的用户为 ；

步骤 D， 若^ _m < „， 则置换成功， K 否则， 恢复用户子集： U {U - U ^ {V {u_{m in} }} ; 其中， 符号" "表示将其右边变量的值赋予其左边 的变量， U- ^^^J表示除去集合 U中的元素^ ^， Uu ^}表示将元素 _Mm,„加入集合 U ; 步骤 E， 检查备选用户集 ϋ是否为空集， 如果备选用户集 ϋ是空集， 则结束置换， 确定 临时调度用户集 U为最终调度用户集； 否则， 返回步骤 C继续执行。

本发明的有益效果是： 本发明提出了一种基于置换的低复杂度多用户调度方法， 该方法 首先确定一个临时调度用户集， 然后从由剩余待调度用户组成的备选用户集中选择用户置换 临时调度用户集中的用户； 每一轮置换选择， 在备选用户集中选择具有最大信道质量因子的 用户与临时调度用户集中具有最小置换代价因子的用户进行置换， 如果置换后得到的新临时 调度用户集的最小置换代价因子大于置换前的临时调度用户集的最小置换代价因子， 则认为 此次置换成功， 并进行下一次的置换选择。本发明方法系统容量损失小， 降低了计算复杂度。 附图说明

图 1是本发明一种基于置换的低复杂度多用户调度方法的流程图。

图 2是多用户多输入多输出 MU-MIMO系统框图。

图 3是采用本发明调度方法与现有调度方法系统容量曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例， 对本发明提出的一种基于置换的低复杂度多用户调度方法进 行详细说明： 如图 2所示的一个多用户多输入多输出 （MU-MIMO) 系统中， 基站端首先通 过多用户调度器利用用户信道状态信息， 在用户队列中选出一组用户； 然后对拟发送给这组 用户的数据进行预编码处理； 最后通过发送天线经由下行信道将数据传到用户端。 假设基站 端发射天线数为 ， 下标 Γ表示发送端， 能够同时服务的最大用户数为 M， 系统中所有待调 度的用户数为 ， 第 '个用户的接收天线数为《 ， 其中， 下标 W表示接收端， '表示用户序

M

号， 满足 ≤ ， M < K , 第 ·个用户每接收天线上加性复高斯白噪声方差为^ ²， 信号 功率归一化为 1， 第 '个用户到基站天线之间的信道矩阵为 H ， 第 个用户的归一化预编码 向量为 w 。 图 1为本发明基于置换的低复杂度多用户调度方法具体实施例的流程图， 其具体步骤为： 1) 计算这 个待调度用户的信道质量因子， 在本实例中， 取信道的 Frobenius范数为信 道质量因子， 选择其中信道 Frobenius范数最大的 M个用户作为初始临时调度用户集， 记为 集合 U，将由剩余待调度用户按照用户信道的 Frobenius范数大小由大到小进行排序，得到有 序的备选用户集记为集合 U 。

2) 在本实例中， 基站端采用最大化信漏噪比 （SLNR)准则设计预编码向量 w ， 具体的 计算公式为： w . oc max . eigenvector \ η_β σ² ^ + Η；■ Η；■ Η* Η - ( 1 )

其含义为： w ,.为矩阵 的最大特征值对应的特征向量。 其中， n

^RJ 为第 J'个用户的接收天线数， ^为第 个用户每接收天线上加性复高斯白噪声的方差， 为 基站端发射天线数， Ι„_τ为 X 的单位矩阵， H 为第 个用户的信道矩阵， （·)— ¹表示矩阵 的逆， 表示矩阵的转置， （·;Γ表示矩阵的共轭转置， H 为扩展的信道矩阵， 由除 11 之 外的各用户信道矩阵组成， 即：

3) 在本实例中， 选取用户的信漏噪比（SLNR)作为置换代价因子， 具体的计算公式为:

其中， w 为公式 （1 ) 所求得的预编码向量， ||， ||^为矩阵的 Frobenius范数。

4) 根据公式 (3)计算集合 U中每个用户的置换代价因子 (j' = l … M)， 将其中最小的 置换代价因子记为 γ ， 同时标记具有该最小置换代价因子的用户为 u

5) 取出备选用户集 ϋ中信道 Frobenius范数值最大的用户 _flX置换临时调度用户集 U中 置换代价因子最小的用户 ,„。 更新集合： U {υ υ« , ϋ {ϋ-^_}} 其中， 符号" "表示将其右边变量的值赋予其左边的变量， ϋ-{^。_χ}表示除去集合 ϋ中 的元素^ ^， Uu „_flx}表示将元素^ ^加入集合 υ。

计算更新后临时调度用户集 υ中每个用户的置换代价因子， 将其中最小置换代价因子记 为 γ' 同时标记具有该最小置换代价因子对应的用户为 表示第 次置换；

6) 若 < 则置换成功， 令 y d _m ; 否则， 恢复用户子集： J

7) 检查集合 ϋ是否为空集 0， 如果是， 结束置换选择， 得到最终调度用户子集 U ; 否 则， 返回步骤 5)。

当待调度用户数为 15， 每个用户 2根接收天线， 基站 8根发射天线， 可同时服务的最大 用户数为 4时， 采用本发明调度方法 （RBS， 选取信漏噪比作为置换代价因子） 与基于遍历 的容量最大化调度方法（MC)、 基于遍历的最大化最小信漏噪比调度方法（MMSLNR) 以及 随机调度方法（Random)所获得的系统容量曲线对比图如图 3所示。 图 3表明， 采用本发明 调度方法所获得的系统容量， 远远大于随机调度方法所获得的系统容量， 且相比于基于遍历 方法的系统容量最大化的调度方法所获得的系统容量， 其损失可以忽略不计。

Claims

权利要求书

1.一种基于置换的低复杂度多用户调度方法， 其特征在于， 具体步骤如下： 步骤 A， 设定所有待调度的用户数为 ^， 基站可同时服务的最大用户数为 M， M < K , 计算 个待调度用户的信道质量因子， 选择待调度用户信道质量因子最大的 M 个待调度用户作为临时调度用户集 u的初始值； 剩余待调度用户组成备选用户集 ϋ； 步骤 Β， 计算临时调度用户集 U中每个用户的置换代价因子， 将其中最小置换代价因 子记为 γ ， 同时标记具有该最小置换代价因子的用户为 u 步骤 (：， 取出备选用户集 ϋ中信道质量因子最大的用户^ _， 置换临时调度用户集 υ 中置换代价因子最小的用户 u 计算更新后临时调度用户集 U中每个用户的置换代价因子， 将其中最小置换代价因子 记为 γ' _η， 同时标记具有该最小置换代价因子对应的用户为 u_m' _in 步骤 D， 若 则置换成功， K 否则， 恢复用户子 集： ―

如果备选用户集 ϋ是空集， 则结束置换， 确 定临时调度用户集 U为最终调度用户集； 否则， 返回步骤 C继续执行。