一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法，包括以下步骤：首先基站端根据现有的方法获得用户端反馈的预编码向量索引(PMI)和信道质量信息(CQI)后通过计算用户集合的预编码矩阵的相关性来获得待选的用户集合Ω；然后，基站端根据信道质量信息(CQI)计算所有待选用户集合Si∈Ω的和容量，并得到最大计算和容量；接着基站端根据用户集合的和容量和用户调度次数，计算待选择用户集合Si∈Ω的归一化和容量和归一化用户调度次数；最后，基站端根据归一化和容量和归一化用户调度次数计算待选择用户集合调度标识位，再根据用户调度标识位选择一组理想用户集合进行服务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法
本专利技术涉及无线通讯网络领域，具体是一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法。
技术介绍
为了满足未来无线通信数据传输需求的快速增长，关于5G的需求和候选关键技术的研究已经成为国内外的研究热点。其中，作为关键技术之一的大规模MIMO(MassiveMIMO)技术可以进一步挖掘空间维度无线资源，提升无线系统的频谱效率和能源效率。多用户MIMO(MU-MIMO)系统比单用户系统增加了空间维度的概念，因而进一步提升了系统的容量。系统容量域定义为一个可以同时达到的速度矢量的集合，常用来衡量一个系统同时与多个用户通信的能力。脏纸编码(DirtyPaperCoding，DPC)可以达到高斯的多天线广播信道的和容量。但是DPC算法的复杂度极高，在现实中不可能实现，因此DPC算法提供的是一种容量可达域的描述。在实际中常采用一些次优预编码方法来达到高容量和复杂度的折中。理论研究表明，MIMO广播系统采用迫零波束赋形(ZeroForcingBeamForming，ZFBF)预编码技术，并结合恰当的多用户选择算法，可以达到接近脏纸编码的容量。但是该结论的前提是基站端可以获得全部的信道信息，对于频分双工系统来说是不可能实现的。因此针对有限反馈预编码下的多用户选择成为研究的重点。有限反馈的信息可能包括信道状态信息(CSI)、信道质量信息(CQI)、预编码矩阵索引(PMI)等。根据用户端反馈的信息，反馈分为非码本的反馈和基于码本的反馈。对于MIMO下行信道，基于码本的反馈是一种常见的反馈方式。基站端和用户端存储着同一个量化码本，用户端根据信道信息选择码本中的一个向量，并将这个向量的索引和信道质量信息反馈给基站端。基站端根据收到的索引值和信道质量信息，按照多用户选择方法选择同时服务的用户集合，最后对该用户集合进行预编码。针对基于码本预编码(即基于量化预编码)系统的多用户选择方法的研究引起了人们的关注。穷举法是遍历所有用户组合，选取使系统容量最大的一组用户。该方法可以达到容量最大化，但是计算的复杂度很高，且没有考虑用户间的公平性问题。轮询调度是不考虑各用户信道质量的差异，没有优先顺序的轮流地调度用户。它充分保证了用户的公平程度，但是难以保证系统的容量。因此设计既可以保证系统容量又可以保证用户公平性的多用户选择方法是必要的。对基于量化预编码的多用户选择方法进行研究的文献《EffectiveuserselectionalgorithmforquantizedprecodinginmassiveMIMO》(NayanFang，XinSuy，JieZengy，YujunKuang.EffectiveuserselectionalgorithmforquantizedprecodinginmassiveMIMO[J].CommunicationsandNetworkinginChina(CHINACOM)，20138thInternationalICSTConferenceon，2013，pp：353-357.)针对量化预编码MU-MIMO系统，提出了一种基于最小化预编码矩阵相关性的多用户选择方法。该方法通过最小化预编码向量间的相关性来获得一组理想的用户集合。但是该方法只是考虑了用户间的干扰，并没有考虑用户的信道质量和公平性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法。本专利技术提出的用户选择方法首先通过将所有用户集合的预编码矩阵相关性与一个预定的门限值做比较，得到待选用户集合；然后，根据本专利技术定义的调度标识位的概念计算每个待选用户集合的调度标识位；最后选择调度标识位最大的一组作为服务的用户集合。该选择方法提升了系统的容量，同时又保证了用户间的公平性，克服了现有的最小化预编码矩阵相关性的用户选择方法系统容量较低和没有考虑用户公平性的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，基站端根据现有的方法获得用户端反馈的预编码矩阵索引(PMI)和信道质量信息(CQI)，然后通过计算用户集合的预编码矩阵相关性来获得待选的用户集合Ω。即：其中，K为同时服务的用户数，每个用户集合包含K个用户，M为小区内的用户数，Si为第i个用户集合，为Si用户集合的预编码矩阵，δ为预编码矩阵相关性的门限。第二步，基站端根据信道质量信息(CQI)计算所有待选用户集合Si∈Ω的和容量R(Si)，并得到最大和容量R(Smax)。(1)基站端计算用户k的信干燥比SINRk：其中，Hk为用户k的信道信息，wk为用户k选择的预编码向量，Pt为基站总的发射功率，σ2为噪声功率，γ为信噪比，K为同时服务的用户数。(2)基站端根据计算的信干燥比计算待选用户集合Si∈Ω的和容量，并得到最大和容量：第三步，基站端根据用户集合的和容量和用户服务次数，计算待选用户集合Si∈Ω的归一化和容量和归一化用户服务次数。定义用户集合Si∈Ω的归一化和容量为定义用户集合Si∈Ω的归一化用户服务次数为其中为用户集合Si∈Ω中各用户服务次数总和，dsum为小区内所有用户服务次数总和。第四步，基站端根据归一化和容量和归一化用户服务次数计算用户集合Si∈Ω调度标识位再根据用户调度标识位选择一组理想用户集合进行服务。(1)本专利技术定义用户集合Si∈Ω的调度标识位为x+y＝1注：当x为0时，表示选择过程中只考虑了用户的公平性，没有考虑用户的信道质量，当y为0时只考虑了用户的信道质量，即只考虑系统的和容量。x和y的设置可以自由地调节系统性能和公平性的比例。(2)在待选的用户集合Ω中，选择调度标识位数值最大的一组用户同时服务。此时获得的系统和容量为R(S)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术方法的突出的实质性特点是：本专利技术方法是基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法的一项专利技术。可以通过如图2所示的MU-MIMO系统下行链路预编码系统模型来显示该方法的实质性特点。为方便理解，先对涉及到的MU-MIMO系统模型和系统模型中用户端的反馈原理简要介绍如下：(1)本专利技术方法所采用的是大规模MU-MIMO下行链路预编码系统模型，具体描述如图2所示。本专利技术基于有M个用户的单小区场景。基站端根据信道质量信息和预编码矩阵索引进行多用户选择，然后输入的码字流q经过调制后生成复调制符号d(i)，再进行预编码操作，即把复调制符号映射到相应的虚拟天线端口的资源上的向量块y(i)上。调制方式采用QPSK，即正交相移键控。预编码方式采用基于旋转DFT码本的预编码。基站端采用Nt＝Nth*Ntv的均匀平板天线阵列，发送信号经过3DWINNER2信道、加高斯白噪声之后被接收端接收，然后进行信道估计，这里假设信道估计矩阵为H∈CM×Nt，可由下式表示：H＝[H1；H2；…；HM]其中H∈Cl×Nt表示基站端发射天线到第k个用户之间的时域信道特性。用户端根据以上的信道估计矩阵利用已有的码本选择算法进行预编码矩阵选择，并将预编码矩阵指示符(PMI)和信道质量信息(CQI)通过上行链路反馈回基站，以便基站根据CQI和PMI进行多用户选择和预编码矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)、基站端根据现有的方法获得用户端反馈的预编码矩阵索引(PMI)和信道质量信息(CQI)，然后通过计算用户集合的预编码矩阵相关性来获得待选用户集合Ω；步骤2)、基站端根据信道质量信息(CQI)计算所有待选用户集合的和容量R(Si)，并得到最大和容量R(Smax)；步骤3)、基站端根据用户集合的和容量和用户服务次数，计算待选用户集合Si∈Ω的归一化和容量和归一化用户服务次数步骤4)、基站端根据归一化和容量和归一化用户服务次数计算用户集合Si∈Ω调度标识位再根据用户调度标识位选择一组理想用户集合进行服务。

【技术特征摘要】
1.一种基于量化预编码的多用户MIMO系统用户选择方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)、基站端根据现有的方法获得用户端反馈的预编码矩阵索引(PMI)和信道质量信息(CQI)，然后通过计算用户集合的预编码矩阵相关性来获得待选用户集合Ω；步骤2)、基站端根据信道质量信息(CQI)计算用户k的信干噪比SINRk，然后根据信干噪比计算待选用户集合Si∈Ω的和容量R(Si)，并得到最大和容量R(Smax)，具体如下：(1)基站端计算用户k的信干噪比SINRk：其中，Hk为用户k的信道信息，wk为用户k选择的预编码向量，Pt为基站总的发射功率，σ2为噪声功率，γ为信噪比，K为同时服务的用户数；(2)基站端根据计算的信干噪比计算待选用户集合Si∈Ω的和容量，并得到最大和容量R(Smax)：步骤3)、基站端根据用户集合的和容量和用户服务次数，计算待选用户集合Si∈Ω的归一化和容量和归一化用户服务次数步骤4)、基站端根据归一化和容量和归一化用户服务次数计算用户集合Si∈Ω调度标识位再根据用户调度标识位选择一组理想用户集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑飞，陶颖，曾祥烨，卢嘉，王蒙军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12