虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线通信领域中虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法。主要解决了在用户数量大时非固定用户配对和资源分配的问题。技术方案是：构建完备资源块分配集合、用户组分拆数集合；构造虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配模型，用基于贪婪算法匈牙利算法求解；得到用户配对和资源分配结果；依该结果和用户调制矩阵对用户信息调制；调制后信息在用户分配到的资源块上发送给接收机，完成用户分组和资源分配。本发明专利技术基于分拆数的用户分组快速进行非固定数目多用户配对，求解分配模型中从局部最优到全局最优。本发明专利技术在计算复杂度低的情况下，最大化系统频率利用率，提高系统通信质量。用于虚拟MIMO系统通信。

Fast joint resource allocation method based on partition number in virtual MIMO system

The invention discloses a fast joint resource allocation method based on partition numbers in a virtual MIMO system in the field of wireless communication. It mainly solves the problem of non fixed user pairing and resource allocation when the number of users is large. The technical scheme is: to construct a complete set of resource block allocation, user group partition number set; fast joint resource allocation model based on the partition number of constructing a virtual MIMO system, using the greedy algorithm based on the Hungarian algorithm for user pairing and resource allocation; results; according to the results of user information and user modulation matrix modulation; modulation resource block after the information in the user assigned to send to the receiver to complete user grouping and resource allocation. The invention rapidly couples the non fixed number of multiple users based on the user group of the partition number, and solves the allocation model from the local optimum to the global optimum. The invention has the advantages of maximizing system frequency utilization and improving the communication quality of the system under the condition of low computational complexity. For virtual MIMO system communications.

【技术实现步骤摘要】
虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及虚拟多输入多输出MIMO资源分配方法，具体是一种基于分拆数的快速资源分配方法。用在虚拟MIMO系统的上行链路中。
技术介绍
多输入多输出MIMO技术在各种无线通信系统已被广泛地用于提高频谱效率。然而，由于用户设备的成本和尺寸等实际操作方面的困难，使得多输入多输出MIMO技术在上行链路的应用受到局限。为了解决这个问题，研究人员提出了虚拟多输入多输出MIMO的方法，有效的解决的了用户设备的成本和尺寸限制的问题，即上行链路对两个或多个用户进行配对，在相同的频带和时隙内对每个配对用户部署单个发射天线，与常规的多输入多输出MIMO系统相比，虚拟多输入多输出MIMO能通过设计良好的用户配对和资源调度策略来得到较大的频谱利用率和较小的误比特率。因此，用户配对和资源分配是直接影响多输入多输出系统性能的关键。现有的资源分配技术多是考虑资源分配最优的问题，当与某一用户配对时一般是考虑从所有用户中选取一个或多个用户，即利用遍历性进行固定数目的用户配对。遍历性算法对所有用户进行配对搜素，导致算法复杂。固定数目的用户配对，存在不能根据用户实际利用频道情况配对的问题，导致系统资源不必要的浪费。用户配对后再进行资源分配，即以系统频谱利用率最大化为优化目标，将资源块分配给已经配好的用户对。主要问题是现有方法没有考虑计算复杂度。尤其是随着用户数目的逐渐增大时，系统的运行时间会显著的提高，导致系统的效率不高，而且当用户数到达一定值时，现有算法几乎无法实现。综上，目前随着移动用户的增加及用户业务的增加，现有的虚拟多输入多输出MIMO系统的用户配对和资源分配算法未考虑非固定用户配对情况，导致系统频谱利用率不高；且过于追求算法最优化，导致其计算复杂度较高，系统效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种算法复杂度低，充分利用频谱资源，通信质量较高的虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法。其实现方案包括有：(1)基站获得基本参数基站获得当前时隙的待配对用户集合l、待配对用户数Nu、资源块集合r、资源块个数N以及接收天线数Nr；(2)构建完备资源块分配集合和资源分配约束矩阵根据资源块个数N，形成完备资源块分配集合P；根据该完备资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：其中1N表示长度与资源块个数N相同，且元素取值都等于1的向量，表示求克罗内克积的运算；(3)构建用户组分拆数集合和用户分拆数配对约束矩阵(3.1)构建用户组分拆数集合根据待配对用户数Nu，将待配对用户分拆成每组用户数不超过Nu的用户组，得到用户数集合A；再根据接收天线数Nr，去除用户数集合A中用户数大于Nr的集合，生成用户组分拆数集合G；(3.2)构建用户分拆数配对约束矩阵根据用户组分拆数集合G，生成用户分拆数配对模式矩阵B，得到用户分拆数配对约束矩阵：其中1Nu表示长度与待配对用户数Nu相同，且元素取值都等于1的向量；(4)构建用户调制阶数矩阵和用户组容量矩阵通过迭代生成大小为N*Nu行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户组容量矩阵ψ，其中Na数值上等于用户组分拆数集合G中的元素个数；(5)计算用户容量向量根据资源块分配模式矩阵T和用户组容量矩阵ψ，得到容量向量η；(6)构造虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配模型以资源分配约束矩阵C1、用户配对约束矩阵C2和步骤(5)得到的容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配系统模型：s.t.C1x≤1NC2x≤1Nu其中，x表示用户配对和资源分配的指示向量，ηTx表示系统容量值，1N表示长度是N且元素全部等于1的向量，1Nu表示长度是Nu且元素全部等于1的向量，(·)T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；(7)利用基于贪婪算法的匈牙利算法求解用户配对和资源分配系统模型，并获取用户配对和资源分配结果通过遍历用户组分拆数集合G中每种用户分组情况，获取其对应完备资源块分配集合P中每种资源模型的信道容量，通过基于贪婪算法的匈牙利算法得出局部信道容量最优结果，将该结果保存于集合C中；对集合C再次进行匈牙利算法，得到全局最优的用户配对和资源分配的结果向量U；(8)对用户所需要服务的数据信息进行调制根据用户配对和资源分配的结果向量U和用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的信息进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给基站的信号接收器，完成本时隙用户流的用户配对和资源分配；(9)继续进行下一时隙的调度分配判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回(1)进行下一时隙用户流的用户配对和资源分配；否则，完成所有用户流的用户配对和资源分配。本专利技术实现上述目的的具体思路是，利用分拆数快速得到用户分组，通过用户配对约束矩阵、资源分配约束矩阵、用户对容量向量，利用基于贪婪算法的匈牙利算法求解，以得到计算复杂度低的最优的用户配对结果和资源分配结果。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：第一，由于本专利技术通过将用户配对和资源分配联合模型的方法，将用户配对问题和资源分配问题联合起来同时考虑，克服了现有技术中不能同时进行用户配对和资源分配的问题，也克服了现有技术只能进行固定用户配对的问题，使得本专利技术能高效地同时进行用户配对和资源分配，进而最大化系统的频率利用率；第二，由于本专利技术利用基于分拆数的用户配对方法，克服了现有技术在用户配对过程中不能进行非固定用户配对的问题，使得本专利技术能在最大化系统的频率利用率，进而提高了系统通信质量；第三，由于本专利技术利用基于分拆数的用户配对方法，克服了现有技术在用户配对过程中反复遍历复杂度高的问题，使得本专利技术能在用户数量较高时仍能快速进行用户配对，进而大大降低了系统计算复杂度。附图说明：图1是本专利技术的流程示意图；图2是用本专利技术和现有固定用户分组方法，进行用户配对和资源分配后系统的频谱利用率仿真对比曲线图；图3是用本专利技术和现有固定用户分组方法，在用户数目较多或者较少时，对用户配对和资源分配后系统的频谱利用率仿真对比曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术详细说明：实施例1随着通信用户数目的增加，频谱资源的日益紧张，现有技术对于用户的选择和资源块的分配已不能实现频谱的更高效利用，因此本专利技术提出了一种基于分拆数的用户配对及资源分配的方案。其中涉及到基站，与基站相关联的多用户、资源块，是在虚拟MIMO系统中实现的。本专利技术是一种虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法，参见图1，包括有如下步骤，(1)基站获得基本参数基站获得本小区当前时隙的待配对用户集合l、待配对用户数Nu、资源块集合r、资源块个数N以及接收天线数Nr等。为后面形成用户集合和资源块集合做准备。(2)构建完备资源块分配集合和资源分配约束矩阵根据本小区资源块个数N，由相邻资源块形成完备资源块分配集合P；根据该完备资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：其中1N表示长度与资源块个数N相同，且元素取值都等于1的向量，表示求克罗内克积的运算。以保证一个资源块只分配给一个用户组。(3)构建用户组分拆数集合和用户分拆数配对约束矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)基站获得基本参数基站获得当前时隙的待配对用户集合l、待配对用户数Nu、资源块集合r、资源块个数N以及接收天线数Nr；(2)构建完备资源块分配集合和资源分配约束矩阵根据资源块个数N，形成完备资源块分配集合P；根据该完备资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：

【技术特征摘要】
1.虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)基站获得基本参数基站获得当前时隙的待配对用户集合l、待配对用户数Nu、资源块集合r、资源块个数N以及接收天线数Nr；(2)构建完备资源块分配集合和资源分配约束矩阵根据资源块个数N，形成完备资源块分配集合P；根据该完备资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：其中1N表示长度与资源块个数N相同，且元素取值都等于1的向量，表示求克罗内克积的运算；(3)构建用户组分拆数集合和用户分拆数配对约束矩阵(3.1)构建用户组分拆数集合根据待配对用户数Nu，将待配对用户分拆成每组用户数不超过Nu的用户组，得到用户数集合A；再根据接收天线数Nr，去除用户数集合A中用户数大于Nr的集合，生成用户组分拆数集合G；(3.2)构建用户分拆数配对约束矩阵根据用户组分拆数集合G，生成用户分拆数配对模式矩阵B，得到用户分拆数配对约束矩阵：其中1Nu表示长度与待配对用户数Nu相同，且元素取值都等于1的向量；(4)构建用户调制阶数矩阵和用户组容量矩阵通过迭代生成大小为N*Nu行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户组容量矩阵ψ，其中Na数值上等于用户组分拆数集合G中的元素个数；(5)计算用户容量向量根据资源块分配模式矩阵T和用户组容量矩阵ψ，得到容量向量η；(6)构造虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配模型以资源分配约束矩阵C1、用户配对约束矩阵C2和容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配系统模型：s.t.C1x≤1NC2x≤1Nu其中，x表示用户配对和资源分配的指示向量，ηTx表示系统容量值，1N表示长度是N且元素全部等于1的向量，1Nu表示长度是Nu且元素全部等于1的向量，(·)T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；(7)利用基于贪婪算法的匈牙利算法求解用户配对和资源分配系统模型，并获取用户配对和资源分配结果通过遍历用户组分拆数集合G中每种用户分组情况，获取其对应完备资源块分配集合P中每种资源模型的信道容量，通过基于贪婪算法的匈牙利算法得出局部信道容量最优结果，将该结果保存于集合C中；对集合C再次进行匈牙利算法，得到全局最优的用户配对和资源分配的结果向量U；(8)对用户所需要服务的数据信息进行调制根据用户配对和资源分配的结果向量U和用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的信息进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给基站的信号接收器，完成本时隙用户流的用户配对和资源分配；(9)继续进行下一时隙的调度分配判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回(1)进行下一时隙用户流的用户配对和资源分配；否则，完成所有用户流的用户配对和资源分配。2.根据权利要求1所述的虚拟MIMO系统中基于分拆数的快速联合资源分配方法，其中步骤(3)中根据待配对用户集合l和接收天线数Nr，生成用户组分拆数集合G，按如下步骤进行：3.1a)将用户数Nu进行整数拆分，即将正整数Nu表示为若干个正整数的和，不考虑其求和的顺序。每种用户数分拆结果向量作为第i个行向量放入用户整数分拆矩阵Q中；3.1b)去除用户数分拆结果向量中的零元素，得到qi＝{qi,1,qi,2,…,qi,W}，其中0<qi,1≤qi,2≤…≤qi,W≤Nu,W≤Nu。重复此操作直到矩阵Q中每行执行完毕，得到新的用户整数分拆集合Q；3.1c)在Nu个待配对用户中选取个qi,1个用户，将这些用户的编号作为元素放入用户组集合Ai,1中；3.1d)在剩余的Nu-qi,1个待配对用户中选取个qi,2个用户，将这些用户的编号作为元素放入用户组集合Ai,2中；3.1e)重复步骤3.1c)和3.1d)直到用户组集合Ai完整；3.1f)重复步骤3.1c)、3.1d)和3.1e)直到用户组集合A完整；3.1g)去除用户组集合A中用户数qi,W大于天线数Nr的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小峰，郭惠，范宁，李文娜，刘博文，赵丹萍，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61