专利名称：下行多用户mimo的最大化等效信道增益乘积用户选择方法
技术领域：
本发明涉及一种用户选择方法，具体涉及下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积(maximum product of effective channel gains,简称 MPECG)用户选择方法。
背景技术：
随着无线通信技术的发展以及人们对高数据传输速率的需求，无线频谱资源匮乏问题成为了众多学者关注的重点。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put,简称ΜΜ0)技术由于其可以在保证高频谱利用率的同时实现高吞吐量而得到学者的广泛关注。在实现下行链路多用户MMO传输中，技术的关键是保证多个用户能够同时传输信息，且彼此之间无干扰，因此有了预编码技术的提出。脏纸编码(Destination Point Code,简称DPC)技术是最优的预编码方案,可以消除多用户间的干扰，并且已经有学者证明脏纸编码(DPC)处理下，实现的系统和容量最大。然而由于DPC的高复杂性，在实际系统中难以实现。为了在实际系统中应用，人们提出了一些低复杂度的次优方案，如研究最广泛的破零波束形成技术(ZFBF)。已经证明了，在接收终端数量很大时，ZFBF的性能与DPC相接近。现有技术实现的主要方法是，设计每个用户的传输矢量，使其位于其他用户信道的零空间，以实现多用户间的干扰消除，设计可以通过求解用户的合成信道矩阵伪逆的方法来实现。在ZFBF实际的传输中，发送端有大量待传输用户的情况经常存在，由于同时服务的用户数不能超过发送天线数目，因此对用户选择技术的研究十分重要。用户选择技术以最大化系统和速率为目标，从待传输数据的用户中确定服务用户子集。通常完全搜索策略可以选出最优的用户子集，但运算量大限制了该策略的应用。为了实际应用的需要，学者们研究了一些低复杂度的次优策略，如半正交用户选择算法(SUS)，连续注水算法(SWF)。这些方法极大的推动了 MMO传输技术的发展，但是在系统和速率提升和复杂度改进等方面仍然存在着改进空间。
发明内容
本发明为了解决现有通信技术系统容量低、复杂度高的问题，从而提出了下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法。下行多用户MMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法，在信道传输中，基站有M根发送天线，接收端有N个用户终端，并且每个用户都配备单根接收天线，每个用户与基站之间的信道为比，其中，M和N均为正整数，且M彡N屯表示第i个用户与基站之间的信道，i =1,2,......,N；下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法包括下述步骤步骤一、初始化，0*= 0，屯,={1，2，...州}，1^ = O ；
其中，k表示迭代次数，k = O, I,......，N ;Qk表示第k次迭代后被选择的用户
集；Ψ,表示第k次迭代之后可选用户集，步骤二、根据公式(30)开始第一次迭代，k=k+l(30)选取信道增益最大的用户，计算在第一次迭代后的联合信道矩阵Η(Ω,)、被选择的用户集Ω,和可选用户集Ψ,;步骤三、根据公式(30)开始第k次迭代，根据公式(3 5)计算第k-Ι次迭代之后可选用户集Ψη中的每个用户和k-ι次迭代的联合信道矩阵组成的新的联合矩阵H(Qk, i)，H(Qkii)表示第i个用户为被选的目标用户时，第k次迭代时的联合信道矩阵，H( QkjQk^1) V!(35)根据公式(36)获取当选择第i个用户作为第k次迭代的用户时每个用户的有效信道增益Yj(Qkii), Yj(Qk,i)表示在信道矩阵H(Qkii)中第j个用户的有效信道增益，
(a , _I_=_I_
_7]kJ) — [H(Qkj)H(Qu)Xi — [(L(Qkj)-iYL(Qkj)-Xj(36)其中，ie Ψη，j=l,…k ;根据公式(37)获取具有最大化有效信道增益乘积的用户Uk的增益乘积
i k λaigmax Π^(Ω- ν)(37)
\ /:1 J根据公式(38)获取具有最大化有效信道增益乘积的用户Uk的联合信道矩阵H(Qk),二J /I ']P”公式中\表示用户Uk的信道，判断k是否小于等于M，判断为是，重复执行步骤三，判断为否，执行步骤四；步骤四、对已选择的M个用户的联合信道矩阵H(Qk)进行注水分配功率。本发明所述的下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法其优势可以体现在两个方面。第一表现为本方法在系统容量方面的优越性。MPECG可以选出更优的用户子集，SP可以实现更高的系统和速率，且与全空间搜索算法性能接近。另一方面，本发明的复杂度低。MPECG算法可以进一步减少计算量。用户选择算法的主要运算量集中在矩阵分解上，MPECG算法由于只需要考虑选择用户子集的信道逆矩阵的对角元素，省去了传统的log运算和F-范数运算。
图I为本发明的方法流程图；图2为多用户MIMO下行链路传输模型；图3为在信噪比为IOdB条件下不同算法的和容量和用户数量的关系曲线，图中A表示发送天线数为6，-表示当发送天线数为6时的全局搜索，-〇-表示当发送天线数为6时的最小化伪逆范数，-★-表示当发送天线数为6时的最大化等效信道增益乘积，表示当发送天线数为6时的半正交用户选择算法；B表示发送天线数为4，… □… 表示当发送天线数为4时的全局搜索，····〇… 表示当发送天线数为4时的最小化伪逆范数，…·★…·表示当发送天线数为4时的最大化等效信道增益乘积，...t表示当发送天线数为4时的半正交用户选择算法；图4为当用户数为15，发送天线数为4时不同算法的和容量和SNR的关系曲线，图中C表示全局搜索，D表示最大化等效信道增益乘 积，E表示最小化伪逆范数，F表示半正交用户选择算法。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I具体说明本实施方式，本实施方式所述的下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法，在信道传输中，基站有M根发送天线，接收端有N个用户终端，并且每个用户都配备单根接收天线，每个用户与基站之间的信道为Hi,其中，M和N均为正整数，且M彡N屯表示第i个用户与基站之间的信道，i=l,2,......,N；下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法包括下述步骤步骤一、初始化，Ω*= 0，Wk={l, 2, . . . , N}, k = O ；其中，k表示迭代次数，k = 0，l，......，N;Qk表示第k次迭代后被选择的用户
集；Ψ,表示第k次迭代之后可选用户集，步骤二、根据公式(30)开始第一次迭代，k=k+l(30)选取信道增益最大的用户，计算在第一次迭代后的联合信道矩阵Η(Ω,)、被选择的用户集Ω,和可选用户集Ψ,;步骤三、根据公式(30)开始第k次迭代，根据公式(35)计算第k-Ι次迭代之后可选用户集Ψη中的每个用户和k-Ι次迭代的联合信道矩阵组成的新的联合矩阵H(Qk, J，H(Qkii)表示第i个用户为被选的目标用户时，第k次迭代时的联合信道矩阵，Η(Ω1 > )τ=[Η(Ω1 _1)τ h^](35)根据公式(36)获取当选择第i个用户作为第k次迭代的用户时每个用户的有效信道增益Yj(Qkii), Yj(Qk,i)表示在信道矩阵H(Qkii)中第j个用户的有效信道增益，
权利要求
1.下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法，在信道传输中，基站有M根发送天线，接收端有N个用户终端，并且每个用户都配备单根接收天线，每个用户与基站之间的信道为4， 其中，M和N均为正整数，且M彡N屯表示第i个用户与基站之间的信道，i =1,2,......,N； 其特征在于下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法包括下述步骤 步骤一、初始化= Wk={l，2,. . . , N}, k = 0 ； 其中，k表示迭代次数，k = 0,1,......，N ; Qk表示第k次迭代后被选择的用户集；Wk表示第k次迭代之后可选用户集， 步骤二、根据公式(30)开始第一次迭代， k=k+l(30) 选取信道增益最大的用户，计算在第一次迭代后的联合信道矩阵H(Qk)、被选择的用户集Qk和可选用户集Wk; 步骤三、根据公式(30)开始第k次迭代，根据公式(35)计算第k-1次迭代之后可选用户集中的每个用户和k-1次迭代的联合信道矩阵组成的新的联合矩阵H( Q u)，H( Q k,i)表示第i个用户为被选的目标用户时，第k次迭代时的联合信道矩阵，H(Qkji)T=[H(Qk_1)T hj](35) 根据公式(36)获取当选择第i个用户作为第k次迭代的用户时每个用户的有效信道增益Yj(Qu), Y j ( Q k, i)表示在信道矩阵H(Qu)中第j个用户的有效信道增益，
2.根据权利要求所述的下行多用户MMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法，其特征在于步骤二所述的选取信道增益最大的用户，计算在第一次迭代后的联合信道矩阵H(Qk)、被选择的用户集Qk和可选用户集Wk的具体过程为 根据公式(31)选取信道增益最大值
全文摘要
下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法，涉及下行多用户MIMO的最大化等效信道增益乘积用户选择方法。它为了解决现有通信技术系统容量低、复杂度高的问题。本发明的具体过程为初始化；开始第一次迭代；根据公式开始第k次迭代，计算第k-1次迭代之后可选用户集中每个用户和k-1次迭代联合信道矩阵组成的新联合矩阵，获取当选择第i个用户作为第k次迭代用户时每个用户有效信道增益，获取具有最大化有效信道增益乘积的用户uk增益乘积，获取具有最大化有效信道增益乘积用户uk联合信道矩阵，对已选择的M个用户的联合信道矩阵进行注水分配功率；对已选择M个用户的联合信道矩阵进行注水分配功率。本发明应用于通信领域。
文档编号H04B7/04GK102970116SQ201210528228
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者于启月, 史雨薇, 王宏宇, 孟维晓 申请人:哈尔滨工业大学