专利名称：一种多用户配对虚拟mimo系统的波束赋形算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出无线移动通信系统，尤其涉及一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法。
背景技术：
在各种应用电磁波技术的领域，尤其是在无线通信中，多输入多输出(Multiple-1nput Multiple-Out-put,以下简称:ΜΙΜ0)技术已被广泛使用。虚拟MIMO (Virtual ΜΙΜΟ,以下简称:VMM0)系统，即每个终端均发送一个数据流，但是两个或者更多的数据流占用相同的时频资源，这样从接收机看，这些来自不同终端的数据流可以被看成来自同一终端上不同天线的数据流，从而构成一个VMIMO系统。VMMO系统不要求提升终端硬件规格，却能极大提升系统上行的吞吐量，因此VMMO技术被采用为LTE (LongTerm Evolution)上行多用户MIMO技术。在3GPP RlO协议中，定义了 VMMO与单用户MMO方案，两种技术的应用存在以下问题:VMMO技术可通过配对算法利用小区多用户分集，从而达到较高的复用增益，然而现有VMMO配对算法，主要考虑单用户终端单天线的场景，当单用户终端配备多天线时，未利用单用户终端多天线资源传输数据时高效率的特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对上述现有技术中存在虚拟多输入输出系统上行传输数据时存在的问题，提供一种多用户配对虚拟MMO系统的波束赋形算法。本方法基于最大化信号与干扰加噪声比准则，逐一确定配对用户的波束赋形向量，逼近最优情况，解决当单用户终端配备多天线时，虚拟多输入输出系统未能利用终端多天线资源从而造成传输效率不高的问题，在用户终端配备多根天线，上行虚拟多输入输出系统传输场景下提高基站接收信干噪比，从而提高传输质量。本发明采用的技术方案如下:一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法包括:步骤1:根据基站接收用户终端发射天线发送的上行参考信号，计算用户终端与基站间的信道矩阵，运用调度算法，在可用带宽上调度M个用户；运用配对算法为每个调度用户m分别寻找Nm层配对用户，所述Nm > I，m代表调度用户的编号，Nm代表调度用户m的最大配对个数，m取值为1、2、…、M;步骤2:确定虚拟多输入输出系统调度用户m的第η-l层配对用户的波束赋形矩阵，对于调度用户m波束赋形把能量集中于该调度用户m与其基站通讯信道的最强特征方向；对于调度用户m的第η-l层配对用户波束赋形把能量集中于该调度用户与其基站通讯信道的最强特征方向以及干扰的最弱特征方向，得到调度用户m的第η-l个配对用户的预编码码本编号k(m，n),所述n=2, 3，“ +Ι,所述心大于等于I的正整数；步骤3:基站将上述计算 得到的调度用户m预编码码本编号k(nU)，以及调度用户m的第1、2、……、Nm个配对用户的预编码码本编号，分别反馈给对应的调
度用户m、调度用户m的第1、2、......、Nni个配对用户，调度用户m以及调度用户m的第1、
2、……、Nm个配对用户根据对应的预编码码本编号，找出预编码码本集合中对应的预编码码本&，调度用户采用预编码码本ai对应的预编码方法进行上行数据传输。所述步骤2具体包括:步骤21:计算已调度用户m的上行波束赋形向量w(nU)，w(nU)是矩阵.Η(ηα)的
最大特征值对应的特征向量，且I |w(nU) 112 = 1，其中H0iu)为在虚拟多输入输出系统上行传输数据时已调度用户m的发射天线与基站接收天线间的信道矩阵，计算调度用户的波束赋形矩阵时，没有考虑到其他用户对本用户的干扰；步骤22:基站计算调度用户m的第n-ι个配对用户的波束赋形向量w(m，n), W(ffl,n)是矩阵.
权利要求
1.一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于包括: 步骤1:根据基站接收用户终端发射天线发送的上行参考信号，计算用户终端与基站间的信道矩阵，运用调度算法，在可用带宽上调度M个用户；运用配对算法为每个调度用户m分别寻找Nm层配对用户，所述Nm ^ 1，m代表调度用户的编号，Nm代表调度用户m的最大配对个数，m取值为1、2、…、M; 步骤2:确定虚拟多输入输出系统调度用户m的第η-1层配对用户的波束赋形矩阵，对于调度用户m波束赋形把能量集中于该调度用户m与其基站通讯信道的最强特征方向；对于调度用户m的第η-1层配对用户波束赋形把能量集中于该调度用户与其基站通讯信道的最强特征方向以及干扰的最弱特征方向，得到调度用户m的第η-1个配对用户的预编码码本编号k(m，n),所述n=2, 3，“ +Ι,所述心大于等于I的正整数； 步骤3:基站将上述计算得到的调度用户m预编码码本编号k(nU)，以及调度用户m的第1、2、…、Nm个配对用户的预编码码本编号％,，2)^，…，今^)，分别反馈给对应的调度用户m、调度用户m的第1、2、…、Nni个配对用户，调度用户m以及调度用户m的第1、2、......、心个配对用户根据对应的预编码码本编号，找出预编码码本集合中对应的预编码码本B1，调度用户采用预编码码本&对应的预编码方法进行上行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述步骤2具体包括: 步骤21:计算 已调度用户m的上行波束赋形向量w(nU)，Wifflil)是矩阵的最大特征值对应的特征向量，且I |w(nU) I |2=1，其中H(nU)为在虚拟多输入输出系统上行传输数据时已调度用户m的发射天线与基站接收天线间的信道矩阵，计算调度用户的波束赋形矩阵时，没有考虑到其他用户对本用户的干扰； 步骤22:基站计算调度用户m的第n-1个配对用户的波束赋形向量w(m’n),(H-1V1W(m；n)是矩阵H；1—.XR(mi) + S2-1.的最大特征值对应的特征向量，所述V^=IJR(M,f I |￥(ηι』||2=1，其中 i=l，2，…n-1，H(m,n)为在虚拟多输入输出系统上行传输数据时已调度用户m的第η-1个配对用户的发射天线与基站接收天线间的信道矩阵，δ 2是高斯白噪声的功率，η=1, 2，- ,Nm+1 ； 步骤23:若η < Nm令η=η+1,重复步骤22,直到n=Nm0 步骤24:对于每个调度用户m，分别进行步骤21至步骤23，直到计算出所有已调度用户和所有配对用户的波束赋形向量w(m，n)，其中m代表调度用户的编号；n=l时w(m n)代表调度用户m本身的波束赋形向量，η > 2时w(m，n)代表调度用户的第n-Ι个配对用户的波束赋形向量； 步骤25:基站计算《(_)与有限反馈码本矩阵中码本ai的相关性，则相关性最大的码本B1对应的当前码本编号I为调度用户m的第n-Ι个配对用户的预编码码本编号k(m，n)，所述m=l, 2，...，M;n=l, 2，...，Nm+l ； V") = arSmax wIL).α" ! = QX.,、L 1U)其中，ai为LTE协议中定义的有限反馈预编码码本集合中的预编码码本；当调度用户有2根发射天线时，L=5,当调度用户有4根发射天线时，L=23。
步骤26:基站将上述计算得到的调度用户m预编码码本编号k(nU)，以及调度用户m的第1、2、…、心个配对用户的预编码码本编号％,'2)為《.3>，...，^^')，分别反馈给对应的调度用户m、调度用户m的第1、2、…、Nni个配对用户，调度用户m以及调度用户m的第1、2、......、Nm个配对用户根据对应的预编码码本编号，找出预编码码本集合中对应的预编码码本a1;调度用户采用预编码码本&对应的预编码方法进行上行数据传输。
3.根据权利要求2所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述步骤26中调度用户采用预编码码本对应的预编码方法进行上行数据传输具体过程是:设s代表用户在虚拟MMO上行传输中预编码前的发射符号，z代表用户在虚拟MMO上行传输中预编码后的发射符号，w代表选取的预编码码本w e {ai，a2,…，aj，具体的预编码方法为z=w.S，本发明中s为标量，《是乂乂1的向量，其中Nt代表用户发射天线数目。
4.根据权利要求3所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述步骤25中规定的预编码码本&集合指的是LTE中协议3GPP36.211中规定的预编码码本B1。
5.根据权利要求4所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述步骤22中w(m，n)是矩阵n)
6.根据权利要求5所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述调度算法是比例公平调度算法、轮询调度算法或最大载干比算法。
7.根据权利要求1至6之一所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述配对算法具体过程是: 步骤11:设Ii1(X)代表用户X本身，k2(x)代表用户X的第I个配对用户，k3(x)代表用户X的第2个配对用户，......，kn+1(x)代表用户X的第η个配对用户，i e Ω，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合，A !是VMMO系统上行传输数据时已分配资源块的用户集合，Ω与A1的集合是整个用户集合； 步骤12:按照用户X在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值由大到小的顺序依次对每一个已调度用户X选择第η个配对用户，其中X e An, QAi, An代表已找到η-1个配对的用户集合，所述已分配资源块的用户集合指的是VMMO系统上行传输数据时通过调度算法在可用带宽上的已调度用户，所述可用宽带指的是进行上行传输数据的频带，所述η表示的是配对用户数量，所述η大于等于2的整数。
8.根据权利要求7所述的一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述步骤12具体步骤是:步骤121:根据公式(9)计算用户X在VMMO系统上行传输数据时信道容量值D1(X)
9.根据权利要求8所述一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述参数a ∈ [O, I],参数β =1。
10.根 据权利要求8所述一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法，其特征在于所述参数ct ∈[O, I],参数β =0.8。
全文摘要
本发明涉及多输入多输出无线移动通信系统，尤其涉及一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法。本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种多用户配对虚拟MIMO系统的波束赋形算法。本方法基于最大化信号与干扰加噪声比准则，逐一确定配对用户的波束赋形向量，逼近最优情况，解决当单用户终端配备多天线时，虚拟多输入输出系统未能利用终端多天线资源从而造成传输效率不高的问题，在用户终端配备多根天线，上行虚拟多输入输出系统传输场景下提高基站接收信干噪比，从而提高传输质量。本方法应用于虚拟多输入输出系统上行传输数据领域。
文档编号H04B17/00GK103220024SQ20131013501
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者赵宏志, 郑博文, 唐友喜 申请人:电子科技大学