Zf預編碼策略下的多小區mimo系統用戶調度方法
【專利摘要】本發明公開了一種ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模MIMO系統用戶調度方法，該系統中有多個小區，每個小區的中心基站均配置有大規模均勻線型天線陣列，各小區在時間上交錯地傳輸反向鏈路導頻進行信道估計；對于同一個小區，若干單天線用戶在同一時頻資源上接受基站服務；基站采用ZF預編碼策略，基于大尺度信道衰落的相似性對用戶進行分組。本發明同時適用于基站天線數有限、無限兩種參數部署下的無協作大規模MIMO多小區TDD系統，突破了對大規模MIMO系統用戶調度均在基站天線數無窮多這一假設下研究的瓶頸，便于在實際可部署系統中進行用戶調度操作，同時該發明利用簡單有限的反饋量實現出可觀的系統和速率性能。
【專利說明】ZF預編碼策略下的多小區ΜΙΜΟ系統用戶調度方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΙΜΟ系統 用戶調度方法。

【背景技術】
[0002] 為了滿足LTE通信系統高數據速率和高系統容量方面的需求，LTE系統支持多天 線ΜΜ0技術，包括傳輸分集、空間復用、波束賦形。在多用戶ΜΜ0系統下行鏈路中，由于 各個移動臺之間地理位置上是分散的，移動臺之間無法實現相互協作，因此不能利用上行 鏈路中的接收算法聯合檢測出發射信號。此時可以在發送端對信道狀態信息CSI加以利 用，采用多用戶ΜΜ0系統預編碼技術對發射信號進行預處理，使各用戶收到不受其他用戶 干擾的信號。隨著智能手機及各類移動終端數量的巨大增加，在未來十年中數據流量需求 預計將出現一千倍的增長，如何滿足系統容量提升需求成為亟待解決的問題。作為一種在 理論上能夠有效對抗全局頻率復用系統中嚴重小區間干擾、提升用戶服務速率的突破性技 術，大規模ΜΜ0 TDD系統正在受到越來越多的關注及深入研究。在大規模ΜΜ0系統中，基 站端部署大量低成本的天線為同一時頻資源上數量相對較少的用戶服務，僅采用簡單的預 編碼及隨機用戶調度策略即可獲得令人矚目的頻譜效率提升。
[0003] 目前，業界已對大規模ΜΜ0系統展開廣泛討論與深入研究，有學者利用大規模 ΜΜ0系統具有相關特性信道的空間能量集中特性，提出了多用戶調度方案，通過選擇信道 協方差陣子空間不重疊的用戶來達到消除干擾的目的。現有多小區大規模ΜΜ0用戶調度 算法是利用空間能量集中特性進行設計的，算法中需要通過用戶分組、下行訓練、上行反饋 以及較復雜的兩個階段的編碼等過程來獲得用戶調度方案，在實際操作中過于復雜。且該 算法中用戶需要向基站進行信息反饋，不適合大規模MMO TDD系統。此外，盡管大規模 ΜΜ0無線通信技術已引起國際上的廣泛關注，但相關研究工作尚處在起步階段，對大規模 ΜΙΜΟ系統的各種研究均是圍繞基站天線數無窮多這一假設展開的，而這種假設往往不能夠 在實際系統搭建中成立，更接近于實際、更一般的系統模型下如何簡單有效地進行用戶選 擇和調度成為研究的熱點。


【發明內容】

[0004] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種ZF預編碼策略下基 于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΙΜΟ系統用戶調度方法：根據用戶的大尺度信道衰落， 用戶全集被劃分到不同的待調度集合中，每個待調度集合中的用戶有相近的大尺度信道衰 落；在每個調度周期內基于輪詢準則，依次調度所有的待調度集合中的所有用戶；該方法 同時適用于基站天線數有限、無限兩種參數部署下的無協作大規模ΜΜ0多小區TDD系統， 能夠突破對大規模ΜΙΜΟ系統用戶調度均在基站天線數無窮多這一假設下研究的瓶頸，便 于在實際可部署系統中進行用戶調度操作，同時克服計算復雜度難題，利用簡單有限的反 饋量實現出可觀的系統和速率性能。
[0005] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0006] -種ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΜ0系統用戶調度 方法，該ΜΙΜΟ系統中有多個小區，每個小區的中心基站均配置有大規模均勻線型天線陣 列，各個小區在時間上交錯地傳輸反向鏈路導頻進行信道估計；對于同一個小區，若干單天 線用戶在同一時頻資源上接受基站服務，將用戶按照一定規則分組，不同用戶組在不同的 調度周期內被調用；基站采用ZF預編碼策略，基于大尺度信道衰落的相似性對用戶進行分 組，具體的調度方法包括如下步驟：
[0007] (1)對多個小區，獲取每個小區中所有用戶的本地大尺度信道衰落因子；
[0008] (2)每個小區獨立地、各個小區同時地按照如下過程進行用戶分組：將本小區內 本地大尺度信道衰落因子最相近的用戶分到同一個用戶組內，每個用戶組內的用戶數量相 同，將分組信息和每個用戶的本地最大尺度信道衰落因子反饋給基站；
[0009] (3)每個小區獨立地、各個小區同時地按照如下過程進行輪詢：基于輪詢調度準 貝1J，在一個調度周期內，基站在本小區內的所有用戶組中隨機選擇一個用戶組進行通信，基 站通知被調度的用戶組準備接收數據；在每個輪詢周期內，本小區內的所有用戶組有且僅 有一次被調度；
[0010] (4)基站對數據進行ZF預編碼后傳輸給被調度的用戶。
[0011] 所述步驟（2)中，每個小區獨立地根據本地大尺度信道衰落因子對用戶進行 分組，每個用戶組有相同的用戶數；對于第j個小區，所有用戶集合表示為用戶數表 示為|%|,根據分組規則將^

【權利要求】
1. ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模MMO系統用戶調度方法，該 ΜΙΜΟ系統中有多個小區，每個小區的中心基站均配置有大規模均勻線型天線陣列，各個小 區在時間上交錯地傳輸反向鏈路導頻進行信道估計；對于同一個小區，若干單天線用戶在 同一時頻資源上接受基站服務，將用戶按照一定規則分組，不同用戶組在不同的調度周期 內被調用；其特征在于：基站采用ZF預編碼策略，基于大尺度信道衰落的相似性對用戶進 行分組，具體的調度方法包括如下步驟： (1) 對多個小區，獲取每個小區中所有用戶的本地大尺度信道衰落因子； (2) 每個小區獨立地、各個小區同時地按照如下過程進行用戶分組：將本小區內本地 大尺度信道衰落因子最相近的用戶分到同一個用戶組內，每個用戶組內的用戶數量相同， 將分組信息和每個用戶的本地最大尺度信道衰落因子反饋給基站； (3) 每個小區獨立地、各個小區同時地按照如下過程進行輪詢：基于輪詢調度準則，在 一個調度周期內，基站在本小區內的所有用戶組中隨機選擇一個用戶組進行通信，基站通 知被調度的用戶組準備接收數據；在每個輪詢周期內，本小區內的所有用戶組有且僅有一 次被調度； (4) 基站對數據進行ZF預編碼后傳輸給被調度的用戶。
2. 根據權利要求1所述的ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΙΜΟ 系統用戶調度方法，其特征在于：各個小區在時間上交錯地傳輸反向鏈路導頻進行信道估 計，具體為：導頻序列為基站和用戶都已知的信號，基站收到用戶發送的導頻信號后，估計 出當前時刻基站與用戶之間的信道系數，即復傳輸系數，基站利用估計出的復傳輸系數對 前向鏈路數據進行ZF預編碼以提高系統性能；時間交替傳輸方案將ΜΙΜΟ系統中所有小區 組成的集合L= {1，2，···，?劃分為Γ個互不相交的集合4，Α2，…，Ar，然后在除去反向鏈 路數據傳輸的每個相干周期內，有且僅有一個集合中的小區進行反向鏈路導頻傳輸，而其 余集合中的所有小區均處于前向鏈路數據傳輸階段。
3. 根據權利要求2所述的ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΙΜΟ 系統用戶調度方法，其特征在于：用戶與基站之間的復傳輸系數表示為復快衰落因子和大 尺度信道衰落因子相乘的形式，其中第1個小區中的第k個用戶與第j個小區基站天線之 間的大尺度信道衰落因子表示為β Μ; β M表示幾何衰減和陰影衰落的慢衰落系數，由于 頻率、基站天線都是常數，因此β Λ1在每個相干時間內都保持不變，無需更新；而復快衰落 因子是標準復循環高斯隨機變量，即使在相干周期內也是隨機變化的。
4. 根據權利要求3所述的ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΜ0 系統用戶調度方法，其特征在于：大尺度信道衰落因子= 其中表示第1個小區 '>u 中的第k個用戶到第j個小區基站的距離，γ為衰減指數，是一個對數正態隨機變量，即 101〇g1(l(zM)服從零均值、標準差為〇shad"的高斯分布，根據系統場景的不同標準差 〇shadOT 的取值范圍也不一樣。
5. 根據權利要求4所述的ZF預編碼策略下基于大尺度信道衰落的多小區大規模ΜΙΜΟ 系統用戶調度方法，其特征在于：所述ZF預編碼的過程為：在正式傳輸數據前，每個用戶組 內的每個用戶都會向本地基站發送導頻信號，而導頻序列為基站和用戶都已知的信號，當 基站收到導頻信號后，利用接收的導頻信號做ZF預編碼，具體的做法是：假設第1個基站收 到的導頻信號是Yf"，則該基站通過將Yi#乘以導頻序列Λ的共軛轉置得到第1個基站 與其所在小區的第k個用戶間的信道估計值74, = ，將經過處理的κ個用戶的信道估 計向量表示為1 = [yu，y21，...，yK1]，則基站1的ZF預編碼做法是令預編碼矩陣％為下列 形式：W, = Y^Y/yy1;基站對數據進行ZF預編碼后發送給用戶。
【文檔編號】H04B7/06GK104158575SQ201410409272
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】金石, 李崢, 王曉鈺 申請人:東南大學