一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，该方法的用户容量指的是系统承载的用户数，根据基站的天线数、系统中的用户数、系统中所有用户的信道状态信息、用户的传输速率、用户的天线数、发射功率和噪声功率等，获取每个用户的等效频谱带宽，从而找到用户容量与系统频谱带宽的关系。本发明专利技术中的用户容量都可以通过基站的天线数、用户的天线数和发射功率等进行调整，这就有利于运营商进行频率优化，以提高频谱利用率。本发明专利技术解决了现有技术基于吞吐量最大而造成的资源分配不公平的问题和资源浪费的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法
本专利技术涉及一种在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，属于通信

技术介绍
多业务大规模多根发射天线和多根接收天线技术(Multiple-InputMultiple-Output，以下简称：MIMO)系统是指基站天线足够多的多用户MIMO(MU-MIMO，Multi-userMIMO)系统，而多用户MIMO系统指的是在同一时隙同一频段下，一个基站同时给多个用户发送信息，其最大的优势就是提高频谱利用率，换句话说就是，在频谱带宽资源一定的情况下，大规模MIMO系统能承载更多的用户。容量一般有以下三种定义：1)、速率，即系统带宽所能提供的速率；2)、吞吐量，即系统中所有用户的传输速率的和；3)、用户容量，即系统所能承载的用户数。本专利技术要解决的就是在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的用户容量估计方法的问题。现有技术研究的都是基于吞吐量最大为目的，一般通过天线选择算法和用户选择算法使得吞吐量最大。这种技术存在以下两个问题：1)、在实际应用中，系统中存在多种业务，不同的业务对速率的要求是不一样的，而基于吞吐量最大没用考虑到业务的需求。2)、由于现有技术没用考虑到业务的需求问题，就可能存在吞吐量最大，但资源分配极度不公平的问题，例如：给当前网络中存在最多的话音类型的用户，分配很大的资源，使得其传输速率很大，而给网络中存在的极少的视频类型的用户分配很少的资源；由于这种资源分配不公平的问题，就会带来用户体验的较差以及系统资源的浪费等问题。而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出了一种在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的用户容量估计方法，该方法解决了现有技术中由于没有考虑到业务本身的特征而造成的不公平和资源浪费的问题。该方法包括上行信道用户容量的估计和下行信道用户容量的估计两个方面。本专利技术中的业务类型不限，当前所有的业务类型都适用于本专利技术，比如：话音业务，视频业务等。在本专利技术中，已知AWGN信道的状态信息条件下，根据用户的QoS(一定误码率下用户的传输速率)和信道状态信息，将大规模MIMO的天线资源(收发天线数、天线的发射功率)和频谱资源统一映射到频谱资源上，获得用户的等效频谱带宽，从而找到用户容量与系统频谱带宽的映射关系。该方法在保证了业务的传输速率情况下，计算存在多种业务的大规模MIMO的用户容量。根据该方法，业务的等效频谱带宽是可以通过发射天线数、接收天线数、发射功率等进行调节的，这有利于运营商做频率规划，使得在一定的带宽资源下，网络可以承载更多的用户。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，该方法包括如下步骤：步骤1：已知信道状态信息的条件下，根据大规模MIMO的总带宽、基站的天线数、网络中现有用户的天线数和上行信道的状态信息、业务的传输速率、基站检测到的用户的功率和噪声功率，获取上行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤2：根据系统上行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的上行信道的用户容量；步骤3：已知信道状态信息的条件下，根据系统中的用户数、系统中所有用户承载业务的传输速率、接收天线数、系统中所有用户的下行信道状态信息、传输特定业务的用户的接收天线数、基站的发射功率和噪声功率，获取下行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤4：根据系统下行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的下行信道的用户容量。第一方面，本专利技术提供一种在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的上行信道的用户容量的估计方法，具体包括：已知信道状态信息的条件下，根据大规模MIMO的总带宽、基站的天线数、网络中现有用户的天线数和上行信道的状态信息、业务的传输速率、基站检测到的传输该业务的用户的功率和噪声功率，获取上行信道每个用户的等效频谱带宽；根据系统上行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，此时的用户数即为系统的上行信道的用户容量。在第一种可能的实现方式中，已知信道状态信息的条件下，根据大规模MIMO的总带宽、基站的天线数、网络中现有用户的天线数和上行信道的状态信息、业务的传输速率、基站检测到的传输该业务的用户的功率和噪声功率，获取上行信道每个用户的等效频谱带宽，包括：根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该上行信道用户的等效信道矩阵；根据该上行信道用户的等效信道矩阵、基站接收天线数、网络中当前的用户数、基站检测到的该用户的功率、传输速率、发射天线数和噪声功率，获取该上行信道用户的等效频谱带宽。结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述的根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该上行信道用户的等效信道矩阵，包括：根据Huek＝UuknHHuk计算上行信道用户的等效信道矩阵，其中，UuknH是网络中其他用户的信道矩阵组成的矩阵的共轭转置矩阵的零空间矩阵，所述的根据该用户的等效信道矩阵、基站接收天线数、网络中当前的用户数、基站检测到的该用户的功率、传输速率、发射天线数和噪声功率，获取传输特定业务的用户的等效频谱带宽，包括：根据计算上行信道用户的等效频谱带宽。其中，表示上行信道传输特定业务的第k个用户的等效频谱带宽；M表示基站的接收天线数；Nk表示传输特定业务的第k个用户的发射天线数；Rk表示传输特定业务的第k个用户的传输速率；K表示当前系统的用户数；P0表示基站检测到用户的功率，在本专利技术中假设基站检测到的上行信道用户的功率均相同；γk表示上行信道传输特定业务的第k个用户的等效信道矩阵的秩；λui表示上行信道中传输特定业务的第k个用户的等效信道矩阵的第i个奇异值。第二方面，本专利技术提供一种在给定业务速率条件下多业务大规模MIMO系统的下行信道的用户容量的估计方法，具体包括：在已知信道状态信息的条件下，根据系统中的用户数、系统中所有用户承载业务的传输速率、接收天线数、系统下行信道所有用户的信道状态信息、传输特定业务的用户的接收天线数、基站的发射功率和噪声功率，获取下行信道每个用户的等效频谱带宽；根据系统下行信道所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，此时的用户数即为系统的下行信道的用户容量。在第一种可能的实现方式中，在已知信道状态信息的条件下，根据系统中的用户数、系统中所有用户承载业务的传输速率、接收天线数、系统下行信道所有用户的信道状态信息、传输特定业务的用户的接收天线数、基站的发射功率和噪声功率，获取下行信道每个用户的等效频谱带宽，包括：根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该下行信道用户的等效信道矩阵；根据该下行信道用户的等效信道矩阵、网络中当前的用户数、基站的发射功率、该用户承载业务的传输速率、接收天线数和噪声功率，获取该用户的等效频谱带宽。结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述的根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该用户的等效信道矩阵，包括：根据Hdek＝HdkVdkn计算下行信道用户的等效信道矩阵，Vdkn是网络中其他用户的下行信道矩阵组成的矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：已知信道状态信息的条件下，根据大规模MIMO的总带宽、基站的天线数、网络中现有用户的天线数和上行信道的状态信息、业务的传输速率、基站检测到的用户的功率和噪声功率，获取上行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤2：根据系统上行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的上行信道的用户容量；步骤3：已知信道状态信息的条件下，根据系统中的用户数、系统中所有用户承载业务的传输速率、接收天线数、系统中所有用户的下行信道状态信息、传输特定业务的用户的接收天线数、基站的发射功率和噪声功率，获取下行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤4：根据系统下行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的下行信道的用户容量。

【技术特征摘要】
1.一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：已知信道状态信息的条件下，根据大规模MIMO的总带宽、基站的天线数、网络中现有用户的天线数和上行信道的状态信息、业务的传输速率、基站检测到的用户的功率和噪声功率，获取上行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤2：根据系统上行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的上行信道的用户容量；步骤3：已知信道状态信息的条件下，根据系统中的用户数、系统中所有用户承载业务的传输速率、接收天线数、系统中所有用户的下行信道状态信息、传输特定业务的用户的接收天线数、基站的发射功率和噪声功率，获取下行信道每个用户的等效频谱带宽；步骤4：根据系统下行信道中所有用户的等效频谱带宽累加和不大于系统带宽，计算出系统的下行信道的用户容量。2.根据权利要求1所述的一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，其特征在于：所述方法步骤1包括：根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该上行信道用户的等效信道矩阵；根据该上行信道用户的等效信道矩阵、基站接收天线数、网络中当前的用户数、基站检测到的该用户的功率、传输速率、发射天线数和噪声功率，获取该上行信道用户的等效频谱带宽。3.根据权利要求2所述的一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，其特征在于：所述方法根据网络中传输特定业务的用户的信道矩阵和其他用户的信道矩阵，获取该上行信道用户的等效信道矩阵，包括：所述方法根据Huek＝UuknHHuk计算上行信道用户的等效信道矩阵，其中，UuknH是网络中其他用户的信道矩阵组成的矩阵的共轭转置矩阵的零空间矩阵，4.根据权利要求2所述的一种多业务大规模MIMO系统的用户容量的估计方法，其特征在于：所述方法根据该上行信道用户的等效信道矩阵、基站接收天线数、网络中当前的用户数、基站检测到的该用户的功率、传输速率、发射天线数和噪声功率，获取该上行信道用户的等效频谱带宽，包括：所述方法根据计算上行信道用户的等效频谱带宽，其中，表示上行信道传输特定业务的第k个用户的等效频谱带宽；M表示基站的接收天线数；Nk表示传输特定业务的第k个用户的发射天线数；Rk表示传输特定业务的第k个用户的传输速率；K表示当前系统的用户数；P0表示基站检测到的用户...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘甦，蔡冰洁，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32