大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，基站获得用户信道状态状态矩阵，用户按信道状态矩阵范数大小进行大小排序，并分为两个用户组G和W；基站根据信道状态加权调度因子从用户组G中为每个用户组选出其第一个用户，根据用户的有效信道状态矩阵范数从用户组W中每个用户组选出其第二个用户；基站向选出的用户发送数据，进行数据传输。本发明专利技术适用于多天线用户系统，同时本发明专利技术适用于多用户配对及多用户对调度的模型，并通过空间资源和频谱资源分配，能保证系统获得较优的和速度性能，降低系统中用户数据传输的中断概率。

【技术实现步骤摘要】
大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法。
技术介绍
非正交多址NOMA(NonOrthogonalMultipleAccess)作为大规模MIMO(Multi-inputMulti-output)系统的关键技术之一，通过将单一频带分配给多个用户来进行数据传输，大幅提升系统频谱效率。基站根据和速度最大化或中断概率最小法则来将用户进行配对，决定哪些用户可以共享一个频段，同时需要保证用户对内用户的信道易于区分，便于不同用户在接收端接收译码，降低用户对内用户间的信号干扰。为了消除用户对间的强烈干扰，发送的原始信号需要在基站端进行预编码再进行传输，然后各个用户在接收到该信号后通过合并向量译码得到自己的数据。一种大规模MIMO非正交多址系统中的用户对调度方法，首先进行天线选择，将选择出的天线与用户对进行联合调度以选择出最终用户对来进行数据传输。本专利技术的不足之处是只针对单天线用户，无法适用于多天线用户，因此在多天线用户的系统场景中，存在较大局限性。一种中继协作网络中的次级用户对调度方法来提升系统中次级用户和首要用户数据传输可靠性，通过从多个待选用户在选出一个用户来与已知首要用户进行用户配对，同时提出在多种不同的信道状态信息模型下的用户对调度方案。本专利技术存在的不足之处是只适用于单用户配对以及单用户对调度模型中，对于更为复杂的多用户对调度问题，本专利技术不再适用。综上所述，现有技术存在的问题是：现有的大规模MIMO非正交多址系统中的用户对调度方法存在只针对单天线用户，无法适用于多天线用户，有较大局限性；只适用于单用户配对以及单用户对调度模型中，对于更为复杂的多用户对调度问题，不适用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法。本专利技术是这样实现的，一种大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，所述多天线用户对调度方法基站获得用户信道状态状态矩阵，用户按信道状态矩阵范数大小进行大小排序，并分为两个用户组G和W；基站根据信道状态加权调度因子从用户组G中为每个用户组选出其第一个用户，根据用户的有效信道状态矩阵范数从用户组W中每个用户组选出其第二个用户；基站向选出的用户发送数据，进行数据传输。进一步，所述大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法包括以下步骤：步骤一，基站向用户发送用户已知的训练序列，用户根据接收到的训练序列估计信道状态信息矩阵，用户将信道状态信息反馈给基站；步骤二，对用户进行排序；步骤三，选择第一用户组中所有用户对的第一个用户；步骤四，构造预编码向量；步骤五，从第二用户组中选择所有用户对的第二个用户；步骤六，构造接受合并向量；步骤七，进行数据传输。进一步，所述步骤二具体包括：(1)基站对每一个用户信道状态矩阵取F范数HF操作；(2)基站将所有用户的信道状态矩阵范数进行降序排列，将排序后的前一半用户作为第一用户组，后一半用户作为第二用户组。进一步，所述步骤三具体包括：(1)采用选择最大信道状态矩阵范数用户的方法，选择第一个用户对的第一个用户；(2)采用选择最大信道状态加权调度因子用户的方法，选择第一用户组中除第一个用户对之外的其他所有用户对的第一个用户。进一步，所述(1)中所述的选择最大信道状态矩阵范数用户的方法，选择第一个用户对的第一个用户的步骤如下：第一步，计算第一用户组中每个用户的信道状态矩阵F范数第二步，将信道状态矩阵范数最大的用户作为第一个用户对的第一个用户；所述(2)中选择最大信道状态加权调度因子用户的方法，选择除第一个用户对之外的所有用户对的第一个用户的步骤如下：第一步，设定加权因子λ和ν，其中λ＞0，ν＞0，λ+ν＝1；第二步，按照下式，计算第一用户组中每个用户与被选用户间的弦距离：其中，Ca表示第一用户组中第a个用户与所有被选用户间的弦距离，表示取算术平方根操作，M表示用户天线总数，M≥2，tr表示取矩阵迹操作，表示第一用户组中第a个用户信道正交化后的信道状态矩阵，表示之前所有被选用户的信道正交化后的信道状态矩阵，H表示取共轭转置操作；第三步，按照下式，计算第一用户组中每个用户的信道状态加权调度因子：其中，da表示第一用户组中第a个用户的信道状态加权调度因子，λ和ν分别表示加权因子，Ca表示第一用户组中第a个用户与被选用户间的弦距离；第四步，将第一用户组中信道状态加权调度因子最大的用户，作为当前用户对的第一个用户；第五步，判断当前用户对是否等于基站天线总数，若是，则得到所有用户对的第一个用户，否则，将当前用户对加1后执行第四步。进一步，所述步骤四具体包括：(1)按照下式，每个用户对的第一个用户对接收信号进行合并：其中，w1,i表示第i个用户对中第一个用户的接受合并向量，表示取平方根操作，M表示用户天线总数，T表示转置操作；(2)按照下式，计算每个用户对中第一个用户的预编码向量：其中，g1,i表示第i个用户对中第一个用户的有效信道向量，H表示转置操作，×表示取乘操作，pi表示第i个用户对中第一个用户的预编码向量。进一步，所述步骤五具体包括：(1)按照下式，计算第二用户组中每个用户的接收合并向量：其中，w2,i表示第二用户组中第s个用户的奇异向量，g2,s表示第二用户组中第s个用户的有效信道矩阵，v2,s表示第二用户组中第s个用户的接收合并向量；(2)采用选择最大有效矩阵范数用户的方法，从第二用户组中，选择所有用户组的第二个用户。进一步，所述(2)中选择最大有效信道范数的方法，选择所有用户组的第二个用户的步骤如下：第一步，i＝1；第二步，按照下式，计算第二用户组中每个用户的有效信道范数：Cf,s＝|v2,sH2,spi|2；其中，Cf,i表示第二用户组中第s个用户的有效信道范数，H2,s表示第二用户组中第s个用户的信道状态向量，pi表示第i个用户组第一个用户的预编码向量，||表示取绝对值操作；第二步，将第二用户组中有效信道范数最大的用户，作为第i个用户对的第二个用户；第三步，判断i是否等于基站天线总数，若是，则得到所有用户对的第一个用户，否则，将i加1后执行第二步。进一步，所述步骤三中的从用户组G中根据信道状态加权调度dw因子选择N个用户，按如下步骤进行：第一步，从用户组中选择范数最大的一个用户作为第一个被选的用户f1：同时，G＝Gf1，表示从集合G中剔除用户f1，同时i＝1；第二步，将用户组G中所有用户的信道状态矩阵Hu,u∈G进行高斯正交化变为根据因子从用户组G选择信道状态加权调度dw最大的用户作为下一个被选用户fi+1：第三步，重复第二步，直至从集合G中选出N个用户；所述步骤五中每个用户对选择第二个用户s＝[s1,s2,…,sN]，按如下步骤进行：第一步，初始化，j＝0；第二步，从用户组W中筛选出与已选第一个用户满足相应信道状态要求的用户：j＝j+1；第三步，为用户集中的每个用户设计合并向量用户组中有效信道向量表示为故向量vk必须满足下面关系式：对上式右边的组合矩阵进行奇异值分解即可得到向量wk，同时即可得到用户集中的每个用户的合并向量第四步，根据如下公式选择每个用户组中的第二个用户：得到第j组中的用户对[fj,s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法基站获得用户信道状态状态矩阵，用户按信道状态矩阵范数大小进行大小排序，并分为两个用户组G和W；基站根据信道状态加权调度因子从用户组G中为每个用户组选出其第一个用户，根据用户的有效信道状态矩阵范数从用户组W中每个用户组选出其第二个用户；基站向选出的用户发送数据，进行数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法基站获得用户信道状态状态矩阵，用户按信道状态矩阵范数大小进行大小排序，并分为两个用户组G和W；基站根据信道状态加权调度因子从用户组G中为每个用户组选出其第一个用户，根据用户的有效信道状态矩阵范数从用户组W中每个用户组选出其第二个用户；基站向选出的用户发送数据，进行数据传输。2.如权利要求1所述的大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述多天线用户对调度方法包括以下步骤：步骤一，基站向用户发送用户已知的训练序列，用户根据接收到的训练序列估计信道状态信息矩阵，用户将信道状态信息反馈给基站；步骤二，对用户进行排序；步骤三，选择第一用户组中所有用户对的第一个用户；步骤四，构造预编码向量；步骤五，从第二用户组中选择所有用户对的第二个用户；步骤六，构造接受合并向量；步骤七，进行数据传输。3.如权利要求2所述的大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：(1)基站对每一个用户信道状态矩阵取F范数||H||F操作；(2)基站将所有用户的信道状态矩阵范数进行降序排列，将排序后的前一半用户作为第一用户组，后一半用户作为第二用户组。4.如权利要求2所述的大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：(1)采用选择最大信道状态矩阵范数用户的方法，选择第一个用户对的第一个用户；(2)采用选择最大信道状态加权调度因子用户的方法，选择第一用户组中除第一个用户对之外的其他所有用户对的第一个用户。5.如权利要求4所述的大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述(1)中所述的选择最大信道状态矩阵范数用户的方法，选择第一个用户对的第一个用户的步骤如下：第一步，计算第一用户组中每个用户的信道状态矩阵F范数第二步，将信道状态矩阵范数最大的用户作为第一个用户对的第一个用户；所述(2)中选择最大信道状态加权调度因子用户的方法，选择除第一个用户对之外的所有用户对的第一个用户的步骤如下：第一步，设定加权因子λ和ν，其中λ＞0，ν＞0，λ+ν＝1；第二步，按照下式，计算第一用户组中每个用户与被选用户间的弦距离：其中，Ca表示第一用户组中第a个用户与所有被选用户间的弦距离，表示取算术平方根操作，M表示用户天线总数，M≥2，tr表示取矩阵迹操作，表示第一用户组中第a个用户信道正交化后的信道状态矩阵，表示之前所有被选用户的信道正交化后的信道状态矩阵，H表示取共轭转置操作；第三步，按照下式，计算第一用户组中每个用户的信道状态加权调度因子：其中，da表示第一用户组中第a个用户的信道状态加权调度因子，λ和ν分别表示加权因子，Ca表示第一用户组中第a个用户与被选用户间的弦距离；第四步，将第一用户组中信道状态加权调度因子最大的用户，作为当前用户对的第一个用户；第五步，判断当前用户对是否等于基站天线总数，若是，则得到所有用户对的第一个用户，否则，将当前用户对加1后执行第四步。6.如权利要求2所述的大规模MIMO非正交多址系统多天线用户对调度方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：(1)按照下式，每个用户对的第一个用户对接收信号进行合并：其中，w1,i表示第i个用户对中第一个用户的接受合并向量，表示取平方根操作，M表示用户天线总数，T表示转置操作；(2)按照下式，计算每个用户对中第一个用户的预编码向量：其中，g1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫丰奎，陈翔，李果，张南，王勇，
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