海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法技术

本申请提供了一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，涉及海域调度技术领域。步骤R1、船载AIS系统与装备大规模天线平面阵的岸基基站进行信息交互，获取各用户的位置信息；然后通过测高仪获取岸基基站高度信息以及船舶终端的高度信息。步骤R2、根据步骤R1获取的用户位置信息、岸基基站与船舶终端的高度信息，划分大规模天线平面阵对应的波束覆盖的海域范围，并将各用户划分到对应的每个波束内；步骤R3、在每个波束内选取优先级最高的用户，依次放入待服务用户集合；步骤R4、在每个调度周期内，根据系统加权和速率最大准则调度待服务用户集合中的用户进行服务，关闭未被使用的波束。本申请波束选择和用户调度速度快，算法复杂度低。

【技术实现步骤摘要】
海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法
本申请涉及海域调度
，尤其涉及一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法。
技术介绍
随着海洋产业的快速发展，海洋旅游，近海水产养殖和海洋矿物探索，海上多媒体服务变得越来越重要。为了提高海上通信系统的传输速率，我们考虑了在基站使用大规模多输入多输出系统(MMIMO)，第一，MMIMO能深度挖掘空间维度资源，使得多个用户可以在同一时频资源上与基站同时进行通信，从而大幅度提高频谱资源；第二，MMIMO可大幅度降低上下行发射功率，从而提高功率效率；第三，MMIMO将波束集中在很窄的范围内，从而大幅度降低干扰；第四，当天线数量足够大时，最简单的线性预编码和检测器趋近于最优，并且噪声和不相关干扰都可以忽略不计。在海域场景整体用户分布稀疏，但在局部区域是拥挤的以至于不能够在角度域区分这些用户。因此我们需要调度部分用户进行服务以保证最大的加权和速率，传统的调度方法基于穷举法，调度出和速率最大的用户组合进行服务，尽管这种算法能够调度出最佳的待服务用户组合，但是无法适应实际的系统中的信道时变性，计算复杂度高。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本申请提出一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，波束选择和用户调度速度快，计算复杂度低。(二)技术方案本申请提供了一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，波束选择与用户调度步骤如下：步骤R1、AIS系统与装备大规模天线平面阵的岸基基站进行信息交互，获取各用户的位置信息；然后通过测高仪获取岸基基站高度信息以及船舶终端的高度信息；步骤R2、根据步骤R1获取的用户位置信息、岸基基站与船舶终端的高度信息，划分大规模天线平面阵对应的波束覆盖的海域范围，并将各用户划分到对应的每个波束内；步骤R3、在每个波束内选取优先级最高的用户，依次放入待服务用户集合；步骤R4、在每个调度周期内，根据系统加权和速率最大准则调度所述步骤R3待服务用户集合中的用户进行服务，关闭未被使用的波束。在本申请的一些实施例中，所述波束选择过程步骤如下：步骤S1、首先岸基基站端配置一个大规模透镜天线平面阵，其波束能够覆盖整个海域3维的角度空间；步骤S2、所述大规模透镜天线平面阵的波束按照水平和垂直角度均匀划分，基站透镜天线的维度是N1×N2，水平和垂直角度空间将被均匀的划分为N1和N2等份，水平和垂直方向上每份波束角度分别为π/N1和π/N2；步骤S3、通过AIS系统将信息回传至岸基基站，并换算确定用户距离基站的距离信息；步骤S4、在所有整个波束覆盖范围内，选取有用户存在的波束，并关闭未被使用的波束。在本申请的一些实施例中，所述用户调度过程步骤如下：步骤T1、在每个波束内选取优先级别最高的用户，并调度出待服务的用户集合；步骤T2、依次计算所述步骤T1调度出用户的速率，选出加权速率最大的用户，放入服务用户集合，并从待服务用户集合中删除该用户；步骤T3、从待服务的用户集合中，选择使得服务用户集合的加权和速率最大的一个用户；步骤T4、判断调度出的服务用户集合的加权和速率是否提升；步骤T5、若使得加权和速率提升，将该用户合并到服务用户集合，并从待服务用户集合中删除该用户，并转至步骤T3，否则转至步骤T6；步骤T6、根据选出的服务用户集合，再次确定波束集合，将没有用户服务的波束关闭。在本申请的一些实施例中，所述的系统加权和速率为：其中，αk为用户k的加权因子，ψk为调度出的用户k的信干噪比，可表示为：其中，p为基站为每个用户均匀分配的功率，hk为用户k的信道矩阵，uk为用户选择的波束矢量，σ2为加性高斯白噪声。在本申请的一些实施例中，所述每个波束对应0-10个用户。在本申请的一些实施例中，所述优先级包括：用户的比例公平因子或用户距离基站的距离远近或用户接收信号的强度等级。在本申请的一些实施例中，所述波束为模拟波束或者数字波束的一种。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：1、本申请海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法的波束选择和用户调度速度快，算法复杂度低，适用于各种海域通信场景；2、本申请海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法先利用大规模透镜天线平面阵，其波束将整个3维空间均匀划分，再计算出波束在海上的覆盖范围，在每个波束的覆盖范围内调度出最佳用户，这种方法既适应具有稀疏性的海上用户的通信，频谱效率接近最优，也大大降低了计算复杂度。3、本申请海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法以用户为中心进行波束选择和调度，能够选择出加权和速率最大的用户组合进行服务，提高调度效率。4、本申请海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法设有系统加权和速率公式，运用该公式可以精确的进行用户调度并保证用户调度的顺利进行。附图说明图1为本申请波束划分及选择示意图。图2为本申请波束选择和用户调度流程图。图3为本申请波束选择流程图。图4为本申请用户调度算法的流程图。具体实施方式本申请提供了一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，调度速度快，算法复杂度低，适用于各种海域通信场景。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：具体实施例1：如图1-4所示，本申请提供了一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，波束选择与用户调度步骤如下：步骤R1、AIS系统与装备大规模天线平面阵的岸基基站进行信息交互，获取各用户的位置信息；然后通过测高仪获取岸基基站高度信息以及船舶终端的高度信息；步骤R2、根据步骤R1获取的用户位置信息、岸基基站与船舶终端的高度信息，划分大规模天线平面阵对应的波束覆盖的海域范围，并将各用户划分到对应的每个波束内；步骤R3、在每个波束内选取优先级最高的用户，依次放入待服务用户集合；步骤R4、在每个调度周期内，根据系统加权和速率最大准则调度所述步骤R3待服务用户集合中的用户进行服务，关闭未被使用的波束。进一步的，所述波束选择过程步骤如下：步骤S1、首先岸基基站端配置一个大规模透镜天线平面阵，其波束能够覆盖整个海域3维的角度空间；步骤S2、所述大规模透镜天线平面阵的波束按照水平和垂直角度均匀划分，基站透镜天线的维度是N1×N2，水平和垂直角度空间将被均匀的划分为N1和N2等份，水平和垂直方向上每份波束角度分别为π/N1和π/N2；基于此可以计算垂直方向上的波束在覆盖的海域范围：如图1所示，基站装备N1×N2的大规模天线平面阵，每个用户终端有单根天线。整个系统由模块101、模块102和模块103组成，其中模块101是基站，其天线高度为ht，主要与用户终端之间进行信息传递。模块103是用户终端，其天线高度为hr，主要作用是用户收发数据的设备。模块102是波束划分图，水平和垂直方向上分别有N1和N2根天线，其对应的波束将水平和垂直空间均匀划分为N1和N2等份，每份所占的空间角度分别为π/N1和π/N2。......其中，DB为每个波束的覆盖范围。同理，可得水平方向上的波束覆盖范围；步骤S3、通过AIS系统将信息回传至岸基基站，并换算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，其特征在于，波束选择与用户调度步骤如下：步骤R1、AIS系统与装备大规模天线平面阵的岸基基站进行信息交互，获取各用户的位置信息；然后通过测高仪获取岸基基站高度信息以及船舶终端的高度信息；步骤R2、根据步骤R1获取的用户位置信息、岸基基站与船舶终端的高度信息，划分大规模天线平面阵对应的波束覆盖的海域范围，并将各用户划分到对应的每个波束内；步骤R3、在每个波束内选取优先级最高的用户，依次放入待服务用户集合；步骤R4、在每个调度周期内，根据系统加权和速率最大准则调度所述步骤R3待服务用户集合中的用户进行服务，关闭未被使用的波束。

【技术特征摘要】
1.一种海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，其特征在于，波束选择与用户调度步骤如下：步骤R1、AIS系统与装备大规模天线平面阵的岸基基站进行信息交互，获取各用户的位置信息；然后通过测高仪获取岸基基站高度信息以及船舶终端的高度信息；步骤R2、根据步骤R1获取的用户位置信息、岸基基站与船舶终端的高度信息，划分大规模天线平面阵对应的波束覆盖的海域范围，并将各用户划分到对应的每个波束内；步骤R3、在每个波束内选取优先级最高的用户，依次放入待服务用户集合；步骤R4、在每个调度周期内，根据系统加权和速率最大准则调度所述步骤R3待服务用户集合中的用户进行服务，关闭未被使用的波束。2.根据权利要求1所述的海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，其特征在于，所述波束选择过程步骤如下：步骤S1、首先岸基基站端配置一个大规模透镜天线平面阵，其波束能够覆盖整个海域3维的角度空间；步骤S2、所述大规模透镜天线平面阵的波束按照水平和垂直角度均匀划分，基站透镜天线的维度是N1×N2，水平和垂直角度空间将被均匀的划分为N1和N2等份，水平和垂直方向上每份波束角度分别为π/N1和π/N2；步骤S3、通过AIS系统将信息回传至岸基基站，并换算确定用户距离基站的距离信息；步骤S4、在所有整个波束覆盖范围内，选取有用户存在的波束，并关闭未被使用的波束。3.根据权利要求1所述的海域大规模天线平面阵波束选择与用户调度方法，其特征在于，所述用户调...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，陆小春，杨永杰，王珏，冯伟，苏厉，唐伟，徐晨，
申请(专利权)人：南通大学，南通先进通信技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32