無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法
2023-05-22 23:23:51
專利名稱：無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法
技術領域：
本發明涉及一種無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法，屬於無線移動通信 中繼系統的技術領域。
背景技術：
下一代寬帶蜂窩移動通信系統(IMT-Advanced)將採用傳統的無線中繼技術(如 類型I中繼，Type I)來擴展覆蓋範圍，同時也考慮採用協同中繼技術(如類型II中繼， Type II)來提供額外的空間分集增益，從而提高傳輸速率和系統的頻譜效率。需要注意的 是，傳統中繼技術存在一些問題(l)Type I中繼主要用於擴展覆蓋範圍，無法有效提高系 統頻譜效率；0)Type II中繼雖然能夠提供額外的協同空間分集增益，但對現有標準協議 修改較多且性能增益不確定；C3)無論是傳統中繼還是協同中繼，都需要為中繼鏈路提供 額外的資源，無法保證中繼傳輸的高頻譜效率。為了解決以上中繼技術存在的各種問題，在 IMT-Advanced的後續標準化過程中，需要提出新的無線中繼傳輸方案和相關處理技術，使 得中繼技術既能擴展覆蓋範圍，增強無線傳輸性能，又能提高無線傳輸的頻譜效率。近來，提出了一種打破傳統信息處理方式的網絡編碼理論。該網絡編碼理論要求 傳輸鏈路上的中間節點(下文中，亦稱作中繼節點或中繼)不是單純地轉發接收到的信息， 而是需要對所接收到的信息進行相關信號處理後再轉發出去。由於該網絡編碼理論在中間 節點中增加了相關信號處理功能，且目標接收節點能夠恢復出這些處理後的信息，因此，理 論上增加了信息量，且已經證明可以實現網絡的較大流傳輸，從而有效增強無線中繼傳輸 的性能。上述網絡編碼理論在無線中繼系統中的應用形成了本發明所涉及的無線中繼網 絡編碼系統。在無線中繼網絡編碼系統中，把從多個無線用戶接收到的信息合併在一起並 由中繼節點進行必要的信號處理後傳輸，這樣可以有效減少多用戶傳輸的資源開銷，提高 系統傳輸的頻譜效率，降低多用戶場景調度的複雜度，從而增強無線傳輸性能，提高無線傳 輸的頻譜效率的目標。在傳統的時分雙工無線中繼系統中，基站與M個用戶通過中繼節點通信，完成M次 上下行數據傳輸需要2M個時隙，頻譜效率低下，浪費物理資源。在本發明所涉及的無線中 繼網絡編碼系統中，若基站和中繼配置M根天線，完成M個用戶與基站之間的信息交互只需 要2個時隙，頻譜效率提升明顯。但是，由於無線中繼網絡編碼系統的提出時間較短，目前尚沒有研究出較適用於 該無線中繼網絡編碼系統的對用戶的調度方法。具體地，傳統的蜂窩網絡一般使用輪詢調度、比例公平調度和機會調度。輪詢調度 方法只是隨機選擇用戶傳輸，並沒有充分利用信道特性，雖然用戶公平性好，但是頻譜效率 低。比例公平調度和機會調度方法，都考慮了信道增益對系統性能的影響，在傳統的中繼網 絡中，可以獲得很高的吞吐量和傳輸正確率。但是，由於無線中繼網絡編碼系統中採用了 雙向傳輸，即基站和多個用戶同時向中斷節點傳輸信息，因此既要防止信息對內部的幹擾(即，基站發送給某用戶的信息和該用戶發送給基站的信息之間的幹擾)，又要防止信息對 之間的幹擾(即，不同用戶之間及基站不同數據流之間的幹擾)，而適用於傳統中繼網絡的 比例公平調度和機會調度方法均沒有考慮如何同時防止信息對內部的幹擾和信息對之間 的幹擾，因此並不適用於本發明所涉及的無線中繼網絡編碼系統。本發明的發明人注意到了上述現有技術存在的各種缺陷，並認識到解決上述技術 問題對於提高系統吞吐量至關重要，進而提出了一種新的適用於無線雙向中繼網絡編碼系 統的用戶調度方法。該用戶調度方法大大提升了基站平均吞吐量。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調 度方法。該用戶調度方法包括如下步驟基站和中繼通過信道估計獲得基站與中繼之間的信道矩陣G ；對所述信道矩陣G進行奇異值分解，以獲得酉矩陣U ；針對所述酉矩陣U中的各個列矢量um，分別計算各待調度用戶所對應的信道矢量 hk與列矢量Um之間的相關係數P k,m，從所述各待調度用戶中選擇I Pk,m|最大的用戶進行 調度，以調度最多M個使用相同時頻資源向中繼發送數據的用戶；其中，G禾口 U為MXM維矩陣；酉矩陣U= [Ul，u2，…，uM]，其中Um表示酉矩陣U的第m列，其中，m= 1，2，… M，m為所述酉矩陣U的各列的序號；信道矢量hk為所述基站所對應的小區內各待調度用戶中序號為k的待調度用戶 與中繼多天線之間的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待調度用戶的序號；M表示所述基站的天線數量和所述中繼的天線數量；K表示與所述基站對應的小區內的用戶總數；以及I ρ k,J表示ρ k,m的複數絕對值運算。本發明還提供了 一種用戶調度方法，其中，針對所述酉矩陣U中的各個列矢量um，利用如下表達式來分別計算各待調度用戶 與中繼之間的信道矢量hk與Um的相關係數P k,ffl 其中，I I · I I表示矢量的2-範數。本發明還提供了一種用戶調度方法，其中，針對所述酉矩陣U中的第m個列矢量 um，根據如下步驟選擇I pk,ml最大的用戶進行調度由各待調度用戶構成待調度用戶數組Ω，預設參考係數ρ=0;輪詢數組Ω中的第k(k = 1,2,…，K)個用戶以計算所輪詢的待調度用戶對應的 相關係數01;, 1，在I Pk,m|大於I P I時，使得P = P k,m，並將所輪詢的待調度用戶作為第m 個被調度的候選用戶；當輪詢完數組Ω內中的每個待調度用戶時，將所述候選用戶選擇為所述I Pk,m| 最大的用戶。
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本發明還提供了 一種用戶調度方法，其中，將被選擇為所述I Pk,m|最大的用戶從所述用戶數組Ω中去除，並且使得m = m+1，以確定下一被調度用戶，直到已調度了 M個用戶或Ω中的元素個數為零。本發明還提供了一種用戶調度方法，其中，在所述無線雙向中繼網絡編碼系統中，所述基站和所確定的最多M個用戶使用相同的時頻資源向中繼節點發送數據；所述中繼對從所確定的最多M個用戶及所述基站接收到的混合信號進行預編碼；將預編碼後的信號轉發給所確定的最多M個用戶和所述基站；以及所述基站和所確定的最多M個用戶對從所述中繼轉發來的信息進行網絡編碼，以 獲得所需信息。本發明還提供了 一種用戶調度方法，其中，在確定所述相關係數P k,m時，使得矢量hk與矢量Um的相似程度越高則I Pk,m|越 大。本發明還提供了一種用戶調度方法，其中，在所述中繼或所述基站中執行所述用 戶調度方法。本發明又提供了一種用戶調度方法，其中，包括如下步驟基站和中繼通過信道估計獲得基站與中繼之間的信道矩陣G ；針對所述信道矩陣G中的各個列矢量gm，分別計算各待調度用戶所對應的信道矢 量hk與列矢量間的相關係數Ρk,m，從所述各待調度用戶中選擇I Pk,m|最大的用戶進 行調度，以調度最多M個使用相同時頻資源向中繼發送數據的用戶；其中，G禾Π U為MXM維矩陣，m為所述酉矩陣U的各列的序號；以及G=[gl，&，…， ]，其中，8111表示矩陣G的第m列，其中，m= 1，2，…M;信道矢量hk為所述基站所對應的小區內各待調度用戶中序號為k的待調度用戶 與中繼多天線之間的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待調度用戶的序號；M表示所述基站的天線數量和所述中繼的天線數量；K表示與所述基站對應的小區內的用戶總數；以及I ρ k,J表示ρ k,m的複數絕對值運算。本發明還提供了 一種用戶調度方法，其中，針對所述信道矩陣G中的各個列矢量gm，利用如下表達式分別計算各待調度用戶 與中繼之間的信道矢量hk與gm的相關係數P k,ffl
hff2Pk,m - τπ—ρ~η ,
INIW其中，I I · I I表示矢量的2-範數。與現有技術相比，本發明至少具有以下優點根據本發明的用戶調度方法，基站或中繼在調度用戶時，輪詢小區內所有未調度 的用戶，計算其與中繼信道和U矩陣的列矢量之間的相關係數，選擇相關係數最大的用戶 進行調度，直到選擇調度的用戶數等於M，可見，本發明的用戶調度方法考慮了基站與中繼 之間信道以及用戶與中繼之間信道這兩種信道之間的相互影響，亦即，既防止了信息對內 部的幹擾(即，基站發送給某用戶的信息和該用戶發送給基站的信息之間的幹擾)，又防止了信息對之間的幹擾(即，不同用戶之間及基站不同數據流之間的幹擾)，從而在保證用戶 公平性的前提下，提升了系統吞吐量；此外，根據本發明的用戶調度方法在完成M個用戶調度時，相關係數的計算量很
低，只需計算
權利要求
1.一種無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法，其特徵在於，包括如下步驟 基站和中繼通過信道估計獲得基站與中繼之間的信道矩陣G ；對所述信道矩陣G進行奇異值分解，以獲得酉矩陣U ；針對所述酉矩陣U中的各個列矢量um，分別計算列矢量Um與各待調度用戶所對應的信 道矢量hk之間的相關係數P k,m，從所述各待調度用戶中選擇I Pk,m|最大的用戶進行調度， 以調度最多M個使用相同時頻資源向中繼發送數據的用戶； 其中，G禾口 U為MXM維矩陣；酉矩陣U= [Ul，u2，…，uM]，其中Um表示酉矩陣U的第m列，其中，m= 1，2，…M，m為 所述酉矩陣U的各列的序號；信道矢量hk為所述基站所對應的小區內各待調度用戶中序號為k的待調度用戶與中 繼多天線之間的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待調度用戶的序號； M表示所述基站的天線數量和所述中繼的天線數量； K表示與所述基站對應的小區內的用戶總數；以及 Pk,J表示P k,m的複數絕對值運算。
2.根據權利要求1所述的用戶調度方法，其特徵在於，根據表達式svd(G) = UE Vh對所述信道矩陣G進行奇異值分解，以獲得酉矩陣U ； 其中，svd(.)表示對矩陣進行奇異值分解； Σ為分解得到的準對角矩陣； V為分解得到的MXM維酉矩陣； ( 廣表示對矩陣共軛轉置。
3.根據權利要求2所述的用戶調度方法，其特徵在於，針對所述酉矩陣U中的各個列矢量um，利用如下表達式來分別計算各待調度用戶與中 繼之間的信道矢量hk與Um的相關係數P k,ffl 其中，I I · I I表示矢量的2-範數。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，針對所述酉矩陣U中的第m 個列矢量Um，根據如下步驟選擇I Pk,m|最大的用戶進行調度由各待調度用戶構成待調度用戶數組Ω，預設參考係數ρ=0; 輪詢數組Ω中的第k(k= 1,2,…K)個用戶以計算所輪詢的待調度用戶對應的相關 係數91_，在I Pk,m|大於I P I時，使得P = P k,m，並將所輪詢的待調度用戶作為第m個 被調度的候選用戶；當輪詢完數組Ω內中的每個待調度用戶時，將所述候選用戶選擇為所述I Pk,m|最大 的用戶。
5.根據權利要求4所述的用戶調度方法，其特徵在於，將被選擇為所述I pk,m|最大的用戶從所述用戶數組Ω中去除，並且使得m = m+l，以 確定下一被調度用戶，直到已調度了 M個用戶或Ω中的元素個數為零。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的用戶調度方法，其特徵在於，在所述無線雙向中 繼網絡編碼系統中，所述基站和所確定的最多M個用戶使用相同的時頻資源向中繼節點發送數據； 所述中繼對從所確定的最多M個用戶及所述基站接收到的混合信號進行預編碼； 將預編碼後的信號轉發給所確定的最多M個用戶和所述基站；以及 所述基站和所確定的最多M個用戶對從所述中繼轉發來的信息進行網絡編碼，以獲得 所需信息。
7.根據權利要求1所述的用戶調度方法，其特徵在於，在確定所述相關係數Pk,m時，使得矢量hk與矢量Um的相似程度越高則ι pk,m|越大。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的用戶調度方法，其特徵在於，在所述中繼或所述 基站中執行所述用戶調度方法。
9.一種無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法，其特徵在於，包括如下步驟 基站和中繼通過信道估計獲得基站與中繼之間的信道矩陣G ；針對所述信道矩陣G中的各個列矢量gm，分別計算列矢量gm與各待調度用戶所對應的 信道矢量hk之間的相關係數Pk, m，從所述各待調度用戶中選擇I Pk,m|最大的用戶進行調 度，以調度最多M個使用相同時頻資源向中繼發送數據的用戶； 其中，G為MXM維矩陣，m為所述信道矩陣G的列序號；以及G=[gl，&，…， ]，其中， 表示矩陣G的第m列，其中，m= 1，2，-M ； 信道矢量hk為所述基站所對應的小區內各待調度用戶中序號為k的待調度用戶與中 繼多天線之間的信道矢量，其中，k= 1，2，…K，k表示所述各待調度用戶的序號； M表示所述基站的天線數量和所述中繼的天線數量； K表示與所述基站對應的小區內的用戶總數；以及 Pk,J表示P k,m的複數絕對值運算。
10.根據權利要求9所述的用戶調度方法，其特徵在於，針對所述信道矩陣G中的各個列矢量gm，利用如下表達式分別計算各待調度用戶與中 繼之間的信道矢量hk與gm的相關係數P k,ffl 其中，11 · 11表示矢量的2-範數。
全文摘要
本發明公開了一種無線雙向中繼網絡編碼系統的用戶調度方法，涉及1個多天線基站、1個多天線中繼和多個單天線用戶。基站或者中繼調度時，首先估計基站和中繼之間的多天線信道，然後將基站與中繼之間的多天線信道進行奇異值分解得到酉矩陣，輪詢小區內的所有服務用戶，分別計算其與中繼信道和酉矩陣列矢量之間的相關係數，選擇相關係數絕對值最大的用戶進行調度。本方法既防止了基站發送給某用戶的信息和該用戶發送給基站的信息之間的幹擾，又防止了不同用戶之間及基站不同數據流之間的幹擾，從而在保證用戶公平性的前提下，大大提升了系統吞吐量。並且本方法計算複雜度低，無需增加額外信令開銷，適合使用在未來的無線雙向中繼網絡編碼系統中。
文檔編號H04W72/12GK102137502SQ20111005578
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者豐俊偉, 張翔, 彭木根, 李勇, 王文博 申請人:北京郵電大學