本發明涉及基于改進的弦距離的下行MU_COMP調度方法。

背景技術：
隨著移動通信用戶數量的增加以及無線寬帶業務(多媒體業務)的興起，要求移動通信系統進一步提高數據傳輸速率和頻譜利用率，因此實際應用中采取了同頻組網的方式，使得小區邊緣用戶將接收來自相鄰小區的干擾，這嚴重的限制了邊緣用戶的服務質量和吞吐量，而協作傳輸模式下(COMP)的單用戶調度相比多用戶調度已無法滿足系統對吞吐量的需求，但多用戶調度中存在用戶之間的干擾，為了避免干擾，傳統的基于弦距離多用戶調度算法用F范數衡量用戶信道狀況，用弦距離衡量信道相關性，并以F范數α次方和弦距離的乘積為準則進行用戶選擇，復雜度比較高。

技術實現要素：
本發明的目的是針對已有弦算法的不足，提出一種基于改進的弦距離的下行多用戶調度算法，兼顧系統性能的同時降低系統的復雜度，改善邊緣小區用戶的服務質量。其包括一種基于改進的弦(沒有行業標準翻譯，可直譯為弦距離)距離的下行MU_COMP調度算法，包括如下步驟：S1邊緣小區用戶檢測當前干擾信號的強度并反饋當前信干噪比，根據信干噪比確定協作傳輸模式下的激活用戶集；S2建立候選用戶集和已選用戶集合，其中所述候選用戶集包括激活用戶集中用戶，選將所述候選用戶集中F范數最大的用戶之一添加到已選用戶集，并計算已選用戶集中用戶的信道容量；S3計算所述候選用戶集中每個用戶信道矩陣與已選用戶集中聯合信道矩陣的弦距離；S4選出用戶信道矩陣與已選用戶集中聯合信道矩陣的弦距離最大的用戶；S5判斷已選用戶集中用戶是否到用戶上限，若未到用戶上限則跳轉步驟S2，若達到上限，則跳轉步驟S6；S6對已選用戶集中的邊緣小區用戶分別設計塊對角化預編碼矩陣，協作基站使用塊對角化預編碼矩陣對邊緣小區用戶進行聯合預編碼和發送。在上述技術方案的基礎上，所述步驟S2包括：設激活用戶集中共有Nu個用戶，初始化，候選用戶集Ω＝{1,2,…Nu}，已選用戶集合γ＝Φ，選擇候選用戶集中信道F范數最大的邊緣小區用戶s1，更新候選用戶集Ω＝Ω-{s1}，已選用戶集γ＝γ+{s1}，計算此時系統容量Ctemp＝C(s1)。在上述技術方案的基礎上，系統容量計算方法包括：P是發送的總功率，n是的非零奇異值的個數，λi是第i個奇異值，ηi是第i個子信道的發送能量，M是發送端總的天線數，其中ηi按如下規則計算，u是由在條件下通過拉格朗日因子法求得。在上述技術方案的基礎上，所述步驟S3包括：計算候選用戶集中第k個邊緣小區用戶的信道矩陣Hk與已選用戶集中邊緣小區用戶聯合信道矩陣Hγ的弦距離k＝1,2,…Nu-m，其中m是已選用戶集中用戶的個數，Gk是對邊緣小區用戶k信道矩陣Hk按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，Pγ是對已選用戶集中邊緣小區用戶聯合信道矩陣Hγ按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，||||F表示求取F范數。在上述技術方案的基礎上，所述步驟S4包括：從候選用戶集選出與已選用戶集弦距離dk最大的邊緣小區用戶，并將最大的邊緣小區用戶記為si。在上述技術方案的基礎上，所述步驟S4還包括：計算已選用戶集γ加入si后的系統容量若則更新已選用戶集γ＝γ+{si}，Ω＝Ω-{si}，m＝m+1，是邊緣小區用戶si的信道矩陣按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，進入步驟S5,否則進入步驟S6。在上述技術方案的基礎上，已選用戶集γ加入si后的系統容量計算方法為其中n是的非零奇異值的個數，λi是的第i個奇異值，是對進行塊對角預編碼之后的到的預編碼矩陣，ηi是第i個子信道的發送能量，ηi按如下規則計算，u是由在條件下通過拉格朗日因子法求得在上述技術方案的基礎上，所述步驟s1激活用戶集選擇規則包括：若用戶信干噪比小于閾值門限β，則將該用戶規定為邊緣小區用戶，且所述閾值門限β是根據信道基站和信道狀態信息確定的。相對于現有技術來說，本發明兼顧系統性能的同時降低系統的復雜度，改善邊緣小區用戶的服務質量。附圖說明圖1是本發明的小區基站示意圖；圖2是本發明的流程圖；圖3是本發明對已有的基于弦距離調度算法系統容量在Nb＝3，Nt＝4，Nr＝2配置條件下隨參數α變化情況；圖4是本發明對已有的基于弦距離調度算法系統容量在Nb＝3，Nt＝4，Nr＝4配置條件下隨參數α變化情況；圖5是本發明對已有的基于弦距離調度算法系統容量在Nb＝3，Nt＝2，Nr＝2配置條件下隨參數α變化情況；圖6是本發明與已有的基于弦距離調度算法復雜度仿真結果比較；圖7是本發明與已有的基于弦距離調度算法性能仿真結果比較。具體實施方式下面結合附圖對發明作進一步說明。如圖1本發明中小區結構采用正六邊形，每個小區內有三個扇區，每三個相鄰小區的相鄰扇區組成一個簇，本發明提出的算法應用在這個簇內。考慮由Nu個邊緣小區用戶組成的多小區多用戶下行MIMO鏈路，用戶UE的接收天線數為Nr，協作傳輸的基站數為Nb，每個基站的發送天線數為Nt，發送的功率限制為P，基站到用戶的信道為瑞利平坦衰落信道，任意時隙協作基站允許容納的協作用戶數為基于改進的弦距離的下行MU_COMP調度算法具體步驟如下：(1)邊緣小區用戶檢測當前干擾信號的強度并反饋當前信干噪比SINR，將該SINR與預先設定好的閾值門限β進行比較，如果SINR<β則將該用戶劃為邊緣小區用戶，閾值門限β是由基站和用戶信道狀態信息決定的。(2)確定已選用戶集(2.1)設激活用戶集中共有Nu個用戶，初始化，候選用戶集Ω＝{1,2,…Nu}，已選用戶集合γ＝Φ，選擇候選用戶集中信道F范數最大的邊緣小區用戶s1，更新候選用戶集Ω＝Ω-{s1}，已選用戶集γ＝γ+{s1}，計算此時系統容量Ctemp＝C(s1)；(2.2)計算候選用戶集中第k個邊緣小區用戶的信道矩陣Hk與已選用戶集中邊緣小區用戶聯合信道矩陣Hγ的弦距離k＝1,2,…Nu-m，m是已選用戶集中邊緣小區用戶的個數，Gk是對邊緣小區用戶k信道矩陣Hk按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，Pγ是對已選用戶集中邊緣小區用戶聯合信道矩陣Hγ按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，||||F表示求取F范數；(2.3)從候選用戶集選出與已選用戶集弦距離dk最大的邊緣小區用戶，記為si(2.4)計算已選用戶集γ加入si后的系統容量若更新已選用戶集γ＝γ+{si}，Ω＝Ω-{si}，m＝m+1，是邊緣小區用戶si的信道矩陣按行進行施密特正交化之后得到的矩陣，進入步驟(2.5),否則進入步驟(3)；(2.5)返回步驟(2.2)直到已選用戶集中邊緣小區用戶達到用戶數上限。(3)對多點協作傳輸用戶集γ中的邊緣小區用戶分別設計塊對角化預編碼矩陣，協作基站使用塊對角化預編碼矩陣對邊緣小區用戶進行聯合預編碼和發送步驟(3)的具體做法如下：設最終多點協作傳輸用戶集γ中邊緣小區用戶數為N，第k個用戶的接收信號可表示為：其中sk協作基站向用戶k發送的聯合信號，Pk是用戶k分配的功率,由注水算法確定，nk是一個協方差矩陣為單位陣的零均值循環對稱復高斯隨機變量，式中是用戶k的有用信號，是收到的來自其他用戶的同頻干擾信號，Vk是塊對角化之后的預編碼矩陣。按如下方式求得：首先確定除用戶k以外的傳輸用戶集中邊緣小區用戶組成的聯合信道矩陣對進行奇異值分解再對虛擬信道HkR0進行奇異值分解最終用戶k的預編碼矩陣聯合預編碼之后系統總的容量nj是第傳輸用戶集中第j個用戶信道的非零奇異值的個數，λi是第j個用戶的第i個非零奇異值，M＝Nb*Nt；u是一個門限值。仿真條件：圖3仿真條件，協作基站數Nb＝3，Nt＝4，Nr＝2；信噪比分別為0分貝、10分貝、20分貝；圖4仿真條件，協作基站數Nb＝3，Nt＝4，Nr＝4；信噪比分別為0分貝、10分貝、20分貝；圖5仿真條件，協作基站數Nb＝3，Nt＝2，Nr＝2；信噪比分別為0分貝、10分貝、20分貝；圖6和圖7仿真條件，協作基站數Nb＝3，Nt＝2，Nr＝2；信道為瑞利平坦衰落仿真結果分析：由圖3,4,5不同天線數量組合條件下的仿真結果可以看出隨著參數α從很大降低到很小幾乎為0過程中，平均吞吐量首先會保持穩定不變，當參數α到達大概10到100之間時，平均吞吐量逐漸上升，并且在參數α為0.01到0之間的某個值時達到最大，之后隨著參數α的減小稍微有所減少，減少幅度不大，之后當參數α足夠小時，平均吞吐量將保持穩定。對一個特定的用戶集合，在參數α從很小變化到很大的過程中，調度算法的到的信道容量的跳變次數非常少，并且跳變的時機和方向沒有明顯的規律，因而不能通過自適應的反復迭代來無限逼近最佳值，從仿真結果來看α接近于0時，信道容量平均值最高，接近最大值，在考慮既保證算法性能又能降低復雜度的情況下，將傳統基于弦距離的調度算法中參數α置為0，同時在對實際的考慮中這也是可行的，因為隨著協作集合中用戶數量的上升，用戶信道之間的相關性會對預編碼之后的系統容量起主導作用，而用戶自身信道質量的好壞的影響作用很小。圖6仿真結果可以看出在特定的收發天線組合下，隨著用戶數量的不斷增多改進的基于弦距離的下行MU_COMP調度算法復雜度比傳統的基于弦距離的調度算法復雜度要不斷降低，并且這種復雜度的降低是在很好的保證的系統的容量的前提下進行的，圖7的仿真結果可以看出兩種算法的性能基本一致，這又進一步證明了改進的基于弦距離的調度算法是可行的。