[发明专利]基于动态用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法

权利要求书

1.基于动态用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，包括：

(1)基站获得当前时隙的待配对用户集合l、待配对用户数Nu、资源块集合r、资源块个数N以及接收天线数Nr；

(2)根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P；根据该可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：其中1_N表示长度与资源块个数N相同，且元素取值都等于1的列向量，表示求克罗内克积的运算；

(3)根据待配对用户集合l和接收天线数Nr，生成可选用户对集合G；根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，得到用户配对约束矩阵：其中1_Nu表示长度与待配对用户数Nu相同，且元素取值都等于1的列向量；

(4)通过迭代生成大小为N*Nu行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户对容量矩阵ψ，其中，Na数值上等于可选用户对集合G中的元素个数：

4a)令u＝1，h＝1，生成一个大小为N*Nu行，Na列，且元素均等于0的初始用户调制阶数矩阵M₀；同时生成一个大小为N行、Na列，且元素均等于0的初始用户对容量矩阵ψ₀；

4b)令k＝1，从可选用户对集合G中选择第u个用户对；

4c)按照下式，计算在第h个资源块上，第u个用户对中的第k个用户的信干噪比的值SINR_u,k,h：

其中，E_k表示第k个用户的发射功率，σ²表示当前时隙的信道噪声功率，ζ_u,h表示第u个用户对在第h个资源块上的信道矩阵，I_n表示大小为n行、n列的单位矩阵，n表示第u个用户对包含的用户个数，(·)^H表示厄米转置操作，(·)^-1表示取逆操作，[·]_k,k表示矩阵第k行、第k列的元素；

4d)在给定误比特率门限值b的情况下，按照下式，计算第u个用户对中第k个用户在第h个资源块上的调制阶数并将该放入矩阵M₀的第(h-1)*Nu+l_k行、第v₁列，其中，v₁数值上等于u，l_k表示第k个用户的编号；

其中，b是预设的系统误比特率门限值，floor(·)表示向下取整操作，log₂(·)表示取以2为底的对数操作，ln(·)表示取自然对数操作；

4e)判断k是否等于第u个用户对中包含的用户的个数n，若是，执行4f)，否则，令k＝k+1，返回4c)；

4f)判断第u个用户对中每个用户的调制阶数是否均不等于0，若是，则将第u个用户对中所有用户的调制阶数相加，得到第u个用户对的容量；否则，令第u个用户对的容量等于0；再将得到的第u个用户对的容量值放入矩阵ψ₀的第v₂行、第v₃列，其中，v₂数值上等于h，v₃数值上等于u，执行4g)；

4g)判断u是否等于Na，若是，则执行4h)；否则，令u＝u+1，返回4b)；

4h)判断h是否等于N，若是，则将赋有元素值的初始用户调制阶数矩阵M₀作为最终的用户调制阶数矩阵M，并将赋有元素值的初始用户容量矩阵ψ₀作为最终的用户容量矩阵ψ，结束；否则，令h＝h+1，u＝1，返回4b)；

(5)根据步骤(2)得到的资源块分配模式矩阵T和步骤(4)得到的用户对容量矩阵ψ，得到容量向量η；

(6)以步骤(2)得到的资源分配约束矩阵C1、步骤(3)得到的用户配对约束矩阵C2和步骤(5)得到的容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配模型：

s.t.C1x≤1_N

C2x≤1_Nu

其中，x表示用户配对和资源分配的指示向量，η^Tx表示系统容量值，1_N表示长度是N且元素全部等于1的向量，1_Nu表示长度是Nu且元素全部等于1的向量，(·)^T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；

(7)利用商用软件MATLAB求解步骤(6)中得到的模型，求解出用户配对和资源分配的指示向量x；

再根据x得到用户配对和资源分配的结果向量U：

7a)令α＝1，并生成一个长度为Nr*N，且元素全部等于0的初始结果向量U₀；

7b)确定x中第α个等于1的元素的位置值，用该位置值除以Na，得到商c1以及余数c2；

7c)根据余数c2，找到用户配对模式矩阵B的与余数c2数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，再将这些行号按从小到大的顺序排列，若这些行号的个数不够Nr个，则在这些行号后补零，得到用户对向量

7d)对商c1做向上取整操作得到c3，找到资源分配模式矩阵T的与余数c3数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，将这些行号按从小到大的顺序排列组成向量y＝(y₁,y₂,…y_β,…,y_N)，其中y_j表示第β个等于1的元素的行号，β∈[1,N]；

7e)令β＝1，将用户对向量中的元素分别存入初始结果向量U₀的第(y_β-1)*N+1到(y_β-1)*N+Nr个元素中；

7f)判断β是否等于N，若是，则执行7g)；否则，令β＝β+1，并返回7e)；

7g)判断α是否等于x中大小等于1的元素的个数，若是，则将赋值后的初始结果向量U₀作为最终的用户配对和资源分配结果向量U；否则，令α＝α+1，返回7b)；

(8)根据用户配对和资源分配的结果向量U和步骤(4)得到的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的信息进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给信号接收器，完成本时隙用户流的用户配对和资源分配；

(9)判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回(1)；否则，完成所有用户流的用户配对和资源分配。