[发明专利]基于动态用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法

说明书

本发明公开了一种无线通信领域中基于动态用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法。主要解决现有技术无法动态调整系统的用户配对和资源分配而造成频谱利用率低和通信质量差的问题。其技术方案是：以资源分配约束矩阵、用户配对约束矩阵和用户对容量向量为参数，构建用户配对和资源分配的模型并求解，得到最优用户配对和资源分配结果向量；根据该结果向量和用户调制矩阵对每个用户携带的数据信息进行调制；将调制后的数据信号在用户分配到的资源块上发送给信号接收机。本发明能高效地进行动态的多用户配对和资源分配，在满足系统通信质量要求的情况下最大化通信系统的频谱利用率。可用于对虚拟MIMO系统中的手机用户进行用户配对和资源分配。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种虚拟多输入多输出MIMO资源分配方法，用于在虚拟MIMO系统的上行链路中，动态地将资源块分配给已经配对好的手机用户对，使得手机用户对中各个手机用户所携带的信息在其分配到的资源块上同时发送给基站的信号接收器，最大化系统的频谱利用率

背景技术

多输入多输出MIMO技术在各种无线通信系统已被广泛地用于提高频谱效率。然而，由于用户设备的成本和尺寸等实际操作方面的困难，使得多输入多输出MIMO技术在上行链路的应用受到局限。为了解决这个问题，提出了虚拟多输入多输出MIMO的概念，即上行链路对两个或多个用户进行配对，在相同的频带和时隙内对每个配对用户部署单个发射天线。与常规的多输入多输出MIMO系统相比，虚拟多输入多输出MIMO能通过设计良好的用户配对和资源调度策略来得到最大的频谱利用率和较小的误比特率。因此，用户配对和资源调度是直接影响多输入多输出系统性能的两个关键问题。

现有的资源分配技术多是将用户配对问题和资源分配问题分开考虑，一般是先考虑用户配对问题，即进行固定数目的用户配对；再考虑资源分配问题，即以系统频谱利用率最大化为优化目标，将资源块分配给已经配好的用户对。这种方法没有将用户配对问题和资源分配问题联合起来考虑，也不能根据信道状态进行动态的用户配对，所以不能得到最大的系统频谱利用率；同时现有方法由于没有考虑系统的误码率性能，故不能保证系统的误码率在某一门限值之下，影响通信质量的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于动态用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，以动态的调整系统内的用户配对和资源分配，实现对用户的自适应调制，在保证系统误比特率的同时确保系统频谱利用率达到最大。

本发明实现上述目的的具体思路是，通过基站获得用户配对约束矩阵、资源分配约束矩阵和用户对容量向量，用这些参数构建联合用户配对和资源分配的数学模型并求解，以得到最优的用户配对结果和资源分配结果。其实现方案如下：

(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；

(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：