[发明专利]基于大规模MIMO的联合用户调度方法、功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于大规模MIMO的联合用户调度方法及相应的功率分配方法。该联合用户调度方法包括以下步骤：步骤1：获得信道矩阵、功率分配向量、调度向量以及预编码矩阵；步骤2：计算宏用户、小基站和小用户处的信干噪比及平均数据速率区域；步骤3：基于在非理想信道状态信息和无线回传队列有限的条件下最大化网络效用函数，计算最优调度向量；步骤4：根据最优调度向量更新队列。本发明能够在系统动态变化时优化整个网络的性能，显著提高大规模MIMO系统的整体吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种基于大规模MIMO的联合用户调度方法，同时也涉及相应的功率分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

对于5G超密集网络的部署来说，现有基于光纤链路的有线回传方案需要将光纤连接到各个小基站，部署成本十分昂贵，显然不具备可行性。因此，低成本、便捷的无线回传是一个比较合适的解决方案。另外，目前在低于6GHz的频段中，可用于蜂窝移动网络的频谱资源特别少，甚至可能无法满足5G系统的无线接入对于频谱的要求，而且由于该频段波长较大，不适合在小基站端部署大规模天线阵列。因此，将现有蜂窝频谱资源直接用于5G系统的小基站带内无线回传是不可行的。

在Pi Z,Choi J,Jr R H发表的论文《Millimeter-wave Gbps BroadbandEvolution towards 5G:Fixed Access and Backhaul》(IEEE Communications Magazine,2015,54(4):6–11)中，提出毫米波宽带系统为当前和未来蜂窝系统中的重要回程问题提供了解决方案，其关键思想是使用毫米波段中已经可用的频谱，通过优化的动态波束形成和大规模MIMO基础架构，实现固定无线接入，从而在大范围覆盖范围内实现高容量，但其不足之处在于只有无线回传网络利用了毫米波频段，而接入网络工作在另一频段。

在Li B,Zhu D,Liang P发表的论文《Small Cell In-Band Wireless Backhaulin Massive MIMO Systems:A Cooperation of Next-Generation Techniques》(IEEETransactions on Wireless Communications,2015,14(12):1-1)中，针对基于带内回传的5G超密集异构网络的能耗最小化问题，提出三种可以提高大规模MIMO系统的系统吞吐量的带内无线回传方案。这三种方案分别考虑了基站与用户之间信道条件较差的情况、基站自干扰消除的情况以及在基站端增加干扰抑制过程的情况，但是没有说明在考虑回传动态性和调度时如何动态优化整个网络的性能，也没有考虑各小区边缘用户的平均吞吐量。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于大规模MIMO的联合用户调度方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于大规模MIMO的功率分配方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于大规模MIMO的联合用户调度方法，包括以下步骤：

步骤1：获得信道矩阵、功率分配向量、调度向量以及预编码矩阵；

步骤2：计算宏用户、小基站和小用户处的信干噪比及平均数据速率区域；

步骤3：基于在非理想信道状态信息和无线回传队列有限的条件下最大化网络效用函数，计算最优调度向量；

步骤4：根据所述最优调度向量更新队列。

其中较优地，所述最优调度向量是在每个时刻t，通过CVX凸优化工具箱中基于连续凸逼近的方法，对系统队列缓存向量，利用李雅普诺夫漂移加惩罚算法计算得到的。

其中较优地，所述最优调度向量是根据(网络队列、虚拟队列和Λ的影响)-(小基站队列和β的影响)得到的。