[发明专利]基于MSE的虚拟MIMO用户配对和资源分配方法

摘要

本发明公开了一种无线通信领域中基于MSE的虚拟MIMO用户配对和资源分配方法。本发明针对现有技术中无法动态调整系统的用户配对和资源分配情况、无法同时满足吞吐量和均方误差MSE性能要求的问题，提出一种用户配对和资源分配方法。采用本发明中提及的通过构建用户配对和资源分配模型并求解，得到最优用户配对和资源分配结果的方法，克服了现有技术中无法保证系统均方误差性能的问题，使得本发明具有实现动态用户配对和资源分配，同时保证系统均方误差性能和吞吐量的优点。

主权项

一种基于MSE的虚拟MIMO用户配对和资源分配方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)基站获得当前时隙待配对用户：基站开机后，根据到达用户流，获取当前时隙的待配对用户和可配对用户数；可配对用户数在[1,Nr]内选择，其中，Nr表示接收天线的总数；(2)基站确定可选用户对集合和可选资源块分配集合：基站根据待配对用户和可配对用户数进行排列组合，形成可选用户对集合；基站由虚拟多输入多输出系统中内置的资源块个数，对资源块进行排列组合，形成可选资源块分配集合；(3)基站获得用户配对约束矩阵：(3a)由可选用户对集合，生成用户配对矩阵；所述的生成用户配对矩阵的具体方法如下：根据可选用户对集合中每一个可选用户对包含的用户情况，给矩阵中的每一个元素赋值，若第j个可选用户对中包含第i个用户，则令矩阵的第i行、第j列的元素值等于1，否则等于0；i在[1,U]中取值，j在[1,G]中取值，U表示待配对用户总数，G表示可选用户对集合中元素的个数；(3b)将用户配对矩阵纵向复制A次，生成用户配对约束矩阵，其中A表示可选资源块分配集合中的元素个数；(4)基站获得资源分配约束矩阵：(4a)由可选资源块分配集合，生成资源分配矩阵；所述的生成资源分配矩阵的方法如下：根据可选资源分配集合中每一个可选资源分配元素中包含的资源块情况，给矩阵中的每一个元素赋值，若第q个资源分配元素中包括第p个资源块，则将矩阵的第p行、第q列的元素置为1，否则置为0，其中，p在[1,N]中取值，q在[1,A]中取值，N表示虚拟多输入多输出系统中内置的资源块个数，A表示可选资源块分配集合中的元素个数；(4b)将资源分配矩阵横向复制G次，生成资源分配约束矩阵，其中G表示可选的用户对集合中元素的个数；(5)按照下式，计算每个用户对在每个资源块上的均方误差MSE值：Mh,k=1(Qh-1||Hh,kHHh,k||F2)Qh-12·|det(Hh,kHHh,k)|+σ2E]]>其中，Mh,k表示用户对Uh在第k个资源块上的均方误差MSE值，Uh表示可选用户对集合中的第h个用户对，h在[1,G]内取值，k在[1,N]内取值，G表示可选用户对集合中元素的个数，N表示系统内置的资源块个数，Qh表示用户对Uh中的用户总数，Hh,k表示用户对Uh在第k个资源块上的信道矩阵，(·)H表示厄米转置操作，表示求F范数后取2次方操作，表示求次方操作，|·|表示取绝对值操作，det(·)表示求行列式值操作，σ2表示当前时隙的信道噪声功率，E表示用户对的发射信号功率；(6)获得均方误差MSE约束矩阵：(6a)由每个用户对在每个资源块上的均方误差MSE值，生成均方误差MSE配对因子矩阵；所述的生成均方误差MSE配对因子矩阵的方法如下：将第w个可选用户对在第z个资源块上的均方误差MSE值，按照z、w依次增大的顺序，存入待生成矩阵的第e行、第r列，直到z、w取得各自的最大值，得到均方误差MSE配对因子矩阵，其中，z表示资源块的编号，e表示待生成矩阵的行编号，且z＝e，z和e都在[1,N]中取值，w表示可选用户对的编号，r表示待生成矩阵的列编号，且w＝r，w和r都在[1,G]中取值，N表示系统内置的资源块个数，G表示可选用户对集合中元素的个数；(6b)由均方误差MSE配对因子矩阵和资源分配矩阵，生成平均均方误差MSE向量；所述的生成平均均方误差MSE向量的步骤如下：第一步，选取均方误差MSE配对因子矩阵的第1列；第二步，令l＝1，l表示资源分配矩阵的列编号，在[1,G]中取值，G表示可选的用户对集合中元素的个数；第三步，将选取的均方误差MSE配对因子矩阵的列与资源分配矩阵的第l列对应位置的元素相乘后相加，再除以当前资源分配矩阵的l列中1元素的个数，得到均方误差权值，其中，l表示资源分配矩阵的列编号，l在[1,G]中取值，G表示可选用户对集合中元素的个数；第四步，将得到的均方误差权值，按l增大的顺序，存入待生成的平均均方误差MSE向量中，其中，l表示资源分配矩阵的列编号，l在[1,G]中取值，G表示可选用户对集合中元素的个数；第五步，判断l是否等于G，如果是，执行第五步，否则，令l＝l+1，并执行第三步，其中，l表示资源分配矩阵的列编号，l在[1,G]中取值，G表示可选用户对集合中元素的个数；第六步，判断均方误差MSE配对因子矩阵的列是否被选取完，是，得到平均均方误差MSE向量；否则，执行第七步；第七步，选取均方误差MSE配对因子矩阵的下一列，执行第二步；(6c)将平均均方误差MSE向量与维度是G*A的单位矩阵相乘，得到均方误差MSE约束矩阵，其中G表示可选的用户对集合中元素的个数，A表示可选资源块分配集合中的元素个数；(7)获得系统吞吐量：(7a)生成用户配对和资源分配的指示向量；生成用户配对和资源分配指示向量的方法如下：基站判断各个用户对所处的资源分配模式，若第s个用户对处于第t种资源分配模式，则令矩阵中的第σ行、第φ列的元素等于1，否则等于0，直到达到s、t各自的最大值，得到用户配对和资源分配指示矩阵，将矩阵按行展开，得到用户配对和资源分配指示向量，其中，s表示可选用户对的编号，σ表示矩阵的行编号，s＝σ，且s和σ都在[1,G]中取值，t表示资源分配情况的编号，φ表示矩阵的列标号，t＝φ，且t和φ都在在[1,A]中取值,G表示可选用户对集合中元素的个数，A表示可选资源块分配集合中的元素个数；(7b)将平均均方误差MSE向量与用户配对和资源分配的指示向量相乘，得到系统吞吐量；(8)基站构建的用户配对和资源分配模型如下：目标函数约束条件C1x≤1NC2x≤1UC3x≤F×1G*A其中，max{·}表示求最大值操作，x表示用户配对和资源分配指示向量，ηT表示用户对在当前资源分配情况下的平均均方误差MSE向量，ηTx表示虚拟多输入多输出系统的吞吐量，(·)T表示转置操作；C1表示资源分配约束矩阵，1N表示长度是N且元素全部等于1的列向量，N表示虚拟多输入多输出系统内置的资源块个数；C2是用户配对约束矩阵，1U表示长度是U且元素全部等于1的列向量，U表示待配对用户总数；C3表示均方误差MSE约束矩阵，F表示当均方误差MSE值门限是M0时的均方误差MSE配对因子，配对因子F由均方误差MSE门限值除以信道噪声功率得到，1G*A表示长度是G*A且元素全部等于1的列向量，G表示可选的用户对集合中元素的个数，A表示可选资源块分配集合中的元素个数；(9)求解用户配对和资源分配模型：基站通过分支定界法，求解用户配对和资源分配模型，得到最优的用户配对和资源分配的指示向量；(10)基站获得最优的用户配对结果和资源分配结果：利用最优的用户配对和资源分配指示向量中大小等于1的元素的位置信息，分别对用户配对矩阵和资源分配矩阵进行索引，得到最优的用户配对结果和资源分配结果；(11)基站发送数据信号：基站将最优的配对用户对所携带的数据信号在最优的资源块中发送给信号接收器；(12)判断是否有新用户流到达，如果是，则执行步骤(13)；否则，执行步骤(14)；(13)基站从新到达的用户流中获取下一时隙的待配对用户，执行步骤(2)；(14)基站完成用户配对和资源分配。