天線數(shù)趨于無窮時信道協(xié)方差的特征向量近似為天線陣 列響應(yīng)失量的特性;步驟(2)利用了信道的傳播互易性，目陽DD系統(tǒng)中上、下行信道的子徑數(shù) 量和對應(yīng)的角度是一致的特性;步驟(3) W下行主特征向量間的夾角作為衡量用戶間統(tǒng)計 正交性的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)度一組統(tǒng)計信道近似正交的用戶；步驟(5) W所有相關(guān)夾角的幾何平均作 為等效相關(guān)夾角，保證了每兩個被調(diào)度用戶間的統(tǒng)計信道的正交性。
[0049] 本發(fā)明系統(tǒng)是小區(qū)內(nèi)一個配有Nt根天線的基站服務(wù)K個單天線用戶。信道采用基 于簇的平坦衰落信道，簇中有多條子徑，信道響應(yīng)記為：
[0051]其中：M為子徑數(shù);Pm、0m分別為第m條子徑的衰落系數(shù)及離開角，滿足E[|Pm|2]=P (白m)A] = 0，m辛n;信道強度歸一化條件。M條子徑均勻分布在簇中屯、離開角目C的周 圍。st(0m)為0m對應(yīng)的陣列響應(yīng)矢量，當(dāng)天線配置均勻線性陣列(ULA)時：
[0053]其中:D是天線間隔與波長的比值，對應(yīng)信道協(xié)方差矩陣形式為：
[005引 W上證明：當(dāng)天線數(shù)趨于無窮時，St(目m)，（m=l，. . .，M)近似正交，即St(目m)，（m = 1，...，M)近似等效為信道協(xié)方差矩陣R的特征向量。
[0056] 將用戶k的第i個上行特征向量Vk, i轉(zhuǎn)化為下行向量Wk, i的具體流程：
[0057] 第一步:從上行特征向量Vk, i中估計目k, i:
[0059] 其中：vk,i(n)是VM的第n個元素且L<<Nt。
[0060] 第二步:假定C是下行載波對上行載波頻率的比值，則相位補償矩陣為：
[0061] 1；. -
[0062] 第=步:計算對應(yīng)的下行特征向量WM:
[0063] WM = IViXvM
[0064] 基于估計的下行特征向量的調(diào)度的具體流程如下：
[0065] 第一步:計算每兩個用戶間的相關(guān)夾角，即主特征向量間的內(nèi)積的反余弦：
[0066] 抹9 = arccos( wfiWj'.i ) (/J 二.1
[0067] 其中，WM是用戶i的下行最主特征向量，即對應(yīng)最大特征值的特征向量。
[0068] 第二步:初始化調(diào)度集合P和剩余用戶集合R:
[0069] P=巫 r={i，2，...，K}
[0070] 第=步:隨機選取第一個用戶，記為k，加入調(diào)度集合，更新兩個集合：
[0071] ?=化} R={l，...，k-l，k+l，...，K}
[0072] 第四步:計算R中每個用戶與P中每個用戶的相關(guān)夾角的幾何平均值：
[0074] 則下一個備選用戶是：哀4 = arg A
[0075] 第五步：如果備選用戶k勺日每個被調(diào)度用戶的最小的相關(guān)夾角滿足闊值條件，即 , > r (r < % )，則將的義入調(diào)度集合中，返回第四步;否則，調(diào)度算法結(jié)束。
[0076] 如圖2所示，是本發(fā)明方法與"矩陣轉(zhuǎn)化算法'的性能對比圖。選取基站端天線數(shù)分 別為128,256時的兩種方案的性能，橫坐標(biāo)為信道的簇中屯、離開角，縱坐標(biāo)是帶權(quán)重的關(guān)系 系數(shù)，其中帶權(quán)重的關(guān)系系數(shù)為：
[0078] 其中：r是信道協(xié)方差矩陣中主要特征向量的個數(shù)，^是轉(zhuǎn)化得到的下行特征向 量，Vi是專對應(yīng)的理論值。圖2顯示本發(fā)明方法優(yōu)于"矩陣轉(zhuǎn)化算法"。
[0079] 如圖3所示，是本發(fā)明方案與隨機調(diào)度方案的性能對比圖。其中縱坐標(biāo)是系統(tǒng)遍歷 和速率，橫坐標(biāo)是所有待選的用戶數(shù)。選取基站天線數(shù)為16,如圖3所示本發(fā)明方案性能優(yōu) 于隨機調(diào)度方案。
[0080] 本發(fā)明利用了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中天線陣列響應(yīng)近似正交的特性，有效地解決了 抑D系統(tǒng)中上、下行特征向量的轉(zhuǎn)化問題;而下行調(diào)度方法W信道的統(tǒng)計正交性作為調(diào)度準(zhǔn) 貝1J，并W用戶信道協(xié)方差的主特征向量之間的夾角作為衡量用戶間統(tǒng)計正交性的標(biāo)準(zhǔn)，實 現(xiàn)復(fù)雜度低。
【主權(quán)項】
1. 一種ΜΙΜΟ中基于上行特征向量的下行調(diào)度方法，其特征在于:包括如下步驟： 1) :將信道協(xié)方差矩陣的特征向量近似為天線陣列響應(yīng)失量形式，從上行特征向量中 估計對應(yīng)的天線陣列響應(yīng)失量的角度； 2) :根據(jù)上、下行載波頻率及對應(yīng)的天線陣列響應(yīng)失量角度計算出上、下行相位差，進(jìn) 而估計對應(yīng)的下行特征向量； 3) :計算用戶間的下行主特征向量的內(nèi)積的反余弦，得到相關(guān)夾角； 4) :隨機選擇一個用戶，加入調(diào)度集合； 5) :計算每個未被調(diào)度用戶與所有已被調(diào)度用戶間的相關(guān)夾角的幾何平均值，記為等 效相關(guān)夾角，選擇最大等效相關(guān)夾角的用戶作為備選用戶； 6-1)備選用戶滿足闊值條件時，將備選用戶加入調(diào)度集合后返回步驟5; 6-2)備選用戶不滿足闊值條件時，調(diào)度結(jié)束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ΜΙΜΟ中基于上行特征向量的下行調(diào)度方法，其特征在于： 步驟2中計算下行特征向量的具體步驟如下： 步驟一：從用戶k的第i個上行特征向量Vk,i中估計對應(yīng)的天線陣列響應(yīng)矢量的角度 白 k'i:其中，vk,i(n)是vk,i的第η個元素且L<<Nt; 步驟二:假定C是下行載波對上行載波頻率的比值，則相位補償矩陣為：步驟Ξ:計算對應(yīng)的下行特征向量wk, i: wk'i = Tk'iXvk'i。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種ΜΙΜΟ中基于上行特征向量的下行調(diào)度方法，其特征在于： 步驟5中選擇備選用戶的具體步驟如下： 第一步:計算每兩個用戶間的相關(guān)夾角，即主特征向量間的內(nèi)積的反余弦：其中，WM是用戶i的下行最主特征向量，即對應(yīng)最大特征值的特征向量。 第二步:初始化調(diào)度集合P和剩余用戶集合R: P=巫 R={1，2，...，K}; 第Ξ步:隨機選取第一個用戶，記為k，加入調(diào)度集合，更新兩個集合： ?=化} R={l，...，k-l，k+l，...，K}; 第四步:計算R中每個用戶與P中每個用戶的相關(guān)夾角的幾何平均值：則下一個備選用戶是：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIMO中基于上行特征向量的下行調(diào)度方法，本發(fā)明方法分為兩部分，一是將FDD系統(tǒng)中上行特征向量轉(zhuǎn)化為下行特征向量；二是基于下行特征向量的調(diào)度算法設(shè)計。首先，利用天線數(shù)趨于無窮時信道協(xié)方差的特征向量近似為天線陣列響應(yīng)向量的特性，估計出天線陣列對應(yīng)的夾角，利用傳播互易特性得到上、下行特征向量的相位差；其次，計算用戶的下行主特征矢量間的夾角，作為衡量用戶間統(tǒng)計正交性的標(biāo)準(zhǔn)，選擇一組統(tǒng)計信道近似正交的用戶：隨機選取一個用戶加入調(diào)度集合，再依次調(diào)度與被調(diào)度用戶的等效相關(guān)夾角最大的用戶，直到用戶間的統(tǒng)計正交性不滿足閾值條件。本發(fā)明有效地解決了FDD系統(tǒng)中上、下行特征向量的轉(zhuǎn)化問題，同時實現(xiàn)復(fù)雜度低。
【IPC分類】H04B7/04, H04W72/12, H04L1/16
【公開號】CN105554899
【申請?zhí)枴緾N201510886070
【發(fā)明人】黃永明, 張靜, 張鋮, 楊綠溪
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月4日