一种应用于VMIMO系统的多用户配对算法

摘要

本发明涉及多输入输出无线移动通讯系统，尤其是涉及一种上行VMIMO系统的多用户配对算法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于贪婪准则的次优多用户配对算法的应用于虚拟MIMO系统的多用户配对算法，该算法能够根据用户的信道状况，逐个选择配对用户，在降低搜索复杂度的同时，最大限度地提升系统吞吐量；同时针对边缘用户吞吐量较低的问题，引入了比例公平因子α和β，进一步解决了复杂度计算问题。本发明是按照用户x所在信道容量值由大到小的顺序依次对每一个已调度用户x选择第n个配对用户。本发明应用于VMIMO系统上行数据传输领域。

权利要求

1.一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于包括：

步骤1：设k1(x)代表用户x本身，k2(x)代表用户x的第1个配对用户，k3(x)代表用户x的第2个配对用户，……，kn+1(x)代表用户x的第n个配对用户，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合，Λ1是VMIMO系统上行传输数据时已分配资源块的用户集合，Ω与Λ1的集合是整个用户集合；

步骤2：按照用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值由大到小的顺序依次对每一个已调度用户x选择第n个配对用户，其中x∈Λn， Λn代表已找到n-1个配对的用户集合，所述已分配资源块的用户集合指的是VMIMO系统上行传输数据时通过调度算法在可用带宽上的已调度用户，所述可用宽带指的是进行上行传输数据的频带，所述n表示的是配对用户数量，所述n大于等于2的整数；

所述步骤2具体过程是：

步骤21：根据公式(1)计算用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D1(x)其中，Mx代表用户x所占的资源块数目， 代表用户x在第m个资源块上的信道矩阵；Px代表基站接收第x个用户发射天线发射信号时的接收功率；N0代表噪声功率；

步骤22：按照步骤21中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D1(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第1个配对用户，根据公式(2)、(3)、(4)、(5)分别计算k2(x)、D2(x)，如果D2(x)>D1(x)，选择k2(x)为用户x的第1个配对用户，将k2(x)从未分配资源块集合Ω中除去，否则，用户x不进行配对，用户x通过其发射天线以SIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第1个配对用户，若用户x遍历了集合Λ1，则转至步骤23，否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤22，其中x∈Λ1，Λ1是调度后已分配资源块的用户集合；

其中参数α与参数β用来调节配对过程中系统容量与系统公平性间的比例， 代表用户x在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收第k1(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率， 代表用户i在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵，其中i∈Ω；Pi代表基站接收用户i发射天线发射信号时的接收功率，为用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量， 是根据公式(6)计算所得，所述TC为用户i进行信号滤波的时间窗参数， 代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量，ri'(t-1)代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的实际传输速率，单位为Mbps，ri'(t-1)＝VMIMO上行传输数据时的频谱效率×VMIMO系统上行传输数据时的用户i所在信道带宽， ri'(0)＝0； 代表用户x与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表用户x和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表用户x和用户k2(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

步骤23：按照步骤22中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D2(x)由大到小的顺序 依次对每一个已调度用户x选择第2个配对用户，x∈Λ2， Λ2代表已找到第1个配对的用户集合，根据公式(7)、(8)、(9)、(10)分别计算 k3(x)、D3(x)，如果D3(x)>D2(x)，选择k3(x)为用户x的第2个配对用户，将k3(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不进行配对，用户x通过2个用户配对以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第2个配对用户，若用户x遍历了集合Λ2，则转至步骤24；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤23；

其中 代表用户k2(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收用户k2(x)发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表k2(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表k2(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表k2(x)和用户k3(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

步骤24：按照步骤23中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值Dn(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第n个配对用户，x∈Λn， Λn代表已找到第n-1个配对的用户集合，根据公式(11)、(12)、(13)、(14)分别计算 kn+1(x)、Dn+1(x)，如果Dn+1(x)>Dn(x)，选择kn+1(x)为用户x的第n个配对用户，将kn+1(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过n个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第n个配对用户时，若用户x遍历了集合Λn，则结束；

否则，针对下一个已调度用户 x，继续进行步骤24；

其中 代表用户kn(x)在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵，所述m大于等于0； 代表基站接收第kn(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率，所述根据公式(6)计算所得， 代表用户kn(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵，  代表用户kn(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表用户kn(x)和用户kn+1(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

2.根据权利要求1所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述调度算法包括比例公平调度算法、最大载干比算法和轮询调度算法。

3.根据权利要求2所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α∈[0,1]，参数β∈[0,1]。

4.根据权利要求3所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α∈[0,1]，参数β＝1。

5.根据权利要求4所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α∈[0,1]，参数β＝0.8。

6.根据权利要求5所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α＝1，参数β∈[0，1]。

7.根据权利要求1至6之一所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α＝1，参数β＝1。

8.根据权利要求1至6之一所述的一种应用于VMIMO系统的多用户配对方法，其特征在于所述参数α＝1，参数β＝0.8。

说明书

一种应用于VMIMO系统的多用户配对算法

技术领域

[0001] 本发明涉及多输入输出无线移动通讯系统，尤其是涉及一种上行虚拟MIMO系统的多用户配对算法。

背景技术

[0002] 在各种应用电磁波技术的领域，尤其是在无线通信中，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put，以下简称：MIMO)技术已被广泛使用。MIMO技术是针对多径无线信道来说的，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，从而提高数据速率、减少误码率，改善无线信号传送质量。MIMO技术能够极大程度地提高系统容量和频谱效率，使得系统能够利用有限的时频资源来获得更高的传输速率和系统吞吐量。但由于未来对移动设备更小更省电的需求，很难实现在移动设备上安装多根天线，满足天线阵列间隔大于信道的相干距离这一要求。这就使得MIMO技术在蜂窝移动通信的上行链路中受到限制。

[0003] 虚拟MIMO(Virtual MIMO,以下简称：VMIMO)系统，即每个发射天线均发送一个数据流，但是两个或者更多发射天线的数据流占用相同的时频资源，这样从接收端看，这些来自不同终端的发射天线发射的数据流可以被看成来自同一终端上不同天线的数据流，从而构成一个虚拟MIMO系统。虚拟MIMO系统不要求提升终端硬件规格，却能极大提升系统上行的吞吐量，因此虚拟MIMO技术被采用为LTE(Long Term Evolution)上行多用户MIMO技术。

[0004] 具体实现方式上，每个终端只配有一根天线，由于每个用户的信道情况差别很大，所以不同天线上的大尺寸衰落差别很大，通过采用特定的调度机制，选择符合规定的用户并归为一组，从而分组成功的用户天线就构成了虚拟的多天线阵列在相同的时/频资源上发送数据，进而形成了无线信号的在空间上的服用，通过这种方式可有效的提高系统的容量。

[0005] 配对方法决定系统吞吐量情况，但是如何选择不同的用户进行配对并使用相同时/频资源发送数据以提高系统的吞吐量，在不同方面对配对算法提出不同的要求。一方面，如果信道情况好的用户和信道情况不好的用户配对成虚拟MIMO系统，在信道非正交的情况下，好的用户会对不好的用户产生很强的干扰。另一方面，用户配对算法的采用也对系统的吞吐量有十分明显的影响。

[0006] 联合发送数据的多个用户需要占用相同的时/频资源，虚拟MIMO要将配对成功的多个用户作为一个整体分配资源，要想达到最后的资源分配效率，采用何种配对算法显得尤为重要，其作用是用来实现使用统一资源的用户对的选择，其配对性能好坏直接决定了系统的好坏。

[0007] 好的配对算法可以更好的整合有效的资源，实现系统效率的最大化。

[0008] 现有虚拟MIMIO用户配对技术都是基于正交准则的正交两用户配对算法，具体过程：

[0009] 假设一个小区中存在K个用户。将用户i与用户j配对后与基站接收天线之间的空间复用矩阵记为Hij，并令：

[0010]

[0011] 正交准则的度量值由下式给出：

[0012]

[0013] 和行列式准则类似，首先轮询选择第一个用户k1，然后根据正交准则选择第二个用户k2，其中 tr()代表矩阵的迹(即对角元之和)。

[0014] 但是，一个单小区的上行虚拟MIMO系统包括一个基站和K个用户，基站有M根天线，每个用户有1根天线。配对算法从K个用户中选择N个用户进行配对传输，与基站组成一个N发M收的虚拟MIMO信道。在接收端，接收信号在频域可以表示为：

[0015]

[0016] 其中，Es表示一个符号的平均传输信号功率，P＝diag(p1,…,pn)是一个对角矩阵，表示处于不同位置的用户的路径损耗，s表示来自不同用户的传输信号，H＝[h1,…,hN]是一个M×N的信道矩阵，n表示加性高斯白噪声向量。

[0017] 由上可知，两用户配对算法只能运用于两用户计算中，不能够最大限度地提升上行吞吐量，在存在多用户时没有一个有效的配对算法对多用户进行配对用以来最大限度提高VMIMO系统的上行数据吞吐量。

发明内容

[0018] 本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种应用于虚拟MIMO系统的多用户配对算法，本算法基于贪婪准则的次优多用户配对算法，该算法能够根据用户的信道状况，逐个选择配对用户，在降低搜索复杂度的同时，最大限度地提升系统吞吐量；在计算第n层配对用户时，配对后信道容量需要计算n阶行列式，为了进一步降低计算复杂度，本算法中的每一步只需要计算2阶行列式；同时针对边缘用户吞吐量较低的问题，引入了比例公平因子α和β，进一步解决了边缘用户吞吐量过低的问题。

[0019] 本发明采用的技术方案如下：

[0020] 一种应用于VMIMO系统的多用户配对算法包括：

[0021] 步骤1：设k1(x)代表用户x本身，k2(x)代表用户x的第1个配对用户，k3(x)代表用户x的第2个配对用户，……，kn+1(x)代表用户x的第n个配对用户，i∈Ω，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合，Λ1是VMIMO系统上行传输数据时已分配资源块的用户集合，Ω与Λ1的集合是整个用户集合；

[0022] 步骤2：按照用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值由大到小的顺序依次对每一个已调度用户x选择第n个配对用户，其中x∈Λn， Λn代表已找到n-1个配对的用户集合，所述已分配资源块的用户集合指的是VMIMO系统上行传输数据时通过调度算法在可用带宽上的已调度用户，所述可用宽带指的是进行上行传输数据的频带，所述n表示的是配对用户数量，所述n大于等于2的整数。

[0023] 所述步骤2具体过程是：

[0024] 步骤21：根据公式(18)计算用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D1(x)[0025]

[0026] 其中，Mx代表用户x所占的资源块数目， 代表用户x在第m个资源块上的信道矩阵；Px代表基站接收第x个用户发射天线发射信号时的接收功率；N0代表噪声功率。

[0027] 步骤22：按照步骤21中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D1(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第1个配对用户，根据公式(19)、(20)、(21)、(22)分别计算 k2(x)、D2(x)，如果D2(x)＞D1(x)，选择k2(x)为用户x的第1个配对用户，将k2(x)从未分配资源块集合Ω中除去，否则，用户x不进行配对，用户x通过其发射天线以SIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第1个配对用户，若用户x遍历了集合Λ1，则转至步骤23，否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤22，其中x∈Λ1，Λ1是调度后已分配资源块的用户集合。

[0028]

[0029]

[0030]

[0031]

[0032] 其中参数α与参数β用来调节配对过程中系统容量与系统公平性间的比例， 代表用户x在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收第k1(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率， 代表用户i在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵，其中i∈Ω，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合；Pi代表基站接收用户i发射天线发射信号时的接收功率， 为用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量， 是根据公式(23)计算所得，

[0033]

[0034] 所述Tc为用户i进行信号滤波的时间窗参数， 代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量，ri'(t-1)代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的实际传输速率，单位为Mbps，ri'(t-1)=VMIMO上行传输数据时的频谱效率×VMIMO系统上行传输数据时的用户i所在信道带宽，ri'(0)＝0； 代表用户x与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表用户x和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值，代表用户x和用户k2(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

[0035] 步骤23：按照步骤22中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D2(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户x选择第2个配对用户，x∈Λ2， Λ2代表已找到第1个配对的用户集合，根据公式(24)、(25)、(26)、(27)分别计算 k3(x)、D3(x)，如果D3(x)＞D2(x)，选择k3(x)为用户x的第2个配对用户，将k3(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不进行配对，用户x通过2个用户配对以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第2个配对用户，若用户x遍历了集合Λ2，则转至步骤24；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤23；

[0036]

[0037]

[0038]

[0039]

[0040] 其中 代表用户k2(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收用户k2(x)发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表k2(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表k2(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表k2(x)和用户k3(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

[0041] 步骤24：按照步骤23中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值Dn(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第n个配对用户，x∈Λn， Λn代表已找到第n-1个配对的用户集合，根据公式(28)、(29)、(30)、(31)分别计算kn+1(x)、Dn+1(x)，如果Dn+1(x)＞Dn(x)，选择kn+1(x)为用户x的第n个配对用户，将kn+1(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过n个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第n个配对用户时，若用户x遍历了集合Λn，则结束；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤24；

[0042]

[0043]

[0044]

[0045]

[0046] 其中 代表用户kn(x)在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵，所述m大于等于0； 代表基站接收第kn(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表用户kn(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表用户kn(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表用户kn(x)和用户kn+1(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

[0047] 所述调度算法包括比例公平调度算法、最大载干比算法和轮询调度算法。

[0048] 所述参数α∈[0,1]，参数β∈[0,1]。

[0049] 所述参数α∈[0,1]，参数β=1。

[0050] 所述参数α∈[0,1]，参数β=0.8。

[0051] 所述参数α=1，参数β∈[0,1]。

[0052] 所述参数α=1，参数β=1。

[0053] 所述参数α=1，参数β=0.8。

[0054] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0055] 1、通过设定参数α与参数β，调节配对准则中的信道容量和用户公平性间的比例关系，使得容量与公平性折衷，α的值越大，多用户配对时越考虑系统容量的提升，即更倾向于选择使得系统容量最大的用户进行配对；β的值越大，多用户配对时越考虑公平性因素，即更倾向于选择平均吞吐量低的用户进行配对。

[0056] 2、此算法逐个选择配对用户，在降低搜索复杂度的同时，最大限度地提升系统吞吐量。假定第一层比例公平调度用户数目为5，待选择的活跃用户数目为K，配对深度n＝4，则最多需要遍历的组合数目为K+(K-1)+(K-2)+(K-3)种；以K＝20为例，相对于最大容量配对算法需比较的 种用户组合，次优多用户配对算法需比较的组合数目减少至74种。

[0057] 3、本发明中的每一步只需要计算2阶行列式，有效地降低了算法复杂度。在计算第n层配对用户时，配对后信道容量需要计算n阶行列式，而n(n大于等于2)阶行列式的计算复杂度较高，增加了系统复杂度。所以本发明对其做了简化，本发明中的每一步只需要计算2阶行列式，有效地降低了算法复杂度。

附图说明

[0058] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0059] 图1是本设计流程图；

[0060] 图2是本发明的多用户配对算法的5%边缘用户吞吐量随不同α和β参数设置的变化曲线图；

[0061] 图3是本发明的多用户配对算法小区平均吞吐量随不同α和β参数设置的变化曲线图.。

具体实施方式

[0062] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0063] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0064] 本发明相关说明

[0065] 1、设计思路是：已调度用户针对每个已调度用户配对过程是针对每个已调度用户在未分配资源块的用户中寻找配对用户。

[0066] 2、贪婪算法是指，在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说，不从整体最优上加以考虑，他所做出的仅是某种意义上的局部最优解。贪婪算法不是对所有问题都能得到整体最优解，但对范围相当广泛的许多问题他能产生整体最优解或者整体最优解的近似解。

[0067] 3、次优理论的基本思想：在原有意义上的帕累托最优因为受到某些条件的破坏而未能实现，因为实现的某些条件被破坏后的最优结果通常冠以“次优。相应地，上述结论也被西方经济学界称为“次优定理”或“次优理论”。

[0068] 4、在贪婪算法中采用逐步构造最优解的方法。在每个阶段，都作出一个看上去最优的决策(在一定的标准下)。决策一旦作出，就不可在更改。作出贪婪决策的依据成为贪婪准则。

[0069] 5、用户x所在信道容量值是一个与信道容量成正相关的关系，原因是信道容量计算公式是：log2det(HHH+σ2I)，我们只计算了det(HHH+σ2I)，由于求对数运算(底数为2的对数运算)是单调递增的，用户x所在信道容量值是一个与信道容量成正相关的关系。

[0070] 6、用户x的每个用户不在同一个信道。

[0071] 7、 代表用户kn(x)(即用户x的第n-1个配对用户)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵，是一个NR行2列的矩阵，其中NR代表基站接收天线数目， 代表用户kn(x)(即用户x的第n-1个配对用户)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表用户kn(x)(即用户x的第n-1个配对用户)和用户kn+1(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

[0072] 8、所述RB代表3GPP LTE协议中规定的名称，一个资源块(RB)占12个子载波。一个资源块(RB)在时域对应一个时隙。

[0073] 9、i∈Ω在每一次配对过程中不一样，Ω代表所有未被分配资源块(RB)的用户集合，每次配对成功后，将从Ω中找到的配对用户kn(x)从Ω集合中去除。

[0074] 10、N0代表高斯白噪声功率，指的是基站接收端的噪声功率。

[0075] 11、SIMO方式指的是单输入多输出方式发送数据，VMIMO指的是虚拟的多输入多输出方式发送数据。

[0076] 12、VMIMO上行传输数据时用户的频谱效率由用户的信道质量信息(Channel Quality Information,CQI)确定。

[0077] 13、所述步骤23中2个用户配对指的是用户x与其配对的第一个配对用户组成的2个用户配对。所述步骤24中n个用户配对指的是用户x与其配对的第一个配对用户、第二个配对用户、……、第n-1个配对用户组成的n个配对用户。

[0078] 14、Tc为用户i进行信号滤波的时间窗参数，用来调节过去时刻吞吐量与当前时刻吞吐量在计算用户平均吞吐量过程中所占的比例。

[0079] 15、计算第n个配对用户时，依据公式(12)计算2阶行列式 公式(13)中需要的分别由在第1个配对用户、第2个配对用户、……、第n-1个配对用户的计算过程中已经得到。

[0080] 现以LTE上行链路为例，具体阐述本发明多用户配对算法具体实施方式。仿真条件如表1所示。

[0081] 基站在接受天线信号时，不同α和β参数设置下的本发明的多用户配对算法性能如表2所示(简化的次优-比例公平多用户配对算法在不同α和β值的5%边缘用户吞吐量和小区平均吞吐量)。

[0082] 经过仿真，LTE上行链路，基站接收天线数目Nr＝8，配对深度n＝4时，本发明的多用户配对算法以及最大容量配对算法的VMIMO与比例公平调度的SIMO的用户吞吐量对比如表2所示。假设比例公平调度第一层用户数目为5，α＝β＝1。α的值较大时，配对算法主要考虑系统容量，倾向于选择使得系统容量更大的用户进行配对。β的值较大时，配对算法主要考虑用户公平性，倾向于选择平均吞吐量低的用户进行配对。为寻找最优的α和β值，本算法用于LTE上行链路，基站接收天线数目时，5%边缘用户吞吐量随不同α和β参数设置的变化曲线如图2所示。小区平均吞吐量随不同α和β参数设置的变化曲线如图3所示。从不同α和β值的设置得到的仿真结果中可以看到，曲线基本上满足α和β值的设置初衷，即α的值越大，配对算法越倾向于选择使得系统容量更大的用户进行配对；β的值越大，配对算法越倾向于选择平均吞吐量低的用户进行配对。从仿真结果中可以看出，α＝0.8β＝1或者α＝1β＝1时，配对算法可以在系统吞吐量和用户公平性之间取得较好的折衷，这两组参数可以作为α和β的最优值。

[0083] 表1仿真参数列表

[0084]小区数目 19
每个小区的扇区数目 3
基站间距离(ISD) 500m
每个扇区中用户数目 20
基站天线配置 8

[0085]最大HARQ重传次数 3
中心频率 2GHz
带宽 10M
传输功率 250mW(24dBm)
阴影衰落 8dB
噪声系数 5dB
发射天线增益 0dBi
接收天线增益 14dBi
路径损耗 128.1+37.6log10(R),R in km
信道模型 SCM-E
信道估计 理想信道估计
上行探测 Sounding+DMRS
调度方式 比例公平调度
用户业务类型 Full Buffer
用户移动速度 3km/h
接收机均衡方案 MMSE
场景 城市微小区
基站接收天线配置 4对±45交叉极化天线
基站每对交叉极化天线间距离 10个波长
用户发射天线 1对±45°交叉极化天线
仿真时间 100TTI

[0086] 表2

[0087]

[0088] 表3

[0089]

[0090] 从表3可以看出，相对于SIMO，本文提出的多用户配对算法的5%边缘用户吞吐量和小区平均吞吐量都有明显的提升。相对于SIMO系统，本发明的多用户配对算法的5%边缘用户吞吐量提升了14.7051%，小区平均吞吐量提升了83.5660%。小区平均吞吐量的提升是因为建议算法选择多用户配对传输，带来了更多的小区吞吐量。5%边缘用户吞吐量的提升是因为在SIMO系统中，边缘用户仅能够通过比例公平调度获得传输机会；而建议算法中引入了比例公平因子，平均吞吐量低的边缘用户，不仅可以通过比例公平调度获得传输机会，还可以通过与其它用户配对获得传输机会。

[0091] 具体实施例一：

[0092] 配对用户数量n=3时配对过程是如下：

[0093] 步骤0：设k1(x)代表用户x本身，k2(x)代表用户x的第1个配对用户，k3(x)代表用户x的第2个配对用户，……，kn+1(x)代表用户x的第n个配对用户，i∈Ω，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合，Λ1是VMIMO系统上行传输数据时已分配资源块的用户集合，Ω与Λ1的集合是整个用户集合。

[0094] 步骤1：根据公式(32)计算用户x所在信道容量值D1(x)

[0095]

[0096] 其中，Mx代表用户x所占的资源块数目， 代表用户x在第m个资源块上的信道矩阵；Px代表基站接收第x个用户发射天线发射信号时的接收功率；N0代表噪声功率。

[0097] 步骤:2：按照步骤1中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D1(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第1个配对用户，根据公式(33)、(34)、(35)、(36)分别计算 k2(x)、D2(x)，如果D2(x)＞D1(x)，选择k2(x)为用户x的第1个配对用户，将k2(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不进行配对，用户x通过其发射天线以SIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第1个配对用户，若用户遍历了集合Λ1，则转至步骤3，否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤2，其中x∈Λ1，Λ1是调度后已分配资源块的用户集合；

[0098]

[0099]

[0100]

[0101]

[0102] 其中参数α与参数β用来调节配对过程中系统容量与系统公平性间的比例， 代表用户x在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收第k1(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率， 代表用户i在VMIMO系统上行传输数据时第m个资源块上的信道矩阵，其中i∈Ω，Ω代表VMIMO系统上行传输数据时未分配资源块的用户集合；Pi代表基站接收用户i发射天线发射信号时的接收功率， 为用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量， 是根据公式(37)计算所得，

[0103]

[0104] 所述Tc为用户i进行信号滤波的时间窗参数， 代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的平均吞吐量，ri'(t-1)代表上一个传输时间间隔(TTI)用户i在VMIMO系统上行传输数据时的实际传输速率，单位为Mbps，ri'(t-1)=VMIMO上行传输数据时的频谱效率×VMIMO系统上行传输数据时的用户i所在信道带宽，ri'(0)＝0； 代表用户x与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表用户x和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值，代表用户x和用户k2(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

[0105] 步骤3：按照步骤2中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D2(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第2个配对用户，x∈Λ2，Λ2代表Λ1已找到第1个配对的用户集合，根据公式(38)、(39)、(40)、(41)分别计算 k3(x)、D3(x)，如果D3(x)＞D2(x)，选择k3(x)为用户x的第2个配对用户，将k3(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不进行配对，用户x通过2个用户配对以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第2个配对用户，若用户x遍历了集合Λ2，则转至步骤4；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤3；

[0106]

[0107]

[0108]

[0109]

[0110] 其中 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k2(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收用户k2(x)发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k2(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k2(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k2(x)和用户配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值；

[0111] 步骤4：按照步骤3中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D3(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第3个配对用户，x∈Λ3， Λ3代表已找到第3个配对的用户集合，根据公式(42)、(43)、(44)、(45)分别计算 k4(x)、D4(x)，如果D4(x)＞D3(x)，选择k4(x)为用户x的第3个配对用户，将k4(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过3个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第3个配对用户时，若用户x遍历了集合Λ3，则结束；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤4；

[0112]

[0113]

[0114]

[0115]

[0116] 其中 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k3(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表基站接收用户k3(x)发射天线发射信号时的接收功率所述 根据公式(37)计算所得， 代表用户k3(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表用户k3(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值，代表用户k3(x)和用户k4(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

[0117] 具体实施例二：

[0118] 配对用户数量n=4时配对过程是如下：

[0119] 在实施例一基础上，所述步骤4变为：按照步骤3中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D3(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第3个配对用户，x∈Λ3， Λ3代表已找到第3个配对的用户集合，根据公式(42)、(43)、(44)、(45)分别计算 k4(x)、D4(x)，如果D4(x)＞D3(x)，选择k4(x)为用户x的第3个配对用户，将k4(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过3个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第3个配对用户时，若用户x遍历了集合Λ3，则转至步骤5；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行步骤4；

[0120] 步骤5：按照步骤4中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D4(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第4个配对用户，x∈Λ4， Λ4代表已找到第4个配对的用户集合，根据公式(46)、(47)、(48)、(49)分别计算 k5(x)、D5(x)，如果D5(x)＞D4(x)，选择k5(x)为用户x的第4个配对用户，将k5(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过4个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为用户x选择第4个配对用户时，若用户x遍历了集合Λ4，则结束；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行该步骤5；

[0121]

[0122]

[0123]

[0124]

[0125] 其中 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k4(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表在VMIMO上行传输数据时基站接收第k4(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k4(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k4(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值，代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k4(x)和用户k5(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

[0126] 具体实施例三：

[0127] 配对用户数n=5时配对过程是如下：

[0128] 在实施例二基础上，步骤5修改为：按照步骤4中用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D4(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第4个配对用户，x∈Λ4，Λ4代表已找到第4个配对的用户集合，根据公式(46)、(47)、(48)、(49)分别计算k5(x)、D5(x)，如果D5(x)＞D4(x)，选择k5(x)为用户x的第4个配对用户，将k5(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过4个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为用户x选择第4个配对用户时，若用户x遍历了集合Λ4，则执行步骤6；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行该步骤5；

[0129] 步骤6：按照步骤5用户x在VMIMO系统上行传输数据时信道容量值D5(x)由大到小的顺序依次对每一个已调度用户选择第5个配对用户，x∈Λ5， Λ5代表已找到第5个配对的用户集合，根据公式(50)、(51)、(52)、(53)分别计算 k6(x)、D6(x)，如果D6(x)＞D5(x)，选择k6(x)为用户x的第5个配对用户，将k6(x)从未分配资源块集合Ω中除去；否则，用户x不再进行配对，用户x通过5个配对用户以VMIMO的方式发送数据给基站；依次为每个用户x选择第5个配对用户时，若用户遍历了集合Λ5，则执行步骤6；否则，针对下一个已调度用户x，继续进行该步骤5；

[0130]

[0131]

[0132]

[0133]

[0134] 其中 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k5(x)在第m个资源块上的信道矩阵； 代表在VMIMO系统上行传输数据时基站接收第k5(x)个用户发射天线发射信号时的接收功率，所述 根据公式(6)计算所得， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k5(x)与用户i配对后在第m个资源块上与基站接收天线所组成的信道矩阵， 代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k5(x)和用户i配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值，代表在VMIMO系统上行传输数据时用户k5(x)和用户k6(x)配对后在第m个资源块上的频谱效率的相对值。

[0135] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。