本申请公开了一种MU-MIMO用户配对方法，包括：根据码字间的相关性划分码组；对选定的码组，找到所反馈的预编码矩阵指示（PMI）位于该码组内的所有用户，并根据用户反馈的PMI和信道质量信息（CQI），计算该码组的用户组合所支持的最大CQI值，以及对应的用户组合；根据计算得到的各个码组的最大CQI值，确定最大CQI值最大的码组，以及对应的用户组合，将所述用户组合作为最优配对用户。应用本申请，能够提高下行MU-MIMO用户配对的系统性能。
一种下行MU-MIMO用户配对方法
技术领域
[0001] 本申请涉及网络通信技术领域，特别涉及一种下行MU-MIMO用户配对方法。
背景技术
[0002] 多用户-多输入多输出（MU-MIMO）技术在MIMO技术提高频谱利用率的基础上进一步挖掘多用户选择增益，有效提高了峰值速率、小区平均吞吐量、以及边缘用户吞吐量等性能。
[0003] MU-MIMO技术的实现基础是：基站获取终端的信道状态信息，再根据此信息完成用户配对。考虑到反馈数据量和吞吐量的折中，目前LTE系统中采用码本方案，即在收发端均配置相同码本，终端获取信道状态信息后，反馈包含信道状态信息的码字序号(即PMI)至基站，基站利用该码字进行多用户选择，并进行预编码，以提高系统性能。
[0004] 现有LTE系统中MU-MIMO用户配对方法主要分为以下两类：
[0005] 一类是基于不同的用户组合挑选配对用户，而实际情况中用户数目较大时，用户组合数目很多，因此遍历所有用户组合的最优配对方法复杂度非常高，而次优配对方法是基于优先选择一个用户而后寻找与该用户的最优组合，其性能下降较大。
[0006] 另外一类是基于码本特征进行的多用户配对方法，主要是每用户归一化波束成形与速率控制（PU2RC，Per-user Unitary Beamforming and Rate Control）方案。PU2RC方案将预编码码字分成互不相交的多个酉矩阵码组合，设定每个酉矩阵内的用户为备选配对用户，然后计算备选配对用户的整体性能，选择整体性能最高的一组作为配对用户。由于码组合仅限于酉矩阵内，矩阵数目较少，因此PU2RC用户配对方法的性能受到较大限制。
发明内容
[0007] 本申请提供了一种下行MU-MIMO用户配对方法，以提高下行MU-MIMO用户配对的系统性能。
[0008] 本申请提供的一种下行MU-MIMO用户配对方法，包括：
[0009] A、根据码字间的相关性划分码组；
[0010] B、对选定的码组，找到所反馈的预编码矩阵指示（PMI）位于该码组内的所有用户，并根据用户反馈的PMI和信道质量信息（CQI），计算该码组的用户组合所支持的最大CQI值，以及对应的用户组合；
[0011] C、根据计算得到的各个码组的最大CQI值，确定最大CQI值最大的码组，以及对应的用户组合，将所述用户组合作为最优配对用户。
[0012] 由上述技术方案可见，本申请提供的下行MU-MIMO用户配对方法在多用户配对时通过对码字进行预处理，首先按照码字间的相关性对码字分组形成码组，然后选定一个码组，找到所反馈的PMI位于该码组内的所有用户，根据用户反馈的PMI和CQI值计算该码组的用户组合所支持的最大CQI值及其对应的用户组合，因此可对所有用户进行最优配对，并且比现有实现中配对方法的速度更快，性能更好。
[0013] 并且，本申请还可以根据系统复杂度的需求，按照码组中各码字间最小相关系数由小到大的顺序，对所划分的码组进行优先级排序，并按照码组的优先级排序顺序灵活地选择用户配对的码组范围，提升配对性能的同时满足复杂度需求。
[0014] 此外，本申请在计算码组所支持的最大CQI值时，考虑了配对用户的码字间的相关系数，计算得到的配对后用户CQI值与配对用户所选择的预编码码字间的相关系数有关，其预编码码字间的相关系数越大，则配对后的CQI降低越多，因此，将最大CQI值最大的码组所对应的用户组合作为最优配对用户，能够保证配对之后得到最大的CQI。
附图说明
[0015] 图1为本申请下行MU-MIMO用户配对方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016] 为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
[0017] 图1为本申请下行MU-MIMO用户配对方法的流程示意图，包括以下步骤：
[0018] 步骤101：根据码字间的相关性划分码组。
[0019] 根据现有技术，当仅支持每个用户同时传输一个流时，该用户所反馈的预编码矩阵指示（PMI）就是传输该流所使用的预编码码字的序号；而当支持每个用户同时传输两个流时，该用户所反馈的PMI是根据这两个流的预编码向量，唯一确定的一个值。PMI的取值范围均为0~15，PMI、用户同时传输的流数以及预编码矩阵之间的关系如表1所示。
[0020]
[0021] 表1
[0022] 预编码矩阵W从表1中右侧两列选择，其中 代表从 中选择第{s}列组成的矩阵，I为4×4的单位矩阵。
[0023] 需要指出的是：对于每个用户同时传输两个流的情况，由于这两个流所使用的仅仅是预编码码字的一部分，因此，称为预编码向量。
[0024] 鉴于上述情况，本申请提供了两种划分码组的方式。
[0025] 第一种方式：适用于每个用户同时只传输一个流的情况，按照表1中流数为1所对应的预编码矩阵，计算各码字间的相关性，并根据计算结果将码字划分为码组。
[0026] 表2列出了各个码字间的相关系数，其中：第1行和第1列中的数字0~15为码字序号，码字(ci)和码字(cj)的相关系数 为简化描述，后文中以码字序号代表相应的码字，例如：i代表码字ci，j代表码字cj。
[0027]
[0028] 表2
[0029] 该方式下，划分码组的原则是：首先将可组成酉正交矩阵的码字（即码字间相关系数为0)划分为一组，然后将存在相关性的码字按照方阵进行码组划分。本申请所划分的码组可无缝无重叠地覆盖所有码字组合。
[0030] 按照上述原则，表2共划分了10个码组，具体包括：
[0031] 主对角线上的四个码组[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2，3’
[0032] 以及由码字[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2,3和[4n,4n+1,4n+2,4n+3]n≠m，n∈0，1，2,3构成的六个码组。
[0033] 由于码表对称性，表2中主对角线两侧的码组划分及各码组内码字之间的相关系数对应相同，应用时只需考虑主对角线上的码组和主对角线任意一侧的码组即可，因此，表2虽然有16个方块，但实际的码组数量是10个，也可将表2简化为如表3所示。
[0034]
[0035] 表3
[0036] 第二种方式：适用于每个用户同时传输两个流的情况，按照表1中流数为2所对应的预编码矩阵，计算任意两个PMI所对应的预编码码字间的相关性，得到各码字之间的相关性，并根据计算结果将码字划分为码组。
[0037] 表4列出了各码字之间的相关系数，其中：第1行和第1列中的数字0~15为码组 序号，码字ci([ci1ci2])和码字cj([cj1cj2])的相关 系数表示 为其中，ci([ci1ci2])表示PMI值i所对应的码字，所表
示的两个流的预编码向量分别为i1和i2，cj([cj1cj2])表示PMI值j所对应的码字，所表示的两个流的预编码向量分别为j1和j2。
[0038]
[0039]
[0040] 表4
[0041] 该方式下，划分码组的原则是：首先将相邻码字间相关系数存在零项的码字划分成大小为4*4的一组，然后将存在相关性的码字按照方阵进行码组划分。本申请所划分的码组可无缝无重叠地覆盖所有码字组合。
[0042] 按照上述原则，表4共划分了10个码组，具体包括：
[0043] 主对角线上的四个码组[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2，3’
[0044] 以及由码字[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2,3和[4n,4n+1,4n+2,4n+3]n≠m，n∈0，1，2,3构成的6个码组。
[0045] 步骤102：按照码组中各码字间最小相关系数由小到大的顺序，对步骤101所划分的码组进行优先级排序。
[0046] 对于按照第一种方式划分的码组，按照如下方式进行优先级排序：
[0047] 根据表2或表3，主对角线上的码组[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2,3中，各码字间的相关系数均为0，即各码字间正交，在多用户配对中优先考虑选择这些码组内的用户进行配对，即：码组[4m,4m+1,4m+2,4m+3]m＝0，1，2,3在优先级排序中处于优先级最高的位置。表2和表3中用下斜线示出，这四个码组分别为：[0,1,2,3]、[4,5,6,7]、[8,9,10,11]、[12,13,14,15]。
[0048] 将存在相关性为零的码字组合的码组（表2和表3中用网格线示出）在优先级排序中排在次优优先级的位置，也就是说，该码组中各码字间的最小相关系数为0，因此相对优先考虑选择该码组内的用户进行配对。即：由码字[0,1,2,3]和[8,9,10,11]构成的码组在优先级排序中处于次优优先级的位置。
[0049] 由码字[0,1,2,3]和[4,5,6,7]构成的码组、由码字[4,5,6,7]和[8,9,10,11]构成的码组、以及由码字[4,5,6,7]和[12,13,14,15]构成的码组这三个码组中，各码字间的最小相关系数为0.0732，这三个码组在优先级排序中处于第三位的位置。这三个码组在表2中无图案。
[0050] 由码字[0,1,2,3]和[12,13,14,15]构成的码组中，以及由码字[8,9,10,11]和[12,13,14,15]构成的码组中，码字间的最小相关性最大，其最小相关系数为0.25，由于码字间相互干扰严重，在多用户配对中最后考虑选择该码组内的用户进行配对，因此，在优先级排序中，该码组处于优先级最低的位置。表2和表3中以上斜线示出。
[0051] 对于按照第二种方式划分的码组，按照如下方式进行优先级排序：
[0052] 将存在相关性为零的码字的码组（表4中用下斜线示出）在优先级排序中排在最优优先级的位置，也就是说，该码组中各码字间的最小相关系数为0，因此优先考虑选择该码组内的用户进行配对。即：主对角线上的码组[0,1,2,3]、[4,5,6,7]、[8,9,10,11]、[12,13,14,15]，以及由码字[0,1,2,3]和[8,9,10,11]构成的码组在优先级排序中处于最优优先级的位置。
[0053] 由码字[0,1,2,3]和[4,5,6,7]构成的码组、由码字[4,5,6,7]和[8,9,10,11]构成的码组、以及由码字[4,5,6,7]和[12,13,14,15]构成的码组这三个码组中，各码字间的最小相关系数为0.0732，这三个码组在优先级排序中处于次优的位置。这三个码组在表4中无图案。
[0054] 由码字[0,1,2,3]和[12,13,14,15]构成的码组，以及由码字[8,9,10,11]和[12,13,14,15]构成的码组中，码字间的最小相关性最大，其最小相关系数为0.25，由于码字间相互干扰严重，在多用户配对中最后考虑选择该码组内的用户进行配对，因此，在优先级排序中，该码组处于优先级最低的位置。表4中以上斜线示出。
[0055] 在具体实施时，根据系统复杂度的需求，可以按照优先级顺序灵活地选择用户配对的码组范围。例如：可以仅选择优先级顺序靠前的若干个码组进行用户配对，从而降低系统复杂度；也可以不对码组进行优先级排序，直接基于步骤101所划分的码组，选择所有的码组进行用户配对，这样能确保找到最优的用户配对。
[0056] 对于不对码组进行优先级排序，而是直接选择所有码组进行用户配对的方案，由于划分了码组，可以对多个码组并行进行用户配对，而背景技术所述遍历所有用户组合的现有最优配对方法只能串行进行，因此，较之现有最优配对方法，本申请上述方案在找到最优的用户配对的同时，速度更快。
[0057] 步骤103：对选定的码组，找到所反馈的PMI位于该码组内的所有用户，并根据用户反馈的PMI和CQI，计算该码组的用户组合所支持的最大CQI值，以及对应的用户组合。
[0058] 根据用户同时传输的流的数量以及步骤101中划分码组的方式，本步骤中的处理方式也相应的不同。
[0059] 第一种情况：如果仅支持每个用户同时传输一个流，按照第一种方式划分码组，并基于所划分的码组，按照如下方式计算选定码组的用户组合所支持的最大CQI值，以及对应的用户组合：
[0060] 将选定的码组记为C1，码组C1的用户组合所支持的最大CQI值记为CQImax，C1，对应的用户组合记为(mC1,nC1)。
[0061] CQImax，C1和(mC1,nC1)的计算公式如式(1)所示：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中，i(m)表示用户m反馈的PMI为i，且i表示的预编码码字处于码组C1内，j(n)表示用户n反馈的PMI为j，且j表示的预编码码字处于码组C1内；
[0066] CQIi(m)为用户m反馈的CQI信息，CQIj(n)为用户n反馈的CQI信息；
[0067] 表示i对应的预编码码字和j对应的预编码码字之间的相关性对CQIi(m)造成的信噪比下降；
[0068] 表示i对应的预编码码字和j对应的预编码码字之间的相关性对CQIj(n)造成的信噪比下降；
[0069] 由于相邻CQI等级的解调信噪比相差2dB，因此， 造成CQIi(m)的信噪比下降为 因此， 的意义为：用户m在两个用户配对时，由于其自身所选的i(m)对应的预编码码字与配对用户n的j(n)对应的预编码码字之间的相关性，所造成的CQIi(m)下降后的CQI值，类似的， 表示用户n配对后CQI值。
[0070] 按照式(2)进行计算：
[0071]
[0072] 式(2)中， 表示用户m上报的CQI值所对应的信号与干扰加噪声比（SINR）解调门限。
[0073] fij为i对应的预编码码字和j对应的预编码码字的相关系数，如表2所示。类似地，可以按照式（2）计算 不再赘述。
[0074] 第二种情况：如果支持每个用户同时传输两个流，按照第二种方式划分码组的，那么，基于所划分的码组，按照如下方式计算选定码组的用户组合所支持的最大CQI值，以及对应的用户组合：
[0075] 将选定的码组记为C1，码组C1中的用户组合所支持的最大CQI值记为CQImax，C1，对应的用户组合记为(mC1,nC1)。
[0076] 首先，根据用户反馈的PMI得到对应的两个流的预编码向量；以下将用户m的两个流的预编码向量记为i1和i2，将用户n的两个流的预编码向量记为j1和j2；
[0077] 然后按照公式（3）计算CQImax，C1和(mC1,nC1)：
[0078]
[0079]
[0080] 式（3）中，标注有i1的参数表示用户m的预编码向量为i1的流的相关参数；
[0081] 标注有i2的参数表示用户m的预编码向量为i2的流的相关参数；
[0082] 标注有j1的参数表示用户n的预编码向量为j1的流的相关参数；
[0083] 标注有j2的参数表示用户n的预编码向量为j2的流的相关参数；
[0084] 各参数的具体意义与上述仅支持每个用户只传输一个流的情况相同。
[0085] 具体而言：
[0086] CQIi1(m)为用户m反馈的预编码向量为i1的流对应的CQI信息，CQIi2(m)为用户m反馈的预编码向量为i2的流对应的CQI信息，如果用户m仅反馈一个CQI值则CQIi2(m)=CQIi1(m)，CQIj1(n)为用户n反馈的预编码向量为j1的流对应的CQI信息，CQIj2(n)为用户n反馈的预编码向量为j2的流对应的CQI信息，如果用户n仅反馈一个CQI值则CQIj2(n)=CQIj1(n))；
[0087] 表示预编码向量i1和预编码向量j1之间的相关性对CQIi1(m)造成的信噪比下降；
[0088] 表示预编码向量i1和预编码向量j2之间的相关性对CQIi1(m)造成的信噪比下降；
[0089] 表示预编码向量i2和预编码向量j1之间的相关性对CQIi2(m)造成的信噪比下降；
[0090] 表示预编码向量i2和预编码向量j2之间的相关性对CQIi2(m)造成的信噪比下降；
[0091] 表示预编码向量i1和预编码向量j1之间的相关性对CQIj1(n)造成的信噪比下降；
[0092] 表示预编码向量i2和预编码向量j1之间的相关性对CQIj1(n)造成的信噪比下降；
[0093] 表示预编码向量i1和预编码向量j2之间的相关性对CQIj2(n)造成的信噪比下降；
[0094] 表示预编码向量i2和预编码向量j2之间的相关性对CQIj2(n)造成的信噪比下降；
[0095] 表示用户m的预编码向量为i1的流配对后的CQI值；
[0096] 表示用户m的预编码向量为i2的流配对后的CQI值；
[0097] 表示用户n的预编码向量为j1的流配对后的CQI值；
[0098] 表示用户n的预编码向量为j2的流配对后的CQI值；
[0099] 按照式(4)进行计算：
[0100]
[0101] 式(4)中， 表示用户m上报的预编码向量为i1的流的CQI值所对应的SINR解调门限；
[0102] fi1j1为i对应的预编码码字和j对应的预编码码字的相关系数矩阵中，对应于i1和j1的值；
[0103] 对 于和 用对应的参数替换式（4）中的参数进行计算，不再赘述。
[0104] 步骤104：根据计算得到的各个码组的最大CQI值，确定最大CQI值最大的码组cq，以及该码组cq对应的用户组合(mcq，ncq)，将用户组合(mcq,ncq)作为最优配对用户，如式（5）所示。
[0105] (mcq,ncq)=argmax(CQImax，c1…CQImax,cp)（5）
[0106] 根据本申请所提供的公式(1)和(3)计算用户配对后的CQI值，其特点在于配对后的用户CQI值与配对用户的码字间的相关系数有关，其码字间的相关系数越大，则配对后的CQI降低越多，因此，将最大CQI值最大的码组所对应的用户组合作为最优配对用户，能够保证配对之后得到最大的CQI。
[0107] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
