[发明专利]一种大规模MIMO最优用户调度数目配置方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO最优用户调度数目配置方法，在大规模MIMO系统中，基站需要配置数十甚至上百根天线。为了降低硬件成本和系统功耗，基站每根天线配置1比特量化的DAC，单天线用户采用有限比特量化的ADC。面向该系统中下行链路数据传输，采用正规化迫零预编码。给定基站天线数目，用户ADC精度，信噪比，导频长度和相干时间间隔，本发明通过最大化每根天线提供的可达速率，计算最优的用户调度数目。本发明计算简单，能够迅速确定最优用户数目，对大规模MIMO系统的多用户调度参数配置具有指导意义。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种大规模MIMO最优用户调度数目配置方法。

背景技术

近年来，由于其巨大的能效优势以及容量提升空间，大规模MIMO(多输入多输出)方案已经成为下一代移动通信解决方案(5G)的关键技术。在大规模MIMO系统中，基站需要配置数十甚至上百根天线，且同时服务于多个用户。由于每根发射天线都需要为信号的实部和虚部分别配置一个数模转换单元(DAC)，随着天线数目的增长，系统的硬件和功耗成本随之增加。针对这个问题，目前有两种解决方法。一是采用低精度的DAC(因为DAC的功耗随着精度的增加呈指数级增长)，二是采用混合预编码减少DAC的数目。本发明中基站采用1比特量化的DAC，用户端采用有限比特量化的模数转换单元(ADC)。针对低精度DAC和ADC引入的非线性，通常采用一个近似的线性模型来表示。根据比桑(Bussgang)理论，量化后的数据可以表示为两个不相关部分之和：其中一部分与量化前数据成正比，另一部分为量化噪声。

由于近年来移动用户数量的急剧增加，用户间干扰问题日益严重。因此，多用户MIMO系统的预编码方案设计得到了越来越多的关注。大规模MIMO系统中天线数目的大幅增加造成预编码矩阵维度显著提高，进而提升了算法复杂度和实现成本。目前，常用的预编码方案有迫零(ZF)预编码，正规化迫零(RZF)预编码，以及最大比合并(MRC)预编码。最大比合并预编码实现简单，但是存在用户间干扰，因此其性能在绝大部分系统配置下要逊于另外两种方案。迫零预编码能够消除用户间干扰，但是需要进行矩阵求逆运算，无法应用于非满秩的MIMO信道。此外，当信道矩阵条件数很大，即为病态矩阵时，功率损失严重。针对这个问题，正规化迫零预编码在矩阵求逆之前加上一个负载系数矩阵可以获得更好的系统性能。

在多用户MIMO通信系统中，一个基站可以同时服务于多个用户，系统整体性能则取决于系统中调度用户的数目。通常情况下，如果用户数目过少，虽然每个用户能获得较高的信道容量，但是系统整体的多用户信道容量之和并不会很高；相反如果用户数目过多，每个用户的信道容量就会很低，也会因此影响系统整体的多用户信道容量之和。因此，用户数目的选择对于系统整体性能来说至关重要。

由于大规模MIMO系统具有许多优势，例如较高的频谱效率，较高的能量效率，以及较大的信道容量等，该系统通常工作在较低信噪比环境中。因此，本发明在低信噪比条件下给出系统配置最优用户调度数目的简洁计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提出一种用户调度数目配置方法，能够在给定信噪比，天线数目，ADC量化比特，导频长度与相干时间间隔的条件下，计算得到最优的用户调度数目，能够获得最优的可达速率性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种大规模MIMO最优用户调度数目配置方法，具体包含如下步骤：

步骤1，在大规模MIMO下行链路中，基站配置N根发射天线，每根发射天线配置1比特量化的数模转换单元DAC，基站服务M个用户终端，每个用户终端配置1根接收天线并相应地配置具有b比特量化精度的模数转换单元ADC；其中，M,N为正整数；

步骤2，根据比桑理论获取大规模MIMO下行链路中每个用户终端的接收信噪比γ，具体计算如下：