mu-mimo系统中一种低复杂度的用户选择算法

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1、MU-MIMO系统中一种低复杂度的用户选择算法//.paper.edu.cn-1-MU-MIMO系统中一种低复杂度的用户选择算法余安北京邮电大学信息与通信工程学院，北京（100876）摘要：在一个拥有大量用户的下行MU-MIMO系统中，为了使得系统总的吞吐量最大，基站必须从大量的用户中选出一个用户子集，同时对他们进行服务。采用穷尽搜索算法能得到最优的用户子集，但这种方法所需要的计算量太大。因此，我们提出了一种计算复杂度较低的次最优多用户选择算法。这种次优多用户选择算法基于相互正交的预编码码本。通过仿真分析，此算法的性能接近传统的穷举最优多用户选择算法性能。关键词：MU

2、-MIMO码本；用户选择算法CQI1.引言在多天线的应用中，空间无线信道的相关性对接收机的性能会产生非常大的影响[1]。在目前的研究中，如何来克服信道的相关性一直是人们关注的课题，预编码技术的提出，为人们提供了一种解决问题的思路，但是在一个拥有大量用户的下行MU-MIMO系统中，为了使得系统总的吞吐量最大，又成了一个新的问题。现有的多用户MIMO的用户选择算法[2]可以分为两大类：一类是应用于TDD系统中，基站端根据上、下行信道的互易性完全已知所有用户的信道状态信息，然后按照既定的准则完成对用户的选择，但是此算法复杂度较高。另一类是主要应用于FDD系统中结合有限反馈的

3、预编码方案提出的PU2RC（peruserunitaryandratecontrol）用户选择方案[3]。这一类方法基站端不进行信道的估计，只是通过用户端的反馈信息对用户进行选择。本文主要针对TDD系统中多用户选择算法进行研究，并提出了一种低复杂度的多用户选择的次优算法。2.系统模型考虑一个拥有K个用户的下行MU-MIMO系统，假设基站有M根天线，用户端一根天线。假设采用C为码本的集合，由L个M×M的归一化矩阵组成，M为传输天线的数目。即，{}(0)(1),...,LCCC??=，这样可以得到码本集合中向量的数目为qNLM=，通过在发送端的线性预编码后接收端得到：yH

4、Gun=+（1）其中，u为独立数据符号矢量，并通过M个发送天线并行发送出去。EHuuI????=????，()01,...,TKyyy??=为K个用户分别接收的数据矢量，n服从（0，I）复高斯正态分布。01,...,TTTKHhh??????=????包含有从M根天线到K个用户的信道系数。则系统的信干噪比SINR为：[][],,1kkkkikiikppγ≠Φ=+Φ∑（2）CQI（channelqualityindicator）的计算就是基于SINR的计算而得到的[<4][5]。下面是//.paper.edu.cn-2-CQI的计算方案。利用公式（2）通过轮询，计算出码

5、本中每个向量所带来的SINR值，其干的扰由码本矩阵中除了选定的码本向量之外的其他M-1个正交向量产生。最大的SINR值作为即为CQI。()22(),()22(),cosargmax1sinikkjikkjikkjPhMCQIcPhMθγθ==+（3）其中，()()(),cos,iHiiHHkjkjjkhcchθ==????（<4）3.算法分析现有的多用户选择多采用穷尽搜索算法也就是在用户集合中轮寻找一个用户子集合，使得系统性能最优（系统和容量最大）。但由于需要对所有用户进行轮询，在用户数目比较多的情况下，算法复杂度非常高，难以应用于实际系统中[6]。基于正交码本[7]

6、的多用户选择算法在保证性能的前提下计算复杂度有明显的改善。其具体的实施方案如下：1．首先完成对码本的分组，每组包括<4个码本向量，且一个分组中的码本向量之间正交，并在基站和用户端都对这16个码本进行存储；2．在用户端，利用信道估计获得信道向量，计算信道向量模平方的值和每个码本在此信道状态信息下所对应的SINR（CQI）值，选择最大SINR对应的码本的编号记为PVI，将PVI和信道向量模平方的量化值反馈给基站；在基站端，通过上、下行信道的互易性获得每个用户的信道向量，并根据用户反馈的PVI将用户分配到不同的正交分组中去；3．信道向量模平方值最大的用户即为所选用户1，其所

7、在的分组即为所要选择用户的分组，按照和容量最大化的准则[8]，从这一分组中轮询计算出另外的几个用户，具体的计算过程如下。a)从所选分组中用户集合Φ中找出对应的用户1k，满足1argmaxkkkh∈Φ=；b)将1k设为选定的第一个用户，并设定已选用户的集合为Ψ；c)根据1k对应的信道状态信息kh，利用household正交化找到与用户1对应的一组正交基设为W，其中1(1)/kkkWhhh==；d)按照穷举算法，对集合Φ??Ψ中的用户进行遍历计算出一组用户，使得系统性能最优（系统和容量最大）。其中M代表基站端天线数目，P代表发射的总能量数目。<4．计算出