大规模多用户MISO 系统低复杂度用户调度算法

陈 潮 1， 周国民 1， 彭 成2
摘
的低复杂度功率优化算法。首先分析用户选择与传输功率之间的相互影响， 然后通过理论推导得到维 度较低的功率表达式， 再结合块矩阵求逆和 Shur 分解进一步设计出低复杂度用户选择算法。仿真结果 表明， 所提的用户调度算法性能较优， 且复杂度较低。 关键词： 多输入单输出系统； 传输功率； 用户调度； 低复杂度 中图分类号： TN929.1 文献标识码： A 文章编号： 1001-7119 （2017） 05-0081-05
第 33 卷 第 5 期 2017 年 5 月
科 技 通 报
BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vol.33 No.5 May. 2017
大规模多用户 MISO 系统低复杂度用户调度算法
（1. 浙江警察学院 计算机与信息技术系， 杭州 310053； 2. 浙江理工大学 信息科学技术学院， 杭州 310018）
Chen Chao1 ， Zhou Guomin1 ， Peng Cheng2
（1.Department of Computer and Information Technology ， Zhejiang Police College ， Hangzhou 310053 ， China； 2. School of Information and Science Technology ， Zhejiang Sci-Tech University ， Hangzhou 310018 ， China） Abstract： In order to save the transmission power of large scale multi- user multiple input single output (MISO) downlink system, this paper proposes a low complexity power allocation algorithm based on user scale multi- user MISO model. Then we theoretically obtain simplified transmission power expression. scheduling. First we analyze the connection between user selection and transmission power for large Combining with block matrix inversion and Shur decomposition, we design a low complexity user selection algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm has better performance and lower complexity. Keywords： MISO ； transmission power ； user scheduling ； low complexity
收稿日期： 2016-04-30 基金项目： NSFC-浙江两化融合联合基金 （No. U1509219） 。 作者简介： 陈潮 （1980-） ， 男， 讲师， 硕士， 主要研究方向为无线通信系统优化设计。 E-mail:chenchaocn@。
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的天线选择技术已经成为研究大规模 MIMO 系统 的一个热点[8-11]。 文献 [12] 提出了在大规模多用户 MIMO 系统 下的天线选择算法， 即同时满足系统容量最大化 和用户速率要求下的最小化天线选择数目。文 献[13]提出了一种天线选择算法来最大化系统容 量, 但因为其采用的方法为穷举搜索， 致使该方 法复杂度大大提高。而文献[14,15]基于文献[13]， 提出了一种基于行 （或列） 范数最大的天线选择 算法， 虽然该算法复杂度降低， 但是系统性能却 较差。文献[16]利用随机矩阵理论将联合功率分 配与天线选择最大化和速率的非凸优化问题分 解为若干子问题， 提出了一种算法， 有效解决了 分布式大规模 MIMO 系统下行链路的天线选择问 题。 在大规模 MIMO 系统中， 由于天线数众多， 且部分天线之间的间距较大， 为了充分利用天 线， 以达到提高系统容量或者降低传输功率的目 的， 用户调度也是非常重要的。但是通过文献检 索发现关于用户调度的研究却少有出现， 即时有 却因为复杂度太高而使得算法不实际， 比如文献 [17,18] 针对采用迫零—矢量扰动预编码技术的 大规模天线多用户系统的用户选择问题， 提出了 一种基于降低传输功率为目的集中式贪婪用户 选择方法。该算法的复杂度却与天线数与用户 数相关， 所以当天线数和用户数都很大时， 该算 法将失去意义， 因此基于这个目的， 考虑多用户 对大规模多输入单输出 （MISO） 系统的传输功率 的影响， 在文献[17,18]的基础上， 提出了一种基于 贪婪思想的低复杂度用户调度算法以实现传输 功率的降低。首先建立了基于多用户大规模 MISO 系统传输功率优化模型， 然后基于所提系 统模型， 找到用户与传输功率之间的关系， 以最 小化传输功率为目标， 对用户进行优化选择。通 过理论推导证明了传输功率最优时用户选择方 案的存在， 同时推导出本算法的复杂度比文献 [17,18] 的低， 最后仿真结果表明本文所设计的算 法不仅复杂度能够降低而且性能还优于文献[17, 18]所设计方案。
噪声对接收机性能的影响， 特别地， 当基站天线 数趋于无穷大时， 可以忽略噪声和小区间干扰对 通信系统性能的影响， 小区间的边缘用户受到的 干扰将显著降低， 从而提高系统的性能， 这种基 站采用大规模天线阵列的 MIMO 被称为大规模天 线阵列系统 （large scale antenna system， 或称为 [3-7] Massive MIMO） 。无线通信系统中天线数量的 增加， 会导致系统变得更加复杂， 同时硬件成本 显著增加， 因此通过基站处自适应选择部分天线
在当今的无线通信领域中， 无线频谱资源日 趋紧张， 而用户对无线通信的速率提出更高的要 求， 迫使无线通信运营商进一步提高无线通信网 络的能力 [1,2]。针对这种强烈的需求， 美国、 中国 和欧盟等国家及组织已经开始研究第五代移动 通信系统的关键技术， 并在实验室中进行测试验 证。最近的研究表明， 在基站端采用超大规模天 线阵列 （天数数量在几百个以上） 可以带来很多 的性能优势， 比如： 能够有效缓解小尺度衰落和
要： 为了降低大规模多用户多输入单输出 （MISO） 下行系统的传输功率， 提出了一种基于用户调度
DOI:10.13774/ki.kjtb.2017.05.019
Low-complexity User Scheduling Algorithm for Large Scale Multi-user Miso Systems