[发明专利]一种多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择方法。

背景技术

在多天线广播系统的关键技术研究中，如何选择最优的帧长进行数据传输是其重点之一，而最优的帧长选择能够有效地应对突发数据业务，保证各用户的时延需求，从而进一步提高系统的吞吐量。

多天线广播系统中的系统帧长对系统的有效吞吐量有着不可忽视的影响。一方面，较短的帧长使得调度器能够更好地发掘多用户分集，但短帧中相对较大的控制信息比重会消耗较多的系统资源，从而带来系统吞吐量的下降。另一方面，较长的系统帧长可以带来系统吞吐量的提升，但对于多天线广播系统中变化较快的信道，较长的系统帧长会使得调度器不能很好地跟随信道的变化，从而造成多用户分集的损失。因此，需要设计一种针对多天线广播系统的最优帧长选择方法，从而更好地提升系统资源利用率。

发明内容

本发明提供一种多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择方法。本方法可以定量地反映用户最大时延违约概率约束与系统帧长和用户平均速率之间的关系，所选出的系统最优帧长可以有效地保证各用户的最大时延违约概率约束需求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择方法，该方法包括步骤：各用户将其最大时延违约概率约束反馈给中心控制节点；中心控制节点根据各用户的统计信道状态信息，结合各用户反馈的需求信息为各用户计算所需的最优帧长；中心控制节点在前述最优帧长集合中选择最大帧长作为系统的最优帧长。

所述最优帧长选择方法利用有效带宽和有效容量等概念，将用户最大时延违约概率约束转换为包含帧长和用户平均速率的约束，并通过用户统计信道状态信息求解用户平均速率，从而获得最优帧长。

所述的系统最优帧长指满足所有用户最大时延违约概率约束的帧长，在本方法中为各用户所需最优帧长的最大值。

相对于现有技术，本发明的有益效果：

本发明综合考虑各用户的信道统计信道状态信息及各用户反馈的最大时延违约概率约束需求，定量地反映用户最大时延违约概率约束与系统帧长和用户平均速率之间的关系，通过最优帧长的选择可以保证各用户的时延需求。

附图说明

图1为多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择过程流程图。

具体实施方式

多用户MIMO系统下行通信的最优帧长选择方法，该方法包括步骤：各用户将其最大时延违约概率约束反馈给中心控制节点；中心控制节点根据各用户的统计信道状态信息，结合各用户反馈的需求信息为各用户计算所需的最优帧长；中心控制节点在前述最优帧长集合中选择最大帧长作为系统的最优帧长。

所述最优帧长选择方法利用有效带宽和有效容量等概念，将用户最大时延违约概率约束转换为包含帧长和用户平均速率的约束，并通过用户统计信道状态信息求解用户平均速率，从而获得最优帧长。

所述的系统最优帧长指满足所有用户最大时延违约概率约束的帧长，在本方法中为各用户计算所需的最优帧长的最大值。

结合公式及附图，对本发明方案设计作进一步的具体分析和描述。

考虑K用户多天线广播系统，假设中心控制节点配有M_t根发射天线，每个用户端配有N_k0天线。设H_k为用户k的信道矩阵，令为用户k的累加信道矩阵。对作QR分解得：

并令用户k等效信道矩阵的个奇异值为

假设数据源业务到达过程可以建模为转移矩阵为Q＝[q₁，1-q₁；1-q₂，q₂]的二状态ON-OFF马尔科夫过程，其中q₁和q₂分别表示从ON到OFF和从OFF到ON的转移概率。设各数据源在ON状态下按服从参数为α_k的独立泊松过程产生大小为N_b的数据包，而在OFF状态下无数据包产生。

令D_k为中心控制节点处对应于用户k的数据缓存中各数据包的平均时延，为用户k允许的最大平均时延，则用户k的最大时延违约概率约束可表示为