MIMO系統中基于THP的用戶調度技術研究

王曉艷，徐高魁

（西南林業大學，云南 昆明 650024）

0 引 言

21世紀，無線通信技術成為人們日常生產和生活中必不可少的科學技術之一。伴隨全球邁入互聯網時代，越來越多的多媒體及互聯網設備接入網絡，大大增加了移動通信的利用率。為了保證用戶的通信要求及舒適感，通信系統面臨新的要求和挑戰[1]。移動通信中引入MIMO系統可以解決上述問題。與單用戶MIMO技術相比，多用戶MIMO技術為用戶提供了復用增益和多用戶增益。

隨著新型通信技術在互聯網中的應用，出現了諸多問題。其中，共道干擾和用戶過載是頻繁出現的問題。預編碼技術是解決共道干擾問題的關鍵技術，THP預編碼技術是消除干擾的核心技術[2]。此外，用戶調度技術能夠解決用戶過載的問題。因此，本文提出了基于THP預編碼技術的用戶調度技術，以解決共道干擾和用戶過載問題。

1 用戶調度技術概述

通信網絡的日常使用中，當用戶周邊的基站個數和配置天線的個數有限，且接收端用戶的數目巨大時，將導致當前基站無法滿足用戶實際需求。即當系統的基站天線個數小于或遠小于用戶天線總和時，需要通過用戶調度算法選取所有用戶中活躍度較高的用戶，實現通信資源的最優配置[3]。尤其在多用戶MIMO系統中，用戶調度算法更能充分發揮優勢，通過優化通信資源的配置，滿足每個用戶的需求，進而保證通信系統的公平性和穩定性。

傳統的用戶調度技術主要協調任務復雜度和系統線性之間的關系。比如，在保持任務復雜程度不變的基礎上，進一步提升系統的線性程度；在保持系統線性程度的基礎上，進一步降低任務復雜程度[4]。本文著重介紹基于THP的用戶調度技術，保證系統達到最大容量。此外，THP預編碼技術與BD預編碼技術的復雜程度較低。

2 基于THP的用戶調度算法研究

BD預編碼算法與THP預編碼算法的區別比較明顯。THP預編碼算法比BD預編碼算法的復雜程度低，且THP預編碼算法能夠完全消除信道中的干擾因素[5]。但是，傳統的THP預編碼算法只考慮了信道容量，忽略了系統的誤碼率。鑒于上述情況，本文提出了一種基于最小誤碼率的THP預編碼用戶調度算法。

2.1 基于最小誤碼率的THP預編碼用戶調度算法的實現

本文的研究對象為多用戶MIMO系統模型。設系統基站的天線個數為Nt，用戶的端天線的個數為Nr，且系統基站的天線個數小于用戶端的天線個數。其中，要求在K個用戶中選擇較為活躍的M個用戶，使用戶端被服務的用戶個數與基站的天線個數一致。算法實現的具體流程如圖1所示。

基于圖1所示的算法流程，可以得到最優用戶活動的集合：

因為上述算法以THP算法為基礎，所以繼承了THP預編碼算法的低誤碼率特點。此外，算法依據的準則依然為最小誤碼率。因此上述用戶調度算法得到是更低誤碼率的最優解。

2.2 基于MP-THP預編碼的MBER-THP用戶調度算法的實現

如2.1所述，基于THP的用戶調度算法能夠在解決用戶過載問題的基礎上，進一步優化系統的誤碼率性能。此外，MP-THP預編碼算法能夠在THP用戶調度算法的基礎上，進一步提升系統誤碼率性能，進而實現用戶的調度[6]?；贛P-THP預編碼的用戶調度算法如圖2所示。

圖1 基于最小誤碼率的THP預編碼用戶調度算法流程

圖2 基于MP-THP預編碼的用戶調度算法實施流程圖

分析圖2可知，當用戶端天線個數總和大于系統基站天線個數時，基于最小誤碼率預編碼的用戶調度算法可得到最活躍的用戶，并將最活躍的用戶信道矩陣轉化為一種新的信道矩陣，且依托新的信道矩陣發送多種模式結構。此外，基于MP-THP用戶調度算法可優化最終用戶調度的性能，并與多種結構相結合，不斷提升系統誤碼率性能。

3 仿真結果與分析

為了驗證MP-THP預編碼和MBER-THP預編碼聯合算法的性能，本文將對其進行仿真分析。

3.1 MBER-THP用戶調度算法誤碼率性能的仿真結果分析

為了分析MBER-THP用戶調度算法對誤碼率性能的影響，本文以用戶端天線個數總和為變量，具體仿真結果如圖3所示。

圖3 MBER-THP用戶調度算法的誤碼率性能分析

本次仿真的前提如下：基站系統天線為8個，用戶端分別為4個和6個，且每個用戶端所使用的天線為2個。分析圖3可知，基于MBER-THP用戶調度算法時，用戶端為6的誤碼率性能明顯優于采用MBERTHP用戶調度算法用戶端為4的誤碼率性能。圖3的數據還表明，同一誤碼率情況下，基于MBER-THP用戶調度算法的調度性能比未采用MBER-THP用戶調度算法的調度性能大6 dB。

3.2 基于MBER-THP用戶調度算法誤碼率性能與用戶端個數的關系

為了驗證不同用戶端個數下，基于MBER-THP用戶調度算法誤碼率性能的變化情況。本文選取用戶端分別為6和8時二者的誤碼率性能進行仿真，結果如圖4所示。

分析圖4可知，基于MBER-THP用戶調度算法的誤碼率性能，隨著用戶端數目的增加，誤碼率性能逐步提升。此外，當同一誤碼率時，用戶端數目較大，性能大約提升2 dB，原因是隨著用戶數量的增加，最活躍用戶的概率隨之增加，從而提升了系統的誤碼率性能。

3.3 基于MP-THP預編碼的MBER-THP用戶調度算法與MBER-THP用戶調度算法的性能比較

上述用戶調度算法性能的比較是通過誤碼率衡量的。仿真分析的參數如下：系統的基站天線為8個，用戶端數目為6個，且每個用戶端有2個天線。仿真結果如圖5所示。

圖4 用戶端數目與誤碼率性能的關系

圖5 不同用戶調度算法下的誤碼率性能比較

分析圖5可知，基于MP-THP預編碼的MBERTHP用戶調度算法，系統誤碼率性能明顯優于基于MBER-THP用戶調度算法的誤碼率性能，且在同等誤碼率情況下，基于MP-THP預編碼的MBER-THP用戶調度算法可得到基于MBER-THP用戶調度算法大1 dB的性能增益。

4 結 論

本文在傳統用戶調度算法的基礎上，結合基于THP用戶調度算法，解決用戶過載問題和共道干擾問題，并提出了基于MBER-THP的用戶調度算法和基于MP-THP預編碼的MBER-THP用戶調度算法。此外，通過仿真分析MBER-THP用戶調度算法誤碼率性能、基于MBER-THP用戶調度算法誤碼率性能與用戶端個數的關系和基于MP-THP預編碼的MBER-THP用戶調度算法與MBER-THP用戶調度算法的性能，證明了本文提出的用戶調度算法誤碼率性能最佳。