MIMO系统中基于THP的用户调度技术研究

王晓艳，徐高魁

（西南林业大学，云南 昆明 650024）

0 引 言

21世纪，无线通信技术成为人们日常生产和生活中必不可少的科学技术之一。伴随全球迈入互联网时代，越来越多的多媒体及互联网设备接入网络，大大增加了移动通信的利用率。为了保证用户的通信要求及舒适感，通信系统面临新的要求和挑战[1]。移动通信中引入MIMO系统可以解决上述问题。与单用户MIMO技术相比，多用户MIMO技术为用户提供了复用增益和多用户增益。

随着新型通信技术在互联网中的应用，出现了诸多问题。其中，共道干扰和用户过载是频繁出现的问题。预编码技术是解决共道干扰问题的关键技术，THP预编码技术是消除干扰的核心技术[2]。此外，用户调度技术能够解决用户过载的问题。因此，本文提出了基于THP预编码技术的用户调度技术，以解决共道干扰和用户过载问题。

1 用户调度技术概述

通信网络的日常使用中，当用户周边的基站个数和配置天线的个数有限，且接收端用户的数目巨大时，将导致当前基站无法满足用户实际需求。即当系统的基站天线个数小于或远小于用户天线总和时，需要通过用户调度算法选取所有用户中活跃度较高的用户，实现通信资源的最优配置[3]。尤其在多用户MIMO系统中，用户调度算法更能充分发挥优势，通过优化通信资源的配置，满足每个用户的需求，进而保证通信系统的公平性和稳定性。

传统的用户调度技术主要协调任务复杂度和系统线性之间的关系。比如，在保持任务复杂程度不变的基础上，进一步提升系统的线性程度；在保持系统线性程度的基础上，进一步降低任务复杂程度[4]。本文着重介绍基于THP的用户调度技术，保证系统达到最大容量。此外，THP预编码技术与BD预编码技术的复杂程度较低。

2 基于THP的用户调度算法研究

BD预编码算法与THP预编码算法的区别比较明显。THP预编码算法比BD预编码算法的复杂程度低，且THP预编码算法能够完全消除信道中的干扰因素[5]。但是，传统的THP预编码算法只考虑了信道容量，忽略了系统的误码率。鉴于上述情况，本文提出了一种基于最小误码率的THP预编码用户调度算法。

2.1 基于最小误码率的THP预编码用户调度算法的实现

本文的研究对象为多用户MIMO系统模型。设系统基站的天线个数为Nt，用户的端天线的个数为Nr，且系统基站的天线个数小于用户端的天线个数。其中，要求在K个用户中选择较为活跃的M个用户，使用户端被服务的用户个数与基站的天线个数一致。算法实现的具体流程如图1所示。

基于图1所示的算法流程，可以得到最优用户活动的集合：

因为上述算法以THP算法为基础，所以继承了THP预编码算法的低误码率特点。此外，算法依据的准则依然为最小误码率。因此上述用户调度算法得到是更低误码率的最优解。

2.2 基于MP-THP预编码的MBER-THP用户调度算法的实现

如2.1所述，基于THP的用户调度算法能够在解决用户过载问题的基础上，进一步优化系统的误码率性能。此外，MP-THP预编码算法能够在THP用户调度算法的基础上，进一步提升系统误码率性能，进而实现用户的调度[6]。基于MP-THP预编码的用户调度算法如图2所示。

图1 基于最小误码率的THP预编码用户调度算法流程

图2 基于MP-THP预编码的用户调度算法实施流程图

分析图2可知，当用户端天线个数总和大于系统基站天线个数时，基于最小误码率预编码的用户调度算法可得到最活跃的用户，并将最活跃的用户信道矩阵转化为一种新的信道矩阵，且依托新的信道矩阵发送多种模式结构。此外，基于MP-THP用户调度算法可优化最终用户调度的性能，并与多种结构相结合，不断提升系统误码率性能。

3 仿真结果与分析

为了验证MP-THP预编码和MBER-THP预编码联合算法的性能，本文将对其进行仿真分析。

3.1 MBER-THP用户调度算法误码率性能的仿真结果分析

为了分析MBER-THP用户调度算法对误码率性能的影响，本文以用户端天线个数总和为变量，具体仿真结果如图3所示。

图3 MBER-THP用户调度算法的误码率性能分析

本次仿真的前提如下：基站系统天线为8个，用户端分别为4个和6个，且每个用户端所使用的天线为2个。分析图3可知，基于MBER-THP用户调度算法时，用户端为6的误码率性能明显优于采用MBERTHP用户调度算法用户端为4的误码率性能。图3的数据还表明，同一误码率情况下，基于MBER-THP用户调度算法的调度性能比未采用MBER-THP用户调度算法的调度性能大6 dB。

3.2 基于MBER-THP用户调度算法误码率性能与用户端个数的关系

为了验证不同用户端个数下，基于MBER-THP用户调度算法误码率性能的变化情况。本文选取用户端分别为6和8时二者的误码率性能进行仿真，结果如图4所示。

分析图4可知，基于MBER-THP用户调度算法的误码率性能，随着用户端数目的增加，误码率性能逐步提升。此外，当同一误码率时，用户端数目较大，性能大约提升2 dB，原因是随着用户数量的增加，最活跃用户的概率随之增加，从而提升了系统的误码率性能。

3.3 基于MP-THP预编码的MBER-THP用户调度算法与MBER-THP用户调度算法的性能比较

上述用户调度算法性能的比较是通过误码率衡量的。仿真分析的参数如下：系统的基站天线为8个，用户端数目为6个，且每个用户端有2个天线。仿真结果如图5所示。

图4 用户端数目与误码率性能的关系

图5 不同用户调度算法下的误码率性能比较

分析图5可知，基于MP-THP预编码的MBERTHP用户调度算法，系统误码率性能明显优于基于MBER-THP用户调度算法的误码率性能，且在同等误码率情况下，基于MP-THP预编码的MBER-THP用户调度算法可得到基于MBER-THP用户调度算法大1 dB的性能增益。

4 结 论

本文在传统用户调度算法的基础上，结合基于THP用户调度算法，解决用户过载问题和共道干扰问题，并提出了基于MBER-THP的用户调度算法和基于MP-THP预编码的MBER-THP用户调度算法。此外，通过仿真分析MBER-THP用户调度算法误码率性能、基于MBER-THP用户调度算法误码率性能与用户端个数的关系和基于MP-THP预编码的MBER-THP用户调度算法与MBER-THP用户调度算法的性能，证明了本文提出的用户调度算法误码率性能最佳。