基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法及系统

技术领域

本发明涉及5G通信技术领域，具体涉及基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法及系统。

背景技术

近年来移动通信技术的不断发展，移动通信的进步使人们日常通信更加便捷、多样化。5G技术是如今移动通信领域重点研究方向，由于无线通信发展早期用户设备数较少、业务方向少，因此单天线单通道即可满足用户需求；随着5G大规模天线技术(massiveMIMO)用户设备数不断增加、传输速率更快、时延更短等需求的提出。

为解决5G通信领域不同的传输资源块用户分配问题，使基站传输更高的效率，提出基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决5G通信领域不同的传输资源块用户分配问题，从而使基站传输更高的效率，提供了基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法，该方法在同一时刻同一RBG(传输资源块)上尽可能多的配对用户进行传输，由于一个RBG上的功率恒定，每个用户的功率平均分配，当用户量越大，用户的功率就越小，因此平衡单个RBG上用户配对问题以达到更高的传输效率；同时考虑用户公平性，为所有用户均衡分配RBG进行资源传输，使每位用户相对公平，同时约束用户和传输资源块两个方面，从而达到更高的总传输效率、对数和速率以及更快的传输速率。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：输入文件

输入信道文件，信道文件H为由TI*U*N*T即传输时间间隙数量TI、用户数量U、RBG数量N、阵列天线数量T组成的四维矩阵；

S2：用户排序

对于每个传输间隙，计算U位用户的信道强度大小并进行排序；

S3：调度用户

遍历第n个RBG，将用户按照信道强度按照从大到小加入到RBG中，每调度一位用户，计算该RGB上的用户和速率，直至用户和速率不再上升；

S4：列表拼接

将未调度的用户列表和已调度的用户倒序列表拼接；

S5：调度矩阵处理

将在该RGB上已调度的用户在U*N调度矩阵上相应位置置为1，并将n+1的值赋值给n；

S6：当前RBG位置判断

判断当前RBG是否属于前N/2个RBG，是则继续进入步骤S3继续进行处理，否则遍历第n个RBG，将用户按照信道强度按照从大到小加入到RBG中，每调度一位用户，计算该RGB上的用户和速率与对数和速率，直至用户和速率与对数和速率均不再上升，然后进入步骤S4中继续进行处理；

S7：调度矩阵输出

经过上述步骤，输出U*N调度矩阵，得到U个用户在N个RGB上的调度情况。

更进一步的，在步骤S2中，在每个传输间隙中，对于第n个RBG，将每位用户在第t条发射天线上的传输强度H

其中，N表示传输资源块个数，T表示基站发射天线数，UserP

更进一步的，在步骤S3中，将用户u的信道强度UserP

更进一步的，当调度某位用户u后计算该RBG上当前所有用户的和速率下降时，说明用户u的调度导致第一个RBG上用户和速率下降，将用户u移出第一个RBG。

更进一步的，在步骤S4中，当第一个RBG用户调度结束之后，调整下一个RBG调度用户顺序，先将用户分为第一个RBG上已调度用户列表s

更进一步的，在步骤S3和步骤S6中，用户在RBG上的和速率计算公式如下：

SumRate＝∑

其中y

更进一步的，在步骤S6中，用户在RBG上的对数和速率计算公式如下：

SumLogRate＝∑

本发明还提供了基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化系统，采用上述的优化方法进行多约束用户资源调度优化工作，包括：

输入模块，用于输入信道文件，信道文件H为由TI*U*N*T即传输时间间隙数量TI、用户数量U、RBG数量N、阵列天线数量T组成的四维矩阵；

排序模块，用于对于每个传输间隙，计算U位用户的信道强度大小并进行排序；

调度模块，用于遍历第n个RBG，将用户按照信道强度按照从大到小加入到RBG中，每调度一位用户，计算该RGB上的用户和速率，直至用户和速率不再上升；

拼接模块，用于将未调度的用户列表和已调度的用户倒序列表拼接；

矩阵处理模块，用于将在该RGB上已调度的用户在U*N调度矩阵上相应位置置为1，并将n+1的值赋值给n；

判断模块，用于判断当前RBG是否属于前N/2个RBG，是则继续进入步骤S3继续进行处理，否则遍历第n个RBG，将用户按照信道强度按照从大到小加入到RBG中，每调度一位用户，计算该RGB上的用户和速率与对数和速率，直至用户和速率与对数和速率均不再上升，然后进入步骤S4中继续进行处理；

输出模块，输出U*N调度矩阵，得到U个用户在N个RGB上的调度情况。

本发明相比现有技术具有以下优点：该基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法及系统，将用户按照信道强度大小排序，依次添加到传输资源块中，并且每添加一位用户，计算传输资源块上已调度用户的和速率，保留使和速率上升的用户，出队使和速率下降的用户，直至遍历完所有用户，在后半部分的RBG添加用户时考虑用户公平性，将和速率与对数和速率采用加权的方式组合决定用户是否被RBG调度，直至所有RBG调度用户结束，从多个方面约束调度过程，从而达到更好的通信传输效果；可以在同一时刻通过空分复用使用多个传输资源块传输多个用户，在通信领域5G Massive MIMO组合优化实验中和速率提高了41％，极大程度上提高了传输效率。

附图说明

图1是本发明实施例一中基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法的实施流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，为本方法的实施流程示意图，其中信道文件H为由TI*U*N*T即传输时间间隙数*用户数*RBG数*阵列天线数组成的四维矩阵，n代表当前向第n个RBG调度用户，当一个RBG通过空分复用调度多个用户结束后，将U*N全为0的调度矩阵的第n列调度用户所在行置为1表示调度该用户，否则为0。循环该步骤直至执行完所有RBG，输出U*N调度矩阵，本实施例提供一种技术方案：基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法，具体包括以下内容：

为了提高多用户传输效率，在每个传输间隙中，对于第n个RBG，将每位用户在第t条发射天线上的传输强度H

其中，N表示传输资源块个数，T表示基站发射天线数，UserP

将UserP

表1RBG

表1中原始用户序列按信道强度大小为s＝{u

当RBG

为了在获得更高RBG上用户总传输速率同时充分考虑用户公平性，使基站所有用户的传输分配更均衡，将和速率与对数和速率采用加权的方式共同作为评估用户是否被RBG调用的指标，由于传输速度也是Massive MIMO通信传输的重要一环，因此从RBG、用户、传输速度三个层面考量传输效率。对于N个RBG传输资源块，在前N/2个RBG调度用户时，仅考虑调度该用户是否会使单个RBG上的用户和速率更大，以此来决定是否调度该用户的调度方式，在后N/2个RBG调度用户时，将和速率与对数和速率加权作为评估指标，决定用户是否被传输资源块调度，从而提高信道强度弱的用户被调度次数。

本发明利用输出的U*N调度矩阵计算和速率、对数和速率以及矩阵生成算法运行的时间，每个RBG分配的用户越合理相应的和速率越高，每位用户被调度的次数越均衡，说明用户间越公平相应的对数和速率越高，另外对于系统资源传输领域传输运行时间也是重要的评估指标之一。

对于和速率以及对数和速率的计算公式，假设用户数为U，RBG(传输资源块)数为N，信道矩阵为H，根据香农公式可知用户u在第n个RBG上传输速率的计算公式为：

R

其中SINR

/>

其中h

用户u是否在第n个RBG上传输，由下式给出：

结合以上公式，所有用户在多RBG上的和速率为：

SumRate＝∑

对数和速率为：

SumLogRate＝∑

实施例二

本实施例采用的数据是2000个.npy格式的信道文件，每个.npy文件存储了24个用户100个时间间隙的RBG粒度100*24*8*32四维信道矩阵。通过采用实施例一种的方法提升传输效率，实验结果如下表2所示：

表2多用户多RBG组合优化方法实验效果对比表

以上仅将和速率作为评估指标，考虑用户公平性，将对数和速率与和速率共同作为评估指标，由于对评估指标分配不同的权重以及在不同的RBG时添加对数和速率指标都影响最终结果，因此由下表3可知，当RBG>4且对数和速率的权重为5时效果最好，和速率、对数和速率、时间分别为442、73、30。

表3评估指标权重以及RBG对实验效果的影响对比

综上所述，上述实施例的基于5G大规模天线的多约束用户资源调度优化方法，将用户按照信道强度大小排序，依次添加到传输资源块中，并且每添加一位用户，计算传输资源块上已调度用户的和速率，保留使和速率上升的用户，出队使和速率下降的用户，直至遍历完所有用户，在后半部分的RBG添加用户时考虑用户公平性，将和速率与对数和速率采用加权的方式组合决定用户是否被RBG调度，直至所有RBG调度用户结束，从多个方面约束调度过程，从而达到更好的通信传输效果；可以在同一时刻通过空分复用使用多个传输资源块传输多个用户，在通信领域5G Massive MIMO组合优化实验中和速率提高了41％，极大程度上提高了传输效率。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。