CN101997653B - 虚拟多输入多输出系统中的用户设备配对方法和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户设备配对方法，包括：获得各用户的空间特征图，将所有用户按照其空间特征图的模值大小分成两部分；按照所有用户轮流的方式产生第一个配对用户，更新已有配对用户集合；对候选配对用户集合，采用现有的半正交配对方法，选出新的候选配对用户集合，如果新的候选配对用户集合非空且第一个配对用户的模值较小，则对新的候选配对用户集合中的每一个用户，按照逆选法衡量准则，选出新的配对用户，更新已有配对用户集合，并返回候选配对用户集合选取步骤，直至满足基站接收天线数约束或者新的候选配对用户集合为空；已有配对用户集合中的用户与基站组成虚拟MIMO系统，执行数据传输。本发明还提出了一种基站，用于实现上述用户设备配对方法。

Description

虚拟多输入多输出系统中的用户设备配对方法和基站

技术领域

本发明涉及无线通信的多输入多输出(MIMO)技术领域，具体是一种虚拟多输入多输出(MIMO)系统中的部分逆选半正交用户设备配对方法和一种用于实现上述用户设备配对方法的基站。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术可以有效增强无线链路的频谱使用效率，是新一代无线通信系统的支撑技术。然而，限于成本、体积和功率等因素，在用户设备端安装多天线较为困难。第三代移动通信合作伙伴计划长期演进项目提案R1-0501162(3GPP TSG-RAN1，R1-0501162，“ULvirtual MIMO transmission for E-UTRA，”San Diego，USA，Oct.2005)提出了一种虚拟MIMO技术，将具有单天线的多个用户设备组合起来，在同一资源块中联合向具有多天线的基站发送数据，组成虚拟的MIMO信道。

虚拟MIMO技术的核心问题之一是用户设备配对，即在系统用户设备数比较多时，如何有效选择进行虚拟MIMO通信的用户设备集合，以提高系统总吞吐量，同时又兼顾用户设备之间的公平性。第三代移动通信合作伙伴计划长期演进项目提案R1-051422(3GPP TSG-RAN1，R1-051422，“UL virtual MIMO system level performance evaluation forE-UTRA，”Seoul，Korea，Nov.2005)给出了针对两个用户设备的配对方案。

目前用户设备数多于2的配对方案主要有第三代移动通信合作伙伴计划长期演进项目提案R1-051422(3GPP TSG-RAN1，R1-051422，“ULvirtual MIMO system level performance evaluation for E-UTRA，”Seoul，Korea，Nov.2005)提出的随机配对和T.Yoo和A.Goldsmith在文章“On the Optimality of Multiantenna Broadcast Schedulingusing Zero-Forcing Beamforming”(IEEE Journal on Selected Areasin Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528-541)中提出的半正交配对。

随机配对方法通过随机选择配对用户设备，构成虚拟MIMO系统，实现简单，计算复杂度低；但是在配对用户设备空间特征图正交性差时，配对的用户设备相互干扰，导致系统吞吐量低，因而没有充分发挥虚拟MIMO技术的潜力。

半正交配对方法将空间特征图与已有配对用户设备的空间特征图正交性较好的用户设备作为候选用户设备，计算各候选用户设备空间特征图与已有配对用户设备空间特征图所张成空间相正交的分量的模值，选择该模值最大的用户设备进行配对，从而达到提高系统总吞吐量的目的；但是，这种配对方法存在公平性缺陷：对于本身空间特征图模值较小的用户设备，其正交分量更小，在其它用户设备作为第一个配对用户设备时，该用户设备很难被选为配对用户设备参与通信；而在该用户设备自己作为第一个配对用户设备时，由于与之配对的用户设备的空间特征图模值都较大，因而带来的干扰也较大，使该用户设备接收信噪比减小，这两个原因都会导致该用户设备的吞吐量下降，有时甚至比不参与虚拟MIMO通信时还要差，而这在虚拟MIMO通信系统中是难以接受的。

发明内容

本发明基于T.Yoo和A.Goldsmith在文章“On the Optimality ofMultiantenna Broadcast Scheduling using Zero-ForcingBeamforming”(IEEE Journal on Selected Areas in Communications，vol.24，no.3，2006，pp.528-541)中提出的半正交用户设备配对方法，提出了一种部分逆选半正交用户设备配对方法，将具有单天线的用户设备按照其相对于具有多天线的基站的空间特征图的模值大小分为两部分，对模值大的部分用户设备采用T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交用户设备配对方法，而对模值小的部分用户设备采用本发明提出的部分逆选半正交用户设备配对方法。

根据本发明的第一方案，提出了一种用户设备配对方法，包括：

在一个调度周期内，获得K个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K，S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值||h_i||小于第一预设阈值的用户设备的序号组成的集合，S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合，令

T₁＝{1，2，...，K}；

针对这一调度周期内的当前时隙，按照所有K个用户设备轮流的方式产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并取g₍₁₎＝h_π(1)，i＝2；

从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性满足第二预设阈值α的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\};$

如果

且π(1)∈S₁，则对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，根据由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间，一一计算

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

选择使l_k最小的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝h_π(i)；以及

如果

或者已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|等于基站的接收天线的总数M，则已有配对用户设备集合S₀中的用户设备与基站组成虚拟多输入多输出通信系统，执行当前时隙的数据传输。

优选地，所述用户设备配对方法还包括：

如果但 $\mathrm{\&pi;}\left(1\right)\&NotElement;S_1,$ 则对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算与由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 选择使||g_k||最大的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝g_π(i)。

优选地，所述用户设备配对方法还包括：

如果已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M，则更新用户设备计数i←i+1，返回候选配对用户设备集合T_i选取步骤。

优选地，针对上行数据通信，对已有配对用户设备集合S₀中的用户设备进行等功率分配，用户设备联合向基站发送数据；以及基站用线性最小均方误差接收机对各用户设备发送来的信号进行接收。

优选地，针对下行数据通信，将上述已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的接收天线的总数M之间的比较转换为已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的发射天线的总数Q之间的比较；以及针对下行数据通信，对发送给已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的数据进行等功率分配；根据各个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形；以及将经过发射波束成形的数据发送给用户设备。

优选地，在完成当前时隙的数据传输后，产生针对下一时隙的第一个配对用户设备π(1)；以及在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，重新获得K′个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K′。

优选地，用户设备的空间特征图h_i是通过用户设备发送的参考信号获得的。

优选地，使用Round-Robin调度方法，产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)。

根据本发明的第二方案，提出了一种基站，包括：

空间特征图获取装置，用于在一个调度周期内，获得K个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K，S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值||h_i||小于第一预设阈值的用户设备的序号组成的集合，S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合，令

T₁＝{1，2，...，K}；

配对用户设备产生装置，用于针对这一调度周期内的当前时隙，按照所有K个用户设备轮流的方式产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并取g₍₁₎＝h_π(1)，i＝2；

候选配对用户设备集合选择装置，用于从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性满足第二预设阈值α的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合T_i，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\};$

配对用户设备选择装置，用于在

且π(1)∈S₁时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，根据由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间，一一计算

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

选择使l_k最小的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝h_π(i)；以及

数据传输装置，用于在或者已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|等于基站的接收天线的总数M时，与已有配对用户设备集合S₀中的用户设备组成虚拟多输入多输出通信系统，执行当前时隙的数据传输。

优选地，配对用户设备选择装置还用于在

但 $\mathrm{\&pi;}\left(1\right)\&NotElement;S_1$ 时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算与由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 选择使||g_k||最大的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝g_π(i)。

优选地，候选配对用户设备集合选择装置还用于在已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M时，更新用户设备计数i←i+1，选取新的候选配对用户设备集合T_i。

优选地，针对上行数据通信，数据传输装置用线性最小均方误差接收机对各用户设备发送来的信号进行接收。

优选地，针对下行数据通信，在上述候选配对用户设备集合选择装置和上述数据传输装置中，将已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的接收天线的总数M之间的比较转换为已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的发射天线的总数Q之间的比较；以及针对下行数据通信，数据传输装置对发送给已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的数据进行等功率分配；根据各个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形；以及将经过发射波束成形的数据发送给用户设备。

优选地，在完成当前时隙的数据传输后，配对用户设备产生装置产生针对下一时隙的第一个配对用户设备π(1)；以及在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，空间特征图获取装置重新获得K′个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K′。

优选地，空间特征图获取装置根据用户设备发送的参考信号获得用户设备的空间特征图h_i。

优选地，配对用户设备产生装置使用Round-Robin调度方法，产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)。

本发明的优点在于：对空间特征图模值较小的用户设备作为第一个配对用户设备的情况，可以使它在本次虚拟MIMO通信中吞吐量较大；此外，在空间特征图模值较小用户设备作为第一个配对用户设备时，其它模值较小的用户设备也获得了更多的机会入选配对组合、参与通信，从而提高这部分用户设备的吞吐量，使不同用户设备吞吐量的公平性更好。

附图说明

下面通过结合附图说明本发明的实施例，将本发明的上述内容及其它目的、特征和优点更加清晰表述，其中：

图1所示为虚拟MIMO系统的示意图。

图2示出了根据本发明的虚拟多输入多输出(MIMO)系统中的部分逆选半正交用户设备配对方法的流程图。

图3示出了根据本发明的基站300的示意方框图。

图4所示为虚拟MIMO系统中10000次调度周期后平均每次调度周期内各个用户设备在不同配对方案下平均吞吐量的值(按照由大到小排序)。

图5所示为平均一次调度周期中各种配对方案的系统总吞吐量的比较。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

为了清楚详细地阐述本发明的实现步骤，下面给出一些本发明的具体实施例，适用于无线MIMO通信系统。需要说明的是，本发明不限于实施例中所描述的应用，而是可适用于其他无线通信系统。

根据本发明的实施例，所提出的部分逆选半正交用户设备配对方法可以具体包括以下步骤。

步骤一：在一个调度周期内，基站获得各用户设备的空间特征图(通过用户设备发送的参考信号获得)，并将所有用户设备按照其空间特征图的模值大小分成两部分，令已有配对用户设备集合为空，候选配对用户设备集合为所有用户设备集合；

步骤二：针对这一调度周期内的当前时隙，按照所有用户设备轮流的方式产生针对该时隙的第一个配对用户设备，更新已有配对用户设备集合。如果第一个配对用户设备不属于空间特征图的模值较小的部分，则令基站配置量FLAG＝0，否则，令基站配置量FLAG＝1；

步骤三：对候选配对用户设备集合，采用T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正用户设备交配对方法，选出新的候选配对用户设备集合，如果所述新的候选配对用户设备集合非空且FLAG＝0，则转步骤四；如果所述新的候选配对用户设备集合非空且FLAG＝1，则转步骤五；如果所述新的候选配对用户设备集合为空集，则转步骤六；

步骤四：对所述新的候选配对用户设备集合中的每一个用户设备，采用T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正用户设备交配对方法，选出新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合。如果已有配对用户设备集合中的用户设备的个数小于基站的接收天线的总数，则回到步骤三，否则转步骤六；

步骤五：对所述新的候选配对用户设备集合中的每一个用户设备，按照本发明所提出的逆选法的衡量准则，选出新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合。如果已有配对用户设备集合中的用户设备的个数小于基站的接收天线的总数，则回到步骤三，否则转步骤六；

步骤六：已有配对用户设备集合中的用户设备与基站组成虚拟MIMO通信系统，执行当前时隙的数据传输。完成当前时隙的数据传输后，返回步骤二，执行针对下一时隙的用户设备配对。

在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，返回步骤一，重新获得各用户设备的空间特征图(通过用户设备发送的参考信号获得)。

以下，将结合图2和数学符号，对上述步骤进行进一步的解释。

图2示出了根据本发明的虚拟多输入多输出(MIMO)系统中的部分逆选半正交用户设备配对方法的流程图。

步骤一：在一个调度周期内，基站获得小区中K个用户设备的空间特征图h_i(1≤i≤K)(通过用户设备发送的参考信号获得)，用S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值||h_i||(1≤i≤K)较小的那部分用户设备的序号组成的集合；每个用户设备的天线数为1(一般而言，所述天线即是接收天线又是发射天线)，用户设备端发射功率约束为P_total，基站的天线数为M(一般而言，所述天线即是接收天线又是发射天线)，基站端发射功率约束为P_total-BS，则系统同时支持的最大用户设备数也为M，π(i)表示选定的第i个配对用户设备的序号，π(i)∈{1，2，...，K}，1≤i≤M。S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合(1≤i≤M)，令T₁＝{1，2，...，K}；

步骤二：针对这一调度周期内的当前时隙，使用Round-Robin调度方法生成针对该时隙的第一个配对用户设备，其序号记为π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并令g₍₁₎＝h_π(1)，令i＝2，如果第一个配对用户设备不属于空间特征图的模值较小的部分，即 $\mathrm{\&pi;}\left(1\right)\&NotElement;S_1,$ 则令基站配置量FLAG＝0，否则，令基站配置量FLAG＝1；

步骤三：从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性较好的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\},$

如果T_i非空且FLAG＝0，则转步骤四；如果T_i非空且FLAG＝1，则转步骤五；如果T_i为空集，则转步骤六；

步骤四：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算其与已有配对用户设备集合中的每一个用户设备j的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_k，

$g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$

选择使||g_k||最大的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并令g_(i)＝g_π(i)。如果已有配对用户设备集合中的用户设备的个数小于基站的接收天线的总数，即|S₀|＜M，则令i＝i+1，回到步骤三，否则转步骤六；

步骤五：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T_i，按照逆选法的衡量准则，计算l_k，

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并令g_(i)＝h_π(i)。如果已有配对用户设备集合中的用户设备的个数小于基站的接收天线的总数，即|S₀|＜M，则令i＝i+1，回到步骤三，否则转步骤六；

步骤六：在上行系统中，对已有配对用户设备集合中的N个用户设备(N≤M)进行等功率分配，每个用户设备的发射功率为P_total/N，组成虚拟MIMO系统，联合向基站发送数据。基站用线性最小均方误差(MMSE)接收机对各用户设备发送来的信号进行接收，从而完成一次虚拟MIMO通信。

类似地，在下行系统中，在步骤三和步骤五中，根据基站的发射天线的总数M(虽然在本说明书中，基站的发射天线数与接收天线数相同，但在实际应用中，基站的发射天线数与接收天线数也可以不同，例如，基站可以具有M根接收天线和Q根发射天线，M≠Q)，确定是否跳转到步骤六。这样，在步骤六中，对发送给已有配对用户设备集合中的N个用户设备(N≤M)的数据进行等功率分配，针对每个用户设备的发射功率为P_total-BS/N，并根据N个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形，然后将经过发射波束成形的数据发送给用户设备，从而完成一次虚拟MIMO通信。

完成当前时隙的数据传输后，返回步骤二，执行针对下一时隙的用户设备配对。

在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，返回步骤一，重新获得小区中K′个用户设备的空间特征图h_i(1≤i≤K′)(通过用户设备发送的参考信号获得)(此时，小区中的用户设备数可能已经发生变化 $K\&DoubleRightArrow;K^{\&prime;}$ )。

接下来，对本发明所提出的虚拟MIMO系统中的部分逆选半正交用户设备配对方法的原理进行详细描述。

(1)上行虚拟MIMO系统模型

图1所示为虚拟MIMO系统的示意图。

如图1所示，考虑一个单小区窄带上行虚拟MIMO系统，包括一个基站和K个用户设备。基站安装有M根天线，每一个用户设备安装有一根天线，假设M≤K。基站调度器从这K个用户设备中选出N个用户设备，与基站共同组成N发M收的虚拟MIMO信道。当N≤M时，这N个用户设备可以通过空分多址接入(SDMA)共享时间-频率资源。在基站端，基带接收信号向量可以表示为

$y\left[m\right]=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_i\left[m\right]\&CenterDot;\sqrt{P_i\left[m\right]}\&CenterDot;x_i\left[m\right]+w\left[m\right]---\left(1\right)$

式中：

表示第i个用户设备在时刻m的发送数据，|x_i[m]|＝1；

表示第i个用户设备在时刻m的发射功率，如果第i个用户设备在时刻m没有被选为配对用户设备参与通信，则P_i[m]＝0，否则P_i[m]＞0，而所有用户设备的功率满足约束条件 $\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i\left[m\right]\&le;P_{\mathrm{total}},$ 其中P_total表示用户设备端发送总功率；

表示基站端在时刻m的接收信号向量；表示在时刻m的复加性高斯白噪声，其均值为0，且E{w[m]·(w[m])^H}＝N₀I，这里I表示单位矩阵，E{·}表示数学期望，(·)^H表示共轭转置，即各接收天线的噪声分量互不相关且方差均为N₀。 $h_i\left[m\right]={\left(\sqrt{{\mathrm{\&gamma;}}_i}{h}_{1,i}\right[m],\sqrt{{\mathrm{\&gamma;}}_i}{h}_{2,i}[m],...,\sqrt{{\mathrm{\&gamma;}}_i}{h}_{M,i}[m\left]\right)}^T$ 是第i个用户设备在时刻m的空间特征图，这里(·)^T表示转置，

是第i个用户设备的大尺度传播功率衰减系数，反映路径损耗和阴影等大尺度传播效应；

表示在时刻m、第i个用户设备的发射天线到基站第j根接收天线之间的小尺度传播信道衰减系数，可建模为独立的循环对称复高斯随机变量，且均值为0，方差为1。

假设在接收端采用线性最小均方误差(MMSE)接收机。假设基站接收机可以获得完整的信道状态信息，即所有用户设备的空间特征图h_i[m](i＝1，2，...，K)都能被基站准确获知。假设在虚拟MIMO中采用分步选择用户设备的配对方法，其中第一个用户设备采用Round-Robin调度，即第1至第K个用户设备轮流作为第一个配对用户设备，这样轮一圈称为一个调度周期，周而复始。进一步假设在一个调度周期中所有的h_i[m](i＝1，2，...，K)保持不变(下文记为h_i)，而在新的周期开始时，h_i[m](i＝1，2，...，K)取一组新的随机值。

(2)逆选配对方案

在步骤五中，对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T_i，采用逆选法的衡量准则，计算l_k，

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，其理论基础如下：

由于第一个配对用户设备的||h_π(1)||较小，首先仍然选出与已有配对用户设备正交性较好的用户设备作为候选用户设备(步骤三)，但是接下来不再以使系统总吞吐量最大为目标来选择用户设备，而是以使第一个配对用户设备的吞吐量最大为目标，这就要使该用户设备在接收端的信号对干扰加噪声的功率比(SINR)最大。

系统采用的是最小均方误差(MMSE)接收机。《无线通信基础》(TseD，Viswanath P.Fundamentals of Wireless Communication.Cambridge：Cambridge University Press.2005.中译本：李锵、周进等译，无线通信基础.北京：人民邮电出版社.2007)详述了MMSE接收机的接收波束成形加权向量和输出信号对干扰加噪声的功率比(SINR)。具体说，第k个配对用户设备所对应的第k级线性接收机的加权向量为：

${(N_0{I}_M+\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i{g}_{\left(i\right)}{g}_{\left(i\right)}^H)}^{-1}{g}_{\left(k\right)}---\left(2\right)$

相应的输出SINR为：

$P_k{h}_k^H{(N_0{I}_M+\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i{g}_{\left(i\right)}{g}_{\left(i\right)}^H)}^{-1}{g}_{\left(k\right)}---\left(3\right)$

首先，对两个用户设备配对的情况进行分析。设已有配对用户设备的空间特征图为g₍₁₎，要寻找配对用户设备k，使下式最大：

${\mathrm{SINR}}_1=P_1{g}_{\left(1\right)}^H{(N_0{I}_M+P_k{h}_k{h}_k^H)}^{-1}{g}_{\left(1\right)}---\left(4\right)$

利用Sherman-Morrison公式：

${(A+{\mathrm{xx}}^H)}^{-1}=A^{-1}-\frac{A^{-1}{\mathrm{xx}}^H{A}^{-1}}{1+x^H{A}^{-1}x}---\left(5\right)$

可得：

${\mathrm{SINR}}_1=P_1{g}_{\left(1\right)}^H(\frac{1}{N_0}{I}_M-\frac{\frac{1}{N_0}{I}_M\&CenterDot;\sqrt{P_k}{h}_k\&CenterDot;\sqrt{P_k}{h}_k^H\&CenterDot;\frac{1}{N_0}{I}_M}{1+\sqrt{P_k}{h}_k^H\&CenterDot;\frac{1}{N_0}{I}_M\&CenterDot;\sqrt{P_k}{h}_k})g_{\left(1\right)}---\left(6\right)$

$=\frac{P_1}{N_0}{\left|\right|g_{\left(1\right)}\left|\right|}^2-\frac{P_1{P}_k}{N_0^2}\&CenterDot;\frac{{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}$

因此，所选用户设备的空间特征图h_k应使下式(7)最小：

$\frac{P_k{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}---\left(7\right)$

从式(7)中可以看出，当P_k确定时，如果||h_k||固定，则h_k与g₍₁₎的夹角余弦

越小越好；如果夹角余弦

固定，则式(7)可转化为

$\frac{P_k{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}={\left(\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(1\right)}\left|\right|}\right)}^2\&CenterDot;\frac{P_k{\left|\right|g_{\left(1\right)}\left|\right|}^2}{\frac{1}{{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}+\frac{P_k}{N_0}}---\left(8\right)$

因此，||h_k||越小越好。从这一点可以看出本发明与现有半正交配对方法的区别：在夹角一定的情况下，现有半正交配对方法优先选择空间方向图模值大的用户设备；而本发明则逆向选择空间方向图模值小的用户设备，故称“逆选法”。

对多于两个用户设备配对的情况，在寻找第i个配对用户设备时，一一计算候选用户设备h_k(k∈T_i)与已有配对用户设备g_(j)(j＝1，2，...，i-1)按照配对准则式(7)求得的值

$\frac{P_k{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}(j=\mathrm{1,2},...,i-1)---\left(9\right)$

记其和为

$l_k=\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P_k{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2}---\left(10\right)$

以此作为选择第i个配对用户设备的准则：从候选用户设备中挑出使式(10)取得最小值的用户设备作为第i个配对用户设备，这样就完成了逆选法。

因此，所选用的配对准则就是计算 $l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$ 选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备。

(3)下行虚拟MIMO系统

对于下行链路系统，部分逆选的半正交配对方法同样适用。根据《无线通信基础》(Tse D，Viswanath P.Fundamentals of WirelessCommunication.Cambridge：Cambridge University Press.2005.中译本：李锵、周进等译，无线通信基础.北京：人民邮电出版社.2007)中介绍的上行链路和下行链路之间的对偶性，只要将上行链路中第k个配对用户设备所对应的第k级线性接收机的接收波束成形加权向量 ${(N_0{I}_M+\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i{g}_{\left(i\right)}{g}_{\left(i\right)}^H)}^{-1}{g}_{\left(k\right)}$ 作为下行链路中第k个配对用户设备的发射波束成形加权向量，即可得到完全相同的输出SINR： $P_k{h}_k^H{(N_0{I}_M+\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i{g}_{\left(i\right)}{g}_{\left(i\right)}^H)}^{-1}{g}_{\left(k\right)}.$ 因此，部分逆选的半正交配对方法同样适用于下行链路系统。

接下来，将通过以下具体实施例对本发明进行详细说明。在适当的时候，将引用图2中的各个步骤。

本实施例采用100个用户设备的虚拟MIMO系统，在一次调度周期内，将所有||h_i||按从小到大排序，取定前50％的那部分用户设备组成以逆选方案配对的集合S₁。根据T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交用户设备配对方法，判决正交性的参数α一般在[0.2，0.4]中取值，在本实施例中，取α＝0.4。通信方案有四种，其中包括三种配对方案和一种无配对方案。三种配对方案是：随机配对、T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交配对，和本发明提出的部分逆选半正交配对；最后一种无配对方案是用户设备端单天线发送、基站端多天线接收的接收分集方案，以供比较。每个用户设备的天线数为1，基站的天线数为4，可知系统同时支持的最大用户设备数为4。小尺度衰落模型为Rayleigh平坦衰落；大尺度传播功率衰减系数γ_i按dB值在[-20，0]之间取等间隔值，以此模拟不同用户设备经历不同的路径损耗和阴影的情境。用户设备端发送总功率P_total设为1000(即30dB)，且采用等功率分配；噪声功率N₀设为1(即0dB)。用户设备端发射总功率比噪声功率为1000(即30dB)。基站端发送总功率P_total-BS设为1000(即30dB)，且采用等功率分配；噪声功率N₀设为1(即0dB)。基站端发射总功率比噪声功率为1000(即30dB)。设信道为平坦衰落、准静态，信道矩阵的元素为独立同分布的零均值、单位方差的复高斯随机变量，噪声为均值为零、协方差矩阵为单位阵的加性高斯白噪声，各个用户设备经历的信道相互独立，基站可以获得所有用户设备的信道状态信息。假设在一个调度周期中信道矩阵保持不变，而在新的周期开始时，信道矩阵取新的随机值。

本实施例使用的部分逆选半正交用户设备配对方法具体步骤如下：

第1步：在一个调度周期内，基站获得小区中100个用户设备的空间特征图h_i(1≤i≤100)(通过用户设备发送的参考信号获得)，如表1所示。

表1    100个用户设备的空间特征图

i	hi T
		1	0.7582+0.8998i   -0.6919-2.1231i  0.6802+0.2847i   -1.0725-0.7333i
2	-0.7556-0.1048i  0.1484+0.9902i   -0.3291-0.4644i  0.9484+0.0674i
		3	0.3805-1.3094i   1.0656-0.6547i   0.5923+0.3166i   -0.2746-0.9524i
4	0.2718+0.3789i   1.0325+1.1340i   0.2284+1.3508i   0.1539-0.9560i
		5	0.1872+0.7799i   0.5366-0.7754i   -0.2406+0.7398i  2.2736+0.6380i
6	0.6765+0.9877i   -1.5249-0.9879i  1.3683+0.3432i   -1.4331+0.8593i
		7	0.7117-0.6984i   0.0322-1.4481i   -0.8054-0.7840i  -0.0973+0.5117i
8	0.4709+0.1691i   -0.3528+0.2189i  0.0525+1.7681i   0.3887-1.9351i
		9	0.2815+0.7370i   0.2407+0.1427i   0.5498+0.7047i   -0.4822+0.8001i
10	1.0722-1.1596i   -0.0522-0.1214i  1.0683-0.4096i   0.1850-1.4026i
		11	-0.3308+0.6996i  -0.4874+0.2253i  0.5712-0.1153i   0.2689-0.0710i
12	0.2239+0.0936i   0.9019-0.1720i   0.6238+0.4427i   -1.0496-0.2324i
		13	0.8580+0.3335i   -0.1357+0.4277i  -1.1098-0.5247i  1.0555+0.6308i
14	-1.6536-0.9081i  0.8112+0.1533i   -0.0012+0.1633i  -1.1933-0.7436i
		15	-0.3272+0.5768i  1.0105+0.6476i   -0.3336+0.0996i  0.0236-1.1692i
16	-1.1616-0.9765i  0.3024+0.3247i   -0.5201+0.4440i  0.3985+0.2680i
		17	-0.6984-0.4835i  -0.2393-0.7427i  0.3046+0.6908i   -1.0961+1.1921i
18	0.4775-0.5746i   -0.5036+0.2328i  0.1541+0.0739i   -0.1505-0.7630i
		19	-0.4494-0.3931i  -0.1828-0.3170i  0.4308+0.6470i   -0.8214+1.1594i
20	0.9175-0.9641i   0.5861-0.2688i   0.2101-0.0135i   0.0448+0.1468i
		21	-0.6332-0.4870i  -0.4174+0.1702i  0.3506+0.9640i   -0.7464-0.6609i
22	0.3838+0.7725i   -0.4894+0.5268i  -0.1924-1.2918i  -0.3695-0.2215i
		23	0.3318+0.2960i   -0.9330-0.5221i  -0.1239+0.0479i  -0.2551-0.3127i
24	-0.8281-0.1764i  -0.2251-0.9304i  -0.2682+0.6409i  -0.1707+0.7756i
		25	-0.0724+0.0372i  -0.4218-1.0060i  0.1223+0.9652i   -0.2292+0.1874i
26	0.4003+0.0985i   0.8938+0.2951i   -1.1544-0.3093i  -0.4158+0.1668i
		27	-0.6700-0.2913i  -0.1036-0.4922i  -0.1648-0.4875i  0.5227+0.1522i
28	-0.3980-0.0808i  0.8557+0.1685i   0.3065+0.7171i   0.1711-1.1943i

表1(续1)  100个用户设备的空间特征图

29	0.6741+0.3037i   -0.1973-0.8417i  0.0013-0.7840i   0.4613+0.2991i
		30	-0.4638-0.5916i  -0.8310-0.5654i  -0.1829+0.1481i  -0.2026-0.9731i
31	0.6544-0.4519i   0.3311-0.5194i   -0.1369+0.1859i  -0.0115+0.4487i
		32	0.6217+1.1020i   -0.0625-0.1818i  0.2980+1.0883i   0.9514-0.0776i
33	-0.3341+0.3130i  0.2677-0.7364i   -0.0239-1.4391i  0.5528+0.2568i
		34	-0.4683+0.4678i  0.4215+0.0736i   0.7344-0.2724i   -0.4545+0.7306i
35	-0.2343+1.3376i  0.5568+0.6150i   0.7183+0.4762i   -0.9473-0.3479i
		36	-0.1142+0.2610i  -0.6078+0.8164i  -0.5617+0.5972i  -0.3965-0.2177i
37	-0.9426+0.1939i  0.1026+0.2516i   -0.3183+0.3708i  -0.7703-0.1153i
		38	-0.1766+0.7123i  -0.0870+0.0506i  -0.0737+0.2752i  0.0920+0.8797i
39	-0.1402-1.0470i  0.3017-0.9830i   0.1215-0.1431i   -0.3509-0.2524i
		40	-0.1648-0.2906i  -0.5715+0.3059i  0.0917-0.6633i   0.0840-0.4266i
41	-0.0993+0.0931i  -0.5121-0.5539i  0.4864+0.2598i   0.5895-1.0084i
		42	-0.2061+0.3417i  1.2341-0.1092i   0.1692+0.3990i   -0.4431-0.1406i
43	0.5052+0.0963i   0.3798-0.0718i   0.0805-0.0298i   -0.1127+0.2635i
		44	-0.2930-0.5484i  -0.2947+0.3201i  -0.0028-0.0977i  -0.2673-0.5763i
45	-0.1418-0.6525i  -0.0517+0.3983i  -0.8389-0.0511i  -0.4879+0.3999i
		46	0.1964-0.4680i   0.1680-0.2542i   -0.2385-0.2330i  0.1001+0.0697i
47	-0.6157+0.1257i  -0.4760-0.1519i  0.0678-0.0167i   0.5040+0.0267i
		48	0.6562-0.2684i   -0.0244+0.1037i  0.3147+0.3525i   -0.0267-0.5578i
49	-0.3572-0.2127i  -0.0628+0.2040i  0.1517-0.4372i   -0.3026+0.3431i
		50	0.2762+0.1006i   -0.2055+0.2750i  0.2112+0.0412i   0.4140+0.0053i
51	-0.0228+0.3089i  -0.3108-0.1872i  -0.2336+0.4616i  -0.0096-0.2544i
		52	0.1970+0.0679i   -0.4000+0.5715i  -0.2649+0.0336i  -0.1448-0.1256i
53	0.1525-0.0883i   -0.3578-0.0501i  -0.0288+0.0536i  0.1330+0.1256i
		54	0.4891+0.1058i   0.5821-0.1653i   0.2032-0.3044i   -0.3983+0.2032i
55	0.1379-0.5241i   -0.0552-0.4637i  -0.1077-0.3343i  -0.2524-0.1183i
		56	0.0487+0.1188i   0.0638+0.4048i   -0.3453-0.1420i  0.1948-0.0019i
57	-0.1429+0.7535i  0.1951-0.0436i   0.2959+0.1168i   0.1361-0.5347i
		58	-0.1450-0.1787i  -0.5016-0.2397i  -0.0287-0.0411i  -0.3496+0.2516i
59	0.4023-0.2002i   0.1113-0.2448i   -0.1455-0.3653i  0.0465-0.4946i
		60	-0.0166+0.0051i  0.1704-0.1416i   0.0523+0.4782i   -0.0021-0.0558i
61	-0.3504-0.0966i  -0.0750-0.2091i  -0.1411-0.4305i  -0.0301-0.1113i
		62	-0.3746+0.1258i  -0.0232+0.0994i  0.2197+0.2547i   0.5735+0.1038i
63	0.3062-0.1795i   -0.0440-0.1407i  0.0309+0.1921i   -0.1555+0.0164i
		64	-0.4236-0.0867i  0.4221+0.0480i   0.1511-0.1769i   -0.3569-0.0246i
65	0.0765-0.1452i   0.2333+0.0385i   -0.3171+0.3035i  -0.2326+0.4370i
		66	0.1635-0.1764i   0.1791+0.1088i   -0.0315+0.2729i  -0.0220+0.2858i
67	-0.0599+0.0495i  0.0468+0.0765i   0.1359+0.1123i   -0.1182-0.1327i
		68	0.2833-0.0686i   0.2052-0.4236i   -0.5005+0.3300i  -0.2299+0.0491i
69	0.1329+0.1493i   -0.2323+0.1630i  0.0405+0.1241i   0.3490-0.0120i
		70	-0.2228+0.0786i  0.4308+0.4165i   -0.2718-0.0650i  0.0918+0.2950i

表1(续2)  100个用户设备的空间特征图

71	-0.0986+0.1204i  0.0411+0.3456i   0.1482+0.0174i   -0.1861+0.5095i
		72	-0.1295-0.1753i  0.5345-0.3743i   -0.0032-0.0609i  0.0521+0.1128i
73	0.1553+0.0084i   -0.3138+0.4528i  -0.3602-0.0581i  -0.0818+0.0351i
		74	0.1735+0.2151i   -0.0962+0.0888i  -0.2042+0.3012i  -0.2915-0.0832i
75	0.1804-0.2880i   0.3666+0.2216i   0.1077+0.1223i   0.0032-0.1396i
		76	0.0928+0.2251i   0.3730-0.0024i   0.0619-0.2330i   0.0405-0.0972i
77	0.1290+0.0203i   -0.1557+0.0657i  0.2342-0.0120i   0.0419-0.0987i
		78	0.0783+0.1347i   0.2168-0.1714i   0.2727+0.2159i   -0.1172+0.0025i
79	0.0356-0.1771i   0.2792-0.2540i   -0.3388+0.1039i  0.0184-0.0659i
		80	-0.0642+0.1398i  0.0134-0.1297i   -0.0693-0.0411i  -0.0896+0.0785i
81	-0.1249+0.4015i  -0.0013-0.2032i  0.0976+0.1592i   0.0240+0.1210i
		82	-0.1267-0.0117i  -0.0892-0.2369i  0.0100+0.2588i   -0.0019-0.0713i
83	0.0141+0.0364i   0.0426-0.2080i   0.1365+0.1440i   0.0758+0.2367i
		84	-0.2086-0.1223i  -0.2226-0.0819i  -0.0108-0.0041i  0.0118-0.1804i
85	0.1039-0.1102i   0.0084+0.2197i   0.0211+0.1495i   0.2262-0.0236i
		86	0.0436+0.0552i   0.1966-0.0101i   0.0453+0.1821i   0.0659+0.1355i
87	0.2330+0.0298i   -0.0558+0.1776i  0.0765+0.0851i   0.1001-0.1499i
		88	-0.0591-0.2781i  -0.0960-0.0879i  0.0468+0.1917i   -0.0670-0.0436i
89	0.3490+0.1928i   -0.2112-0.0588i  -0.0693-0.0641i  0.0707+0.1595i
		90	0.0052+0.1360i   0.0944+0.0966i   0.1553-0.1665i   0.0385-0.0643i
91	0.0684-0.0813i   -0.2413-0.0142i  -0.0938+0.0370i  -0.3013-0.0720i
		92	-0.3702-0.1630i  0.1868+0.1089i   -0.0491+0.0652i  0.1720-0.0560i
93	0.2860+0.0636i   0.2378+0.0805i   0.0938-0.0694i   0.0036-0.0307i
		94	0.1744-0.0565i   0.1158+0.0997i   0.0349+0.0415i   -0.0939-0.0092i
95	0.0842-0.0441i   -0.2013+0.0685i  0.1363+0.0723i   -0.0068+0.1145i
		96	0.1026-0.0652i   0.1348-0.0288i   -0.0274+0.1364i  -0.0777-0.1700i
97	-0.0415-0.0112i  0.0295+0.0137i   0.0886+0.0067i   -0.1050+0.0398i
		98	-0.0109+0.1434i  -0.0730+0.0437i  -0.0405+0.0072i  0.0017+0.0308i
99	0.0484+0.0324i   0.1825+0.0822i   0.0267+0.0595i   0.1546+0.1820i
		100	-0.0938+0.0154i  -0.0917-0.0202i  0.0376+0.1489i   0.0910-0.0622i

||h_i||见下表：

表2  100个用户设备的空间特征图的模值

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											||hi||	2.9330	1.6770	2.2038	2.3203	2.7774	3.0849	2.1511	2.7290	1.5403	2.4130

i	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
											||hi||	1.1254	1.9550	1.8074	1.4054	2.0720	1.4120	1.3585	1.1884	1.5476	1.0813

i	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50
											||hi||	1.5020	1.4485	0.7096	0.9945	1.3083	0.6903	0.9509	1.0243	0.8011	0.6496

i	51	52	53	54	55	56	57	58	59	60
											||hi||	0.7483	0.7988	0.4458	0.9749	0.8443	0.6015	1.0168	0.7416	0.8220	0.5328

i	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70
											||hi||	0.6324	0.7870	0.4583	0.7413	0.7215	0.5093	0.2770	0.8492	0.5093	0.7671

i	71	72	73	74	75	76	77	78	79	80
											||hi||	0.6796	0.7017	0.6847	0.5638	0.5874	0.5173	0.3348	0.4852	0.5526	0.2477

i	81	82	83	84	85	86	87	88	89	90
											||hi||	0.5179	0.3904	0.3843	0.3842	0.3819	0.3187	0.3680	0.3783	0.4963	0.3070

i	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100
											||hi||	0.4194	0.4998	0.4043	0.2623	0.3020	0.2967	0.1530	0.1749	0.3236	0.2314

在这100个用户设备中，空间特征图的模值||h_i||(1≤i≤100)较小的前50％用户设备的序号组成的集合为S₁＝{43，46，49，50，51，52，53，56，58，59，60，61，62，63，64，65，66，67，69，70，71，72，73，74，75，76，77，78，79，80，81，82，83，84，85，86，87，88，89，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，100}。π(i)表示选定的第i个配对用户设备的序号，π(i)∈{1，2，...，100}，1≤i≤4。已有配对用户设备集合

候选配对用户设备集合T₁＝{1，2，...，100}。

第2步：使用Round-Robin调度方法生成第一个配对用户设备，其序号记为π(1)，以下对π(1)＝47和π(1)＝56分别进行讨论。

首先，讨论π(1)＝47的情况。

π(1)＝47时，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{47}，并令g₍₁₎＝h_π(1)＝[-0.6157+0.1257i，-0.4760-0.1519i，0.0678-0.0167i，0.5040+0.0267i]^T令i＝2，由于 $47\&NotElement;S_1,$ 故令基站配置量FLAG＝0，转步骤三；

第3步：从候选配对用户设备集合T₁中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备47)的

g₍₁₎＝[-0.6157+0.1257i，-0.4760-0.1519i，0.0678-0.0167i，0.5040+0.0267i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_2=\{k\&Element;T_1,k\&NotEqual;47|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(1\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表3候选配对用户设备的正交性

表3(续1)候选配对用户设备的正交性

表3(续2)候选配对用户设备的正交性

T₂＝{1，5，6，9，10，13，14，18，21，23，28，29，30，32，33，34，37，38，44，49，53，59，60，64，70，71，78，80，81，85，86，89，91，95，97，99}。

显然T₂不为空，而FLAG＝0，于是转步骤四。

第4步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₂，一一计算其与已有配对用户设备集合中的每一个用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 如下表所示：

表4候选配对用户设备的正交分量

表4(续1)候选配对用户设备的正交分量

23	0.5121+0.4485i，-0.8672-0.3463i，-0.1446+0.0317i，-0.3644-0.4676i
		28	-0.4337+0.2125i，0.7170+0.3581i，0.3092+0.6844i，0.2581-1.4151i
29	0.7156+0.1646i，-0.1145-0.9221i，-0.0027-0.7684i，0.4009+0.3989i
		30	-0.1016-0.7275i，-0.5269-0.5190i，-0.2226+0.1648i，-0.5116-0.9406i
32	0.9135+1.5144i，-0.0201+0.2176i，0.2638+1.0437i，0.8079-0.4571i
		33	-0.0040+0.0631i，0.5938-0.7816i，-0.0595-1.4099i，0.2457+0.3843i
34	-0.5060+0.3521i，0.4402-0.0214i，0.7391-0.2597i，-0.4485+0.8282i
		37	-0.8584+0.2638i，0.1339+0.3328i，-0.3280+0.3634i，-0.8216-0.1866i
38	0.0218+0.6685i，0.0676+0.0972i，-0.0956+0.2809i，-0.0710+0.8737i
		44	-0.2402-0.4792i，-0.2850+0.3886i，-0.0090-0.1052i，-0.2944-0.6407i
49	-0.3431-0.3739i，0.0096+0.0976i，0.1509-0.4192i，-0.3461+0.4655i
		53	0.2388-0.1538i，-0.2725-0.0621i，-0.0380+0.0612i，0.0527+0.1592i
59	0.2201-0.1122i，-0.0493-0.2545i，-0.1257-0.3758i，0.2060-0.5263i
		60	-0.0681-0.0536i，0.1575-0.2023i，0.0582+0.4845i，0.0261+0.0002i
64	-0.5280-0.1615i，0.3788-0.0445i，0.1630-0.1690i，-0.2908+0.0547i
		70	-0.2781+0.1012i，0.3837+0.4107i，-0.2658-0.0677i，0.1394+0.2886i
71	-0.1504+0.0987i，0.0137+0.3105i，0.1540+0.0196i，-0.1503+0.5368i
		78	-0.0319+0.1250i，0.1441-0.2209i，0.2850+0.2165i，-0.0335+0.0323i
80	-0.0516+0.1204i，0.0297-0.1383i，-0.0706-0.0389i，-0.1033+0.0911i
		81	0.0051+0.4191i，0.0820-0.1405i，0.0831+0.1578i，-0.0735+0.0811i
85	0.1097-0.0716i，-0.0025+0.2487i，0.0203+0.1453i，0.2295-0.0547i
		86	-0.0180+0.0147i，0.1696-0.0621i，0.0523+0.1863i，0.1055+0.1794i
89	0.3314+0.2628i，-0.2505-0.0171i，-0.0676-0.0720i，0.0985+0.1087i
		91	0.0052-0.0572i，-0.2946-0.0220i，-0.0868+0.0340i，-0.2473-0.0780i
95	0.1059-0.0616i，-0.1794+0.0647i，0.1339+0.0743i，-0.0273+0.1238i
		97	-0.0722-0.0296i，0.0154-0.0110i，0.0921+0.0086i，-0.0849+0.0604i
99	0.0126+0.0010i，0.1698+0.0465i，0.0308+0.0628i，0.1761+0.2137i

由此算得||g_k||，得

表5候选配对用户设备的正交分量的模值

k(k∈T2)	1	5	6	9	10	13	14	18	21	23
											||gk||	2.9255	2.6205	3.0868	1.4803	2.3271	2.0904	2.6471	1.2912	1.6950	1.3072

k(k∈T2)	28	29	30	32	33	34	37	38	44	49
											||gk||	1.8731	1.5208	1.5198	2.2795	1.7795	1.4405	1.3728	1.1480	1.0139	0.8956

k(k∈T2)	53	59	60	64	70	71	78	80	81	85
											||gk||	0.4383	0.7776	0.5586	0.7701	0.7625	0.6810	0.4653	0.2503	0.4959	0.3953

k(k∈T2)	86	89	91	95	97	99
							||gk||	0.3376	0.5227	0.4080	0.3015	0.1608	0.3358

选择||g_k||最大的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(2\right)=\arg \underset{k\&Element;T_2}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|=6,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{6}，即S₀＝{47，6}。令

g₍₂₎＝g_π(2)＝[0.6482+0.9489i，-1.5294-1.0258i，1.3716+0.3473i，-1.4189+0.8951i]^T由于已有配对用户设备集合中的用户设备个数|S₀|＝2＜4，则令i＝3，回到步骤三；

第5步：从候选配对用户设备集合T₂中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备6)的

g₍₂₎＝[0.6482+0.9489i，-1.5294-1.0258i，1.3716+0.3473i，-1.4189+0.8951i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_3=\{k\&Element;T_2,k\&NotEqual;6|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(2\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(2\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表6候选配对用户设备的正交性

T₃＝{5，10，18，29，30，32，33，34，38，44，59，64，86}。

显然T₃不为空，而FLAG＝0，于是转步骤四。

第6步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₃，一一计算其与已有配对用户设备集合中的每一个用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 如下表所示：

表7候选配对用户设备的正交分量

由此算得||g_k||，得

表8  候选配对用户设备的正交分量的模值

k(k∈T3)	5	10	18	29	30	32	33
								||gk||	2.5548	2.3635	1.3151	1.6284	1.8625	2.3249	1.8355

k(k∈T3)	34	38	44	59	64	89
							||gk||	1.3413	1.0982	0.9826	0.7508	0.8703	0.3538

选择||g_k||最大的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(3\right)=\arg \underset{k\&Element;T_3}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|=5,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{5}，即S₀＝{47，6，5}。令

g₍₃₎＝g_π(3)＝[0.9254+0.6743i，0.8151-0.9838i，-0.0451+0.8778i，1.4176+0.8955i]^T由于已有配对用户设备集合中的用户设备个数|S₀|＝3＜4，则令i＝4，回到步骤三；

第7步：从候选配对用户设备集合T₃中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备5)的

g₍₃₎＝[0.9254+0.6743i，0.8151-0.9838i，-0.0451+0.8778i，1.4176+0.8955i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即 $T_4=\{k\&Element;T_3,k\&NotEqual;5|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(3\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(3\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表9候选配对用户设备的正交性

T₄＝{33}。

显然T₄不为空，而FLAG＝0，于是转步骤四。

第8步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₄，一一计算其与已有配对用户设备集合中的每一个用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 如下表所示：

表10候选配对用户设备的正交分量

由此算得||g_k||，得

表11候选配对用户设备的正交分量的模值

k(k∈T4)	33
		||gk||	1.8208

选择||g_k||最大的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(4\right)=\arg \underset{k\&Element;T_4}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|=33,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{33}，即S₀＝{47，6，5，33}。令

g₍₄₎＝g_π(4)＝[0.0327+0.0247i，0.3360-0.6011i，0.0548-1.5970i，0.0845+0.5281i]^T由于已有配对用户设备集合中的用户设备个数|S₀|＝4，因此转步骤六；

第9步：如果是上行链路系统，对已有配对用户设备集合S₀＝{47，6，5，33}中的4个用户设备进行等功率分配，每个用户设备端的发射功率为1000/4＝250，这四个用户设备端的发射天线与基站天线一道，组成4发4收的虚拟MIMO系统，从用户设备端向基站发送数据。基站用MMSE接收机将各用户设备发送来的信号进行检测处理，从而完成一次虚拟MIMO通信。

如果是下行链路系统，对发送给已有配对用户设备集合S₀＝{47，6，5，33}中的4个用户设备的数据进行等功率分配，每个用户设备数据的发射功率为1000/4＝250，并根据4个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形，基站天线与这四个用户设备端的接收天线一道，组成4发4收的虚拟MIMO系统，然后将经过发射波束成形的数据从基站发送给用户设备端，从而完成一次虚拟MIMO通信。

下面，讨论第2步中使用Round-Robin调度方法生成第一个配对用户设备π(1)为π(1)＝56的情况。

π(1)＝56时，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{56}，并令

g₍₁₎＝h_π(1)＝[0.0487+0.1188i 0.0638+0.4048i-0.3453-0.1420i 0.1948-0.0019i]^T令i＝2，由于56∈S₁，故令基站配置量FLAG＝1，转步骤三；

第3步：从候选配对用户设备集合T₁中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备56)的

g₍₁₎＝[0.0487+0.1188i，0.0638+0.4048i，-0.3453-0.1420i，0.1948-0.0019i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_2=\{k\&Element;T_1,k\&NotEqual;56|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(1\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(1\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表12候选配对用户设备的正交性

表12(续1)候选配对用户设备的正交性

T₂＝{5，7，9，10，14，16，18，27，29，30，32，34，35，37，38，41，43，44，45，46，50，51，54，57，59，62，64，71，74，76，80，81，87，89，90，91，92，100}。

显然T₂不为空，而FLAG＝1，于是转步骤五。

第4步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₂，按照逆选法的衡量准则，计算 $l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$ 其中P_k＝P_total/4＝250，N₀＝1，结果如下表所示：

表13候选配对用户设备的逆选法衡量指标

k(k∈T2)	5	7	9	10	14	16	18	27	29	30
											lk	0.0296	0.0152	0.0226	0.0327	0.0392	0.0200	0.0039	0.0483	0.0414	0.0536

k(k∈T2)	32	34	35	37	38	41	43	44	45	46
											lk	0.0327	0.0556	0.0129	0.0056	0.0243	0.0511	0.0395	0.0047	0.0440	0.0102

k(k∈T2)	50	51	54	57	59	62	64	71	74	76
											lk	0.0562	0.0254	0.0268	0.0165	0.0179	0.0035	0.0155	0.0483	0.0451	0.0441

k(k∈T2)	80	81	87	89	90	91	92	100
									lk	0.0166	0.0316	0.0413	0.0443	0.0328	0.0301	0.0350	0.0208

选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(2\right)=\arg \underset{k\&Element;T_2}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|=62,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(2)}，即S₀＝{56，62}。令

g₍₂₎＝h_π(2)＝[-0.3746+0.1258i，-0.0232+0.0994i，0.2197+0.2547i，0.5735+0.1038i]^T由于已有配对用户设备集合S₀满足|S₀|＝2＜4，故令i＝3，回到步骤三；

第5步：从候选配对用户设备集合T₂中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备62)的

g₍₂₎＝[-0.3746+0.1258i，-0.0232+0.0994i，0.2197+0.2547i，0.5735+0.1038i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_3=\{k\&Element;T_2,k\&NotEqual;62|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(2\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(2\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表14候选配对用户设备的正交性

T₃＝{9，14，29，30，34，37，43，44，51，64，74，80，89}。

显然T₃不为空，而FLAG＝1，于是转步骤五。

第6步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₃，按照逆选法的衡量准则，计算 $l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$ 其中P_k＝P_total/4＝250，N₀＝1，结果如下表所示：

表15候选配对用户设备的逆选法衡量指标

k(k∈T3)	9	14	29	30	34	37	43
								lk	0.0414	0.0531	0.0786	0.0656	0.0671	0.0290	0.1351

k(k∈T3)	44	51	64	74	80	89
							lk	0.0338	0.0409	0.0262	0.1358	0.0480	0.0712

选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(3\right)=\arg \underset{k\&Element;T_3}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|=64,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(3)}，即S₀＝{56，62，64}。令

g₍₃₎＝h_π(3)＝[-0.4236-0.0867i，0.4221+0.0480i，0.1511-0.1769i，-0.3569-0.0246i]^T由于已有配对用户设备集合S₀满足|S₀|＝3＜4，故令i＝4，回到步骤三；

第7步：从候选配对用户设备集合T₃中，选出空间特征图与最近一次选定的配对用户设备(即用户设备64)的

g₍₃₎＝[-0.4236-0.0867i，0.4221+0.0480i，0.1511-0.1769i，-0.3569-0.0246i]^T正交性较好的那些用户设备作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_4=\{k\&Element;T_3,k\&NotEqual;64|\frac{\left|h_k^H{g}_{\left(3\right)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{\left(3\right)}\left|\right|}<0.4\}.$ 计算结果如下表：

表16候选配对用户设备的正交性

T₄＝{9，30，43，74}。

显然T₄不为空，而FLAG＝1，于是转步骤五。

第8步：对候选配对用户设备集合中的每一个用户设备k∈T₄，按照逆选法的衡量准则，计算 $l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$ 其中P_k＝P_total/4＝250，N₀＝1，结果如下表所示：

表17候选配对用户设备的逆选法衡量指标

k(k∈T4)	9	30	43	74
					lk	0.0886	0.1137	0.1702	0.1711

选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，即 $\mathrm{\&pi;}\left(4\right)=\arg \underset{k\&Element;T_4}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|=9,$ 更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(4)}，即S₀＝{56，62，64，9}。由于此时已有配对用户设备集合S₀满足|S₀|＝4，因此转步骤六；

第9步：如果是上行链路系统，对已有配对用户设备集合S₀＝{56，62，64，9}中的4个用户设备进行等功率分配，每个用户设备端的发射功率为1000/4＝250，这四个用户设备端的发射天线与基站天线一道，组成4发4收的虚拟MIMO系统，从用户设备端向基站发送数据。基站用MMSE接收机将各用户设备发送来的信号进行检测处理，从而完成一次虚拟MIMO通信。

如果是下行链路系统，对发送给已有配对用户设备集合S₀＝{56，62，64，9}中的4个用户设备的数据进行等功率分配，每个用户设备数据的发射功率为1000/4＝250，并根据4个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形，基站天线与这四个用户设备端的接收天线一道，组成4发4收的虚拟MIMO系统，然后将经过发射波束成形的数据从基站发送给用户设备端，从而完成一次虚拟MIMO通信。

图3示出了根据本发明的基站300的示意方框图。

如图3所示，基站300包括：空间特征图获取装置310、配对用户设备产生装置320、候选配对用户设备集合选择装置330、配对用户设备选择装置340和数据传输装置350。

空间特征图获取装置310用于在一个调度周期内，获得K个用户设备的空间特征图h_i(1≤i≤K)(通过用户设备发送的参考信号获得)，S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值||h_i||小于第一预设阈值的用户设备的序号组成的集合，S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合，令T₁＝{1，2，...，K}。

配对用户设备产生装置320用于针对这一调度周期内的当前时隙，使用Round-Robin调度方法，产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并取g₍₁₎＝h_π(1)，i＝2。如果 $\mathrm{\&pi;}\left(1\right)\&NotElement;S_1,$ 则令基站配置量FLAG＝0，否则，令基站配置量FLAG＝1。

候选配对用户设备集合选择装置330用于从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性小于第二预设阈值α的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合T_i，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\}.$

配对用户设备选择装置340用于在

且FLAG＝1时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，根据由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间，一一计算

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

选择使l_k最小的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(1\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\min }\left|\right|l_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备；而在

但FLAG＝0时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算与由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间相正交的分量

$g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$

选择使||g_k||最大的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备；更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝g_π(i)。

数据传输装置350，用于在或者已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|等于基站的接收天线的总数M时，与已有配对用户设备集合S₀中的用户设备组成虚拟多输入多输出通信系统，执行当前时隙的数据传输。

候选配对用户设备集合选择装置330还用于在已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M时，更新用户设备计数i←i+1，选取新的候选配对用户设备集合T_i。

针对上行数据通信，数据传输装置350用线性最小均方误差(MMSE)接收机对各用户设备发送来的信号进行接收。

针对下行数据通信，在候选配对用户设备集合选择装置330和数据传输装置350中，将已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的接收天线的总数M之间的比较转换为已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的发射天线的总数Q之间的比较。此外，针对下行数据通信，数据传输装置350对发送给已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的数据进行等功率分配，根据各个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形，然后，将经过发射波束成形的数据发送给用户设备。

在完成当前时隙的数据传输后，配对用户设备产生装置320产生针对下一时隙的第一个配对用户设备π(1)。

在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，空间特征图获取装置310重新获得K′个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K′(此时，小区中的用户设备数可能已经发生变化 $K\&DoubleRightArrow;K^{\&prime;}$ )。

图4所示为虚拟MIMO系统中10000次调度周期后平均每次调度周期内各个用户设备在不同配对方案下平均吞吐量的值(按照由大到小排序)。系统仿真参数为：基站天线数M＝4，用户设备总数K＝100；小尺度衰落模型为Rayleigh平坦衰落；大尺度传播功率衰减系数γ_i按dB值在[-20，0]之间取等间隔值，以此模拟不同用户设备经历不同的路径损耗和阴影的情境。用户设备端发送总功率P_total设为1000(即30dB)，且采用等功率分配；噪声功率N₀设为1(即0dB)。在一次调度周期内，将所有||h_i||按从小到大排序，取定前50％的那部分用户设备组成以逆选方案配对的集合S₁。判决正交性的参数α设为α＝0.4。通信方案有四种，其中包括三种配对方案和一种无配对方案。三种配对方案是：随机配对、T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交配对、和本发明提出的部分逆选半正交配对；最后一种无配对方案是用户设备端单天线发送、基站端多天线接收的接收分集方案，以供比较。

可以看出，T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交配对方案公平性较差，不仅有近70％的用户设备吞吐量不如3GPP提案R1-051422(3GPP TSG-RAN1，R1-051422)提出的随机配对方案，而且甚至还有30％的用户设备比不上无配对的接收分集方案；相比之下，本发明提出的部分逆选半正交配对方案则保证了所有用户设备都超过无配对的接收分集方案下的吞吐量，使所有用户设备都能从参与虚拟MIMO通信中受益，而且对那些信道条件较差的用户设备，其吞吐量与随机配对方案几乎相当，这样的公平性令人满意。

图5所示为在图4仿真参数下平均每次调度周期内各种配对方案的系统总吞吐量的比较：1为无配对的接收分集；2为3GPP提案R1-051422(3GPP TSG-RAN1，R1-051422)提出的随机配对；3为本发明提出的部分逆选半正交配对；4为T.Yoo和A.Goldsmith所提出的现有半正交配对。

可以看出，部分逆选半正交配对方案和现有半正交配对方案在系统总吞吐量上都超过随机配对方案，前者超过49.7％，后者超过65.4％。可见，本发明提出的部分逆选半正交配对方案在系统总吞吐量上虽然比起现有半正交配对方案有一定的损失，但仍然明显高于随机配对方案。

本发明以提高信道条件较差用户设备的吞吐量为出发点，提出了一种部分逆选半正交用户设备配对方法。该方法通过分析MMSE接收机的SINR表达式，对信道条件较差的部分用户设备提出“逆选”的配对准则。计算机仿真结果表明，该方法在系统总吞吐量下降不多的前提下，能有效提高信道条件较差的用户设备的吞吐量，从而在系统总吞吐量和用户设备公平性之间取得较好的折衷。

应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本发明的技术方案，但并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和单元结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本发明的总体发明思想所必需的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体实例的限制。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (18)

1.一种用户设备配对方法，包括：

在一个调度周期内，获得K个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K，S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值‖h_i‖小于第一预设阈值的用户设备的序号组成的集合，S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合，令

T₁＝{1，2，...，K}；

针对这一调度周期内的当前时隙，按照所有K个用户设备轮流的方式产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并取g₍₁₎＝h_π(1)，i＝2；

从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性满足第二预设阈值α的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\};$

如果

且π(1)∈S₁，则对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，根据由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间，一一计算

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

其中，P_k是用户设备k的发射功率，N₀是噪声功率，选择使l_k最小的用户设备

作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝h_π(i)；以及

如果

或者已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|等于基站的接收天线的总数M，则已有配对用户设备集合S₀中的用户设备与基站组成虚拟多输入多输出通信系统，执行当前时隙的数据传输。

2.根据权利要求1所述的用户设备配对方法，还包括：

如果

但

则对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算与由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间相正交的分量

选择使‖g_k‖最大的用户设备作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝g_π(i)。

3.根据权利要求1所述的用户设备配对方法，还包括：

如果已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M，则更新用户设备计数i←i+1，返回候选配对用户设备集合T_i选取步骤。

4.根据权利要求2所述的用户设备配对方法，还包括：

如果已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M，则更新用户设备计数i←i+1，返回候选配对用户设备集合T_i选取步骤。

5.根据权利要求1～4之一所述的用户设备配对方法，其特征在于：

针对上行数据通信，

对已有配对用户设备集合S₀中的用户设备进行等功率分配，用户设备联合向基站发送数据；以及

基站用线性最小均方误差接收机对各用户设备发送来的信号进行接收。

6.根据权利要求1～4之一所述的用户设备配对方法，其特征在于：

针对下行数据通信，将上述已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的接收天线的总数M之间的比较转换为已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的发射天线的总数Q之间的比较；以及

针对下行数据通信，

对发送给已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的数据进行等功率分配；

根据各个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形；以及

将经过发射波束成形的数据发送给用户设备。

7.根据权利要求1～4之一所述的用户设备配对方法，其特征在于：

在完成当前时隙的数据传输后，产生针对下一时隙的第一个配对用户设备π(1)；以及

在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，重新获得K′个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K′。

8.根据权利要求1～4之一所述的用户设备配对方法，其特征在于：

用户设备的空间特征图h_i是通过用户设备发送的参考信号获得的。

9.根据权利要求1～4之一所述的用户设备配对方法，其特征在于：

使用Round-Robin调度方法，产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)。

10.一种基站，包括：

空间特征图获取装置，用于在一个调度周期内，获得K个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K，S₁表示K个用户设备中空间特征图的模值‖h_i‖小于第一预设阈值的用户设备的序号组成的集合，S₀表示已有配对用户设备集合，T_i表示候选配对用户设备集合，令

T₁＝{1，2，...，K}；

配对用户设备产生装置，用于针对这一调度周期内的当前时隙，按照所有K个用户设备轮流的方式产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)，更新已有配对用户设备集合：S₀＝{π(1)}，并取g₍₁₎＝h_π(1)，i＝2；

候选配对用户设备集合选择装置，用于从候选配对用户设备集合T_i-1中，选出空间特征图h_k与最近一次选定的配对用户设备π(i-1)的空间特征图h_π(i-1)相对于先前配对用户设备的空间特征图所张成的空间相正交的分量g_(i-1)正交性满足第二预设阈值α的那些用户设备，作为新的候选配对用户设备集合T_i，即

$T_i=\{k\&Element;T_{i-1},k\&NotEqual;\mathrm{\&pi;}(i-1)|\frac{\left|h_k^H{g}_{(i-1)}\right|}{\left|\right|h_k\left|\right|\left|\right|g_{(i-1)}\left|\right|}<\mathrm{\&alpha;}\};$

配对用户设备选择装置，用于在

且π(1)∈S₁时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，根据由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间，一一计算

$l_k=\frac{P_k\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_k^H{g}_{\left(j\right)}\right|}^2}{1+\frac{P_k}{N_0}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2},$

其中，P_k是用户设备k的发射功率，N₀是噪声功率，选择使l_k最小的用户设备作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝h_π(i)；以及

数据传输装置，用于在

或者已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|等于基站的接收天线的总数M时，与已有配对用户设备集合S₀中的用户设备组成虚拟多输入多输出通信系统，执行当前时隙的数据传输。

11.根据权利要求10所述的基站，其特征在于：

配对用户设备选择装置还用于在

但

时，对候选配对用户设备集合T_i中的每一个用户设备k∈T_i，一一计算与由已有配对用户设备集合S₀中的每一个用户设备j∈S₀的空间特征图所张成的空间相正交的分量 $g_k=h_k-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{h_k^H{g}_{\left(j\right)}}{{\left|\right|g_{\left(j\right)}\left|\right|}^2}{g}_{\left(j\right)},$ 选择使‖g_k‖最大的用户设备 $\mathrm{\&pi;}\left(i\right)=\arg \underset{k\&Element;T_i}{\max }\left|\right|g_k\left|\right|,$ 作为新的配对用户设备，更新已有配对用户设备集合：S₀←S₀∪{π(i)}，并取g_(i)＝g_π(i)。

12.根据权利要求10所述的基站，其特征在于：

候选配对用户设备集合选择装置还用于在已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M时，更新用户设备计数i←i+1，选取新的候选配对用户设备集合T_i。

13.根据权利要求11所述的基站，其特征在于：

候选配对用户设备集合选择装置还用于在已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|小于基站的接收天线的总数M时，更新用户设备计数i←i+1，选取新的候选配对用户设备集合T_i。

14.根据权利要求10～13之一所述的基站，其特征在于：

针对上行数据通信，

数据传输装置用线性最小均方误差接收机对各用户设备发送来的信号进行接收。

15.根据权利要求10～13之一所述的基站，其特征在于：

针对下行数据通信，在上述候选配对用户设备集合选择装置和上述数据传输装置中，将已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的接收天线的总数M之间的比较转换为已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的个数|S₀|与基站的发射天线的总数Q之间的比较；以及

针对下行数据通信，数据传输装置

对发送给已有配对用户设备集合S₀中的用户设备的数据进行等功率分配；

根据各个用户设备的空间特征图对发送数据进行发射波束成形；以及

将经过发射波束成形的数据发送给用户设备。

16.根据权利要求10～13之一所述的基站，其特征在于：

在完成当前时隙的数据传输后，配对用户设备产生装置产生针对下一时隙的第一个配对用户设备π(1)；以及

在完成当前调度周期内的所有时隙的数据传输后，空间特征图获取装置重新获得K′个用户设备的空间特征图h_i，1≤i≤K′。

17.根据权利要求10～13之一所述的基站，其特征在于：

空间特征图获取装置根据用户设备发送的参考信号获得用户设备的空间特征图h_i。

18.根据权利要求10～13之一所述的基站，其特征在于：

配对用户设备产生装置使用Round-Robin调度方法，产生针对当前时隙的第一个配对用户设备π(1)。

Images