CN106793111A - 基于动态多小区用户配对联合虚拟mimo资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配方法，主要解决现有技术无法动态调整***多小区用户配对和资源分配造成频谱利用率低和通信质量差的问题。技术方案是：以资源分配约束矩阵、用户配对约束矩阵、小区分配约束矩阵和用户对容量向量为参数，构建多小区用户配对和资源分配的模型并求解，得到最优用户配对和资源分配结果向量；依结果向量和用户调制矩阵对每个用户携带的数据信息进行调制；调制后数据信息在用户分配到的资源块上发送给信号接收机。本发明能高效进行动态多用户配对和资源分配，在满足***通信质量要求情况下实现了最大化通信***频谱利用率。用于虚拟MIMO***中的手机用户进行多小区用户配对和资源分配。

Description

基于动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及虚拟多输入多输出MIMO资源分配方法，具体是一种基于动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配方法。用于在虚拟MIMO***的上行链路中。

用于在虚拟MIMO***的上行链路中，动态地将资源块分配给已经配对好的手机用户对，使得手机用户对中各个手机用户所携带的信息在其分配到的资源块上同时发送给基站的信号接收器，最大化***的频谱利用率

背景技术

多输入多输出MIMO技术在各种无线通信***已被广泛地用于提高频谱效率。然而，由于用户设备的成本和尺寸以及等实际操作方面的困难，使得多输入多输出MIMO技术在上行链路的应用受到局限。为了解决这个问题，研究人员提出了虚拟多输入多输出MIMO的方法，有效的解决的了用户设备的成本和尺寸限制的问题，即上行链路对两个或多个用户进行配对，在相同的频带和时隙内对每个配对用户部署单个发射天线，与常规的多输入多输出MIMO***相比，虚拟多输入多输出MIMO能通过设计良好的单小区用户配对和资源调度策略来得到较大的频谱利用率和较小的误比特率。但是，由于单个小区的用户数目有限，配对用户数目有限，小区内的用户选择增益有限，用户在基站的选择增益有限，依然存在***频谱利用率不够高的问题。

现有的资源分配技术多是考虑单小区用户配对问题和资源分配问题，一般是先考虑单小区用户配对问题，即进行固定数目的单小区用户配对；再考虑资源分配问题，即以***频谱利用率最大化为优化目标，将资源块分配给已经配好的用户对。这种方法没有将多小区用户配对问题考虑进来，没有考虑多小区用户配对存在的选择增益，所以不能得到最大的***频谱利用率；

综上，目前随着移动用户的增加及用户业务的增加，现有的多输入多输出MIMO***其***频谱利用率不高，并且，现有方法不能保证***的误码率在某一门限值之下，影响通信质量的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种充分利用频谱资源，通信质量较高的基于动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配方法。

本发明是一种基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤，

(1)基站获得基本参数

(2)基站获取当前时隙的待配对用户集合l、单个N_u小区待配对用户数N_u、小区数目L、资源块集合r、资源块个数N、接收天线数N_r以及各个用户到各小区基站的距离d；

(2)构建资源分配约束矩阵

根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P；根据该可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：1_|G|和1_L表示单位向量，其中1_|G|为长度与可选用户对集合G的元素数目|G|相同的单位向量，1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，表示求克罗内克积的运算；

(3)构建用户配对约束矩阵

根据待配对用户集合l和接收天线数N_r，生成可选用户对集合G；根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，得到用户配对约束矩阵：1_L和1_P表示单位向量，其中1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，1_P为长度与单小区待配对用户数N_u相同的单位向量；

(4)构建小区分配约束矩阵

根据得到的资源块分配集合P，用户对集合G，小区数目L，得到小区分配约束矩阵：其中1_L表示长度与小区数目L相同，I_L是单位矩阵，1_P×|G|表示长度为P×|G|的单位向量；

(5)计算衰减因子，生成用户调制阶数矩阵和用户对容量矩阵

β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，根据各个用户到各小区基站的距离，计算出各个用户到各小区基站的相对衰减因子，再根据小区数目L迭代生成大小为N*L*N_u行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户对无衰减容量矩阵ψ，其中，Na数值上等于可选用户对集合G中的元素个数，然后，由衰减因子β和用户对无衰减容量矩阵ψ得到实际用户对容量矩阵ζ；

(6)计算用户容量向量

根据资源块分配模式矩阵T和用户对容量矩阵ψ，采用信道容量计算得到容量向量η；

(7)构造及求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

(7.1)构造动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

以资源分配约束矩阵C1、用户配对约束矩阵C2、小区分配约束矩阵C3和容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配模型，实现在用户数目，资源块数目，小区数目三者共同约束的最大***容量；

s.t.C1x≤1_N

C3x≤1_L

其中，x表示用户配对，资源分配和小区分配的指示向量，η^Tx表示***容量值，1_N表示长度是N且元素全部等于1的向量，表示长度是N_u且元素全部等于1的向量，1_L表示长度是L且元素全部等于1的向量,(·)^T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；

(7.2)求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

利用商用软件MATLAB求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型，求解出用户配对，资源分配和小区分配的指示向量x，指示向量x携带有多小区动态用户所需要服务的数据信息；

(8)对用户携带的多小区动态用户所需要服务的数据信息进行调制

根据具体的用户配对，资源分配和小区分配的数据结果向量U和的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的数据进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给基站，完成本时隙用户流的用户配对，资源分配和小区分配；

(9)继续进行下一时隙的调度分配

判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回步骤(1)继续进行动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源调度；否则，完成所有用户流的用户配对，资源分配和小区分配。

本发明在动态的调整***内的用户配对和资源分配，实现对用户的自适应调制的基础上，再加入多小区之间的基站选择，在保证***误比特率的同时确保***频谱利用率达到最大。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本发明采用构建多小区用户配对和资源分配联合模型的方法，将多小区用户配对问题和资源分配问题联合起来同时考虑，克服了现有技术中不能同时进行多小区用户配对和资源分配的问题，也克服了现有技术只能进行固定的2用户配对的问题，使得本发明能高效地同时进行动态的多小区用户配对和资源分配，进而最大化***的频率利用率；

第二，由于本发明采用在给定***误比特率门限的情况下，根据信道状态动态地进行多小区用户配对和资源分配的方法，克服了现有技术在资源分配过程中不能保证***通信质量的问题，使得本发明能在最大化***的频率利用率的同时，保证***的误比特率在门限值之下，进而提高了***通信质量。

附图说明：

图1是本发明的流程示意图；

图2是用本发明和现有技术，在是否包含多小区的选择增益下的用户配对和资源分配后***的频谱利用率仿真对比图；

图3是用本发明和现有技术，在各小区用户数目较多或者较少的时候，对用户配对和资源分配后***的频谱利用率仿真对比图。

具体实施方式

随着通信用户数目的增加，城市小区的微小化，频谱资源的日益紧张，现有技术对于单个小区的用户的选择和资源块的分配已不能实现频谱的更高效利用，因此本发明提出了一种动态多小区的用户配对及资源分配的方案。参照附图1，本发明的具体实施步骤如下：

实施例1

本发明是一种基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，参见图1，包括有如下步骤，

(1)基站获得基本参数

基站获取当前时隙的待配对用户集合l、单个N_u小区待配对用户数N_u、小区数目L、资源块集合r、资源块个数N、接收天线数N_r以及各个用户到各小区基站的距离d；本发明基站获取的参数不仅包括用户自身的参数，还包括资源块，小区的参数。

(2)构建资源分配约束矩阵

根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P；根据该可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：1_|G|和1_L表示单位向量，其中1_|G|为长度与可选用户对集合G的元素数目|G|相同的单位向量，1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，表示求克罗内克积的运算，资源分配约束矩阵反映了完备的资源块组合方案。

(3)构建用户配对约束矩阵

根据待配对用户集合l和接收天线数N_r，生成可选用户对集合G；根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，得到用户配对约束矩阵：1_L和1_P表示单位向量，其中1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，1_P为长度与单小区待配对用户数N_u相同的单位向量，也就是其中1_L表示长度与小区数目L相同，且元素取值都等于1的向量，1_P表示长度与单个小区待配对用户数N_u相同，且元素取值都等于1的向量，用户配对约束矩阵反映了完备的用户配对方案。

(4)构建小区分配约束矩阵

根据得到的资源块分配集合P，用户对集合G，小区数目L，得到小区分配约束矩阵：其中1_L表示长度与小区数目L相同，I_L是单位矩阵，1_P×|G|表示长度为P×|G|的单位向量；小区分配约束矩阵体现了完备的小区分配方案。

以上步骤构造本发明调度准则的约束条件。

(5)计算衰减因子，生成用户调制阶数矩阵和用户对容量矩阵

β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，根据各个用户到各小区基站的距离，计算出各个用户到各小区基站的相对衰减因子；引入信道相对衰减因子β，再根据小区数目L迭代生成大小为N*L*N_u行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户对无衰减容量矩阵ψ，其中，Na数值上等于可选用户对集合G中的元素个数，然后，由衰减因子β和用户对无衰减容量矩阵ψ得到实际用户对容量矩阵ζ；引入信道相对衰减因子β，用于描述用户与基站之间的实际增益情况。即通过衰减因子，计算得到了实际的信道增益信息，进而得到了每个用户的容量，以备后面资源分配，调度使用。

(6)计算用户容量向量

根据步骤(2)得到的资源块分配模式矩阵T和步骤(5)得到的用户对容量矩阵ψ，采用信道容量计算得到容量向量η；

以上步骤构造本发明调度准则的目标函数。

(7)构造及求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

(7.1)构造动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

以步骤(2)得到的资源分配约束矩阵C1、步骤(3)得到的用户配对约束矩阵C2、步骤(4)得到的小区分配约束矩阵C3和步骤(6)得到的容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配模型，实现在用户数目，资源块数目，小区数目三者共同约束的最大***容量；

s.t.C1x≤1_N

C3x≤1_L

其中，x表示用户配对，资源分配和小区分配的指示向量，η^Tx表示***容量值，1_N表示长度是N且元素全部等于1的向量，表示长度是N_u且元素全部等于1的向量，1_L表示长度是L且元素全部等于1的向量,(·)^T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；

(7.2)求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

利用商用软件MATLAB求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型，求解出用户配对，资源分配和小区分配的指示向量x，指示向量x携带有多小区动态用户所需要服务的数据信息。

(8)对用户携带的多小区动态用户所需要服务的数据信息进行调制

根据具体的用户配对，资源分配和小区分配的数据结果向量U和步骤(5)得到的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的数据进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给基站，完成本时隙用户流的用户配对，资源分配和小区分配；

(9)继续进行下一时隙的调度分配

判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回步骤(1)继续进行动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源调度；否则，完成所有用户流的用户配对，资源分配和小区分配。

现有技术中由于没有考虑多小区用户配对带来的更大的选择增益，***的误码率性能，故不能保证***的误码率在某一门限值之下，影响通信质量的提高。

本发明的具体思路是，通过基站获得用户配对约束矩阵、资源分配约束矩阵、小区分配约束矩阵和用户对容量向量，用这些参数构建联合用户配对和资源分配的数学模型并求解，以得到最优的用户配对结果和资源分配结果。

实施例2

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1，其中步骤(2)中所述的根据资源块集合r和资源块个数N＝4，形成可选资源块分配集合P，包括有如下步骤：

2a)生成一个空的初始可选资源块分配集合P₀；

2b)在资源块集合r＝{r₁,r₂,…,r_j,…,r₄},中选取1个资源块，将这个资源块的编号作为一个元素放入P₀中；

2c)在资源块集合r中选取2个连续的资源块，将这2个连续资源块的2个编号作为一个元素放入P₀中；

2d)在资源块集合r中选取3个连续的资源块，将这3个连续资源块的3个编号又作为一个元素放入P₀中；

2e)在资源块集合r中选取4个连续的资源块，将这4个连续资源块的4个编号作为一个元素放入P₀中；

2f)重复步骤2b)、2c)、2d)、2e)和2f)直到在资源块集合r包含所有可能的连续资源块且互相不重复的组合情况，将赋值后的初始可选资源块分配集合P₀作为可选资源块分配集合P。

步骤(2)中所述的生成资源块分配模式矩阵T，是根据获得的可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，包括有如下步骤：

2g)生成一个N行，Z列，且元素均为0的初始资源块分配模式矩阵T₀，其中Z等于可选资源块分配集合P中元素的总个数。对资源块分配模式矩阵初始化；

2h)判断可选资源块分配集合P中第q个元素中是否包含编号等于r_j的资源块，若是，则令T₀中第r_j行、第q列的元素等于1；否则，令其等于0，这就是本发明逐步填充T矩阵。

2i)将赋有元素值的初始资源块分配模式矩阵T₀作为最终的资源块分配模式矩阵，生成资源块分配模式矩阵T。

以上完成了本发明需要的资源分配模式矩阵，以供后续步骤建模使用。

实施例3

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-2，其中步骤(3)中根据待配对用户集合l和接收天线数N_r＝4，生成可选用户对集合G，按如下步骤进行：

3a)生成一个空的初始可选用户对集合集合G₀；

3b)在待配对用户集合l＝{l₁,l₂,…,l_i,…,l₃₂}中选取1个用户，将这个用户的编号作为一个元素放入G₀中；

3c)在待配对用户集合l中选取2个用户，将这2个用户的2个编号作为一个元素放入G₀中；

3d)在待配对用户集合l中选取3个用户，将这3个用户的3个编号作为一个元素放入G₀中；

3e)在待配对用户集合l中选取4个用户，将这4个用户的4个编号作为一个元素放入G₀中；

3f)重复步骤3b)、3c)、3d)和3e)直到在待配对用户集合l中包含所有可能的且互相不重复的用户组合情况，将赋值后的初始可选用户对集合G₀作为最终的可选用户对集合G。

完成以上步骤，可以得到可选用户对集合，以供如下生成用户配对模式矩阵使用。

步骤(3)中所述的生成用户配对模式矩阵B是根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，包括有如下步骤：

3e)生成一个L×Nu＝4×8＝32行、Na列，且元素均为0的初始用户配对模式矩阵B₀，其中，Na等于可选用户对集合G中元素的个数，即

3f)判断可选用户对集合G的第p个元素中是否包含编号等于l_i的用户，若是，则令用户配对模式矩阵B₀的第l_i行、第p列的元素等于1，否则，令其等于0；

3g)将赋有元素值的初始用户配对模式矩阵B₀作为最终的用户配对模式矩阵，生成用户配对模式矩阵B。

以上完成了本发明需要的用户配对模式矩阵，以供后续步骤建模使用。

实施例4

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-3，步骤(4)中所述的构建小区分配约束矩阵是根据资源块分配集合P，用户对集合G，小区数目L，得到小区分配约束矩阵：将维度是P×|G|的单小区用户配对及资源分配联合矩阵进行多小区复制，即进行克罗内克积运算，得到多小区下，用户配对及资源分配矩阵。

实施例5

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-4，步骤(5)中所述的构建信道衰减因子，具体是，β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，也即衰减因子：

d_k,l,j是小区k中第i个用户终端到小区j基站的距离，d_k是分布在各个小区的所有用户到本小区基站的平均距离；γ是衰减指数，这里一般取值为2；z是对数正态随机变量，也就是说10log₁₀z的值服从于均值为0，标准差为σ_shad＝8dB的高斯分布，H_i,j,h表示在不考虑衰减的情况下，第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道增益，当考虑衰减因子β_k,i,j的情况下，可得到新的信道增益矩阵

即通过衰减因子，计算得到了实际的信道增益信息，进而得到了每个用户的容量，以备后面资源分配，调度使用。

实施例6

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-5，步骤(5)中的通过小区数目L迭代生成大小为N*L*Nu＝4*4*8＝128行，Na＝41448列的用户调制阶数矩阵M，及大小为N＝4行、Na列的用户对容量矩阵ψ，按如下步骤进行：

5a)令i＝1，h＝1，生成一个大小为N*L*Nu行，Na列，且元素均等于0的初始用户调制阶数矩阵M₀；同时生成一个大小为N行、Na列，且元素均等于0的初始用户对容量矩阵ψ₀；

5b)令g＝1，g表示所需要计算的用户容量中的用户个数，g最大不超过接收天线数N_r，从可选用户对集合G中选择第i个用户对；

5c)按照下式，计算在第h个资源块上，第i个用户对中的第q个用户的信干噪比的值SINR_u,k,h：

其中，E_q表示第q个用户的发射功率，σ²表示当前时隙的信道噪声功率，ζ_i,j,h表示第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道矩阵，I_n表示大小为n行、n列的单位矩阵，n表示第i个用户对包含的用户个数，(·)^H表示厄米转置操作，(·)^-1表示取逆操作，[·]_q,q表示矩阵第q行、第q列的元素；

5d)在给定误比特率门限值b的情况下，按照下式，计算第i个用户对中第q个用户在第h个资源块上的调制阶数并将该放入矩阵M₀的第(h-1)*Nu+p_q行、第v₁列，其中，v₁数值上等于i，p_q表示第q个用户的编号；

其中，b是预设的***误比特率门限值，floor(·)表示向下取整操作，log₂(·)表示取以2为底的对数操作，ln(·)表示取自然对数操作；

5e)判断g是否等于第i个用户对中包含的用户的个数n，若是，执行4f)，否则，令g＝g+1，返回4c)；

5f)判断第i个用户对中每个用户的调制阶数是否均不等于0，若是，则将第i个用户对中所有用户的调制阶数相加，得到第i个用户对的容量；否则，令第i个用户对的容量等于0；再将得到的第i个用户对的容量值放入矩阵ψ₀的第v₂行、第v₃列，其中，v₂数值上等于h，v₃数值上等于g，执行4g)；

5g)判断u是否等于可选用户对集合G中元素的个数Na，若是，则执行4h)；否则，令g＝g+1，返回4b)；

5h)判断h是否等于N，若是，则将赋有元素值的初始用户调制阶数矩阵M₀作为最终的用户调制阶数矩阵M，并将赋有元素值的初始用户容量矩阵ψ₀作为最终的用户容量矩阵ψ，结束；否则，令h＝h+1，g＝1，返回4b)，其中，h表示参与计算的资源块，N是资源块的总数。

容量的确定步骤虽然具体，但也是必不可少的。

实施例7

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-6，步骤(6)中所述的采用信道容量计算得到容量向量η是根据步骤(2)得到的资源块分配模式矩阵T和步骤(5)得到的用户对容量矩阵ψ，得到容量向量η，按如下步骤进行：

6a)令τ＝1、并生成长度为Na*Z，元素全部等于0的初始容量向量η₀，其中τ，表示容量向量η₀的行和列

6b)将用户容量矩阵ψ的第τ列数据转置后得到的行向量与资源分配矩阵T的第列数据相乘，并将该乘积赋给初始容量向量η₀中的第个元素；

6c)判断τ是否等于Na，若是，则执行6d)；否则，则令τ＝τ+1，返回6b)；

6d)判断是否等于Z，若是，则将赋值后的初始容量向量η₀作为用户容量向量η；否则，令τ＝1，返回6b)。

完成以上步骤，可以得到用户的容量向量，以供建模时，构造目标函数使用。

实施例8

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-7，步骤7.2中求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型，是根据x得到用户配对和资源分配的结果向量U，包括有如下步骤：

7.2a)令α＝1，并生成一个长度为Nr*N，且元素全部等于0的初始结果向量U₀；

7.2b)确定x中第α个等于1的元素的位置值，用该位置值除以可选用户对集合G中元素的个数Na，得到商c1以及余数c2；

7.2c)根据余数c2，找到用户配对模式矩阵B的与余数c2数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，再将这些行号按从小到大的顺序排列，若这些行号的个数不够Nr个，则在这些行号后补零，得到用户对向量

7.2d)对商c1做向上取整操作得到c3，找到资源分配模式矩阵T的与c3数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，将这些行号按从小到大的顺序排列组成向量其中y_j表示第个等于1的元素的行号，

7.2e)令将用户对向量中的元素分别存入初始结果向量U₀的第到个元素中；

7.2f)判断是否等于N，若是，则执行7.2g)；否则，令并返回7.2e)；

7.2g)判断α是否等于x中大小等于1的元素的个数，若是，则将赋值后的初始结果向量U₀作为最终的用户配对，资源分配和小区分配结果向量U；否则，令α＝α+1，返回7.2b)再次进行选择以确定用户和资源块。

以上步骤指示向量x携带有多小区动态用户所需要服务的数据信息，再根据x得到具体的用户配对，资源分配和小区分配的数据结果向量U。

实施例9

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-8，步骤(8)中的用户配对和资源分配的结果向量U和步骤(4)得到的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的多小区动态用户所需要服务的数据信息进行调制，按如下步骤进行：

8a)令δ＝1，δ表示选择的资源块，对选择的资源块初始化。

8b)取出用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素，并设这些不等于0的元素为u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，其中，u_γ表示用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中第γ个不等于0的元素，γ∈[1,d]，d等于用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素的总个数；

8c)根据不等于0的元素u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，按照下式，计算用户对的编号w：

其中，C表示取组合数操作；

8d)令γ＝1，γ表示不为0的元素，对不为0的元素的位置初始化。

8e)取用户调制阶数矩阵M中的第(δ-1)*Nu+u_γ行、第列的元素m_γ作为编号等于u_γ的用户的最佳调制阶数，对编号等于u_j的用户携带的数据信息进行m_γ阶的正交幅度调制，其中数值上等于用户对的编号w；

8f)判断γ是否等于d，若是，则执行8g)，否则，令γ＝γ+1，返回8g)；

8g)判断δ是否等于N，若是，则结束循环；否则，令δ＝δ+1，返回8b)。

以上操作，完成了对选择的用户携带的数据进行调制，得到各用户最佳调制阶数，以保证***容量最大。

下面给出一个完整的例子对本发明进一步说明。

实施例10

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-8，参照附图1，本发明的具体实施步骤如下：

步骤1，基站获得当前时隙的待配对用户集合l、单小区待配对用户数Nu＝8、小区数目L＝4、资源块集合r、资源块个数N＝6以及接收天线数Nr＝4。

待配对用户集合l表示为：l＝{l₁,l₂,…,l_i,…,l₃₂}，其中，l_i表示第i个待配对用户的编号，i∈[1,32]；

资源块集合r表示为：r＝{r₁,r₂,…,r_j,…,r₆}，其中，r_j表示第j个资源块的编号，j∈[1,6]。

步骤2，根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P。

2a)生成一个空的初始可选资源块分配集合P₀；

2b)在资源块集合r中选取1个资源块，将这个资源块的编号作为一个元素放入P₀中；

2c)在资源块集合r中选取2个连续的资源块，将这些资源块的编号作为另一个元素放入P₀中；

2d)在资源块集合r中选取3个连续的资源块，将这些资源块的编号作为另一个元素放入P₀中；

2e)在资源块集合r中选取4个连续的资源块，将这些资源块的编号作为另一个元素放入P₀中；

2f)在资源块集合r中选取5个连续的资源块，将这些资源块的编号作为另一个元素放入P₀中；

2g)在资源块集合r中选取6个连续的资源块，将这些资源块的编号作为另一个元素放入P₀中；

2h)重复步骤2b)、2c)、2d)、2e)、2f)和2g)直到在资源块集合r选择N＝6个连续的资源块，将赋值后的初始可选资源块分配集合P₀作为可选资源块分配集合P。

步骤3，根据可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T。

3a)生成一个N行，Z列，且元素均为0的初始资源块分配模式矩阵T₀，其中Z等于可选资源块分配集合P中元素的个数；

3b)判断可选资源块分配集合P中第q个元素中是否包含编号等于r_j的资源块，若是，则令T₀中第r_j行、第q列的元素等于1；否则，令其等于0。

3c)将赋有元素值的初始资源块分配模式矩阵T₀作为最终的资源块分配模式矩阵T。

步骤4，根据资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵C1：

其中1_|G|和1_L分别表示长度与可选用户对集合G的元素数目|G|和小区数目L相同，且元素取值都等于1的向量，表示求克罗内克积的运算，该运算的具体方法如下：

将资源块分配模式矩阵T的每一个元素都乘以向量1_|G|，得到一个过渡矩阵C0，将过渡矩阵C0的每一个元素都乘以向量1_L，得到一个新的矩阵C1，将C1称为资源分配约束矩阵C1。

步骤5，根据待配对用户集合l和接收天线数Nr，生成可选用户对集合G。

5a)生成一个空的初始可选用户对集合集合G₀；

5b)在待配对用户集合l中选取1个用户，将这个用户的编号作为一个元素放入G₀中；

5c)在待配对用户集合l中选取2个用户，将这个用户的编号作为另一个元素放入G₀中；

5d)在待配对用户集合l中选取3个用户，将这个用户的编号作为另一个元素放入G₀中；

5e)在待配对用户集合l中选取4个用户，将这个用户的编号作为另一个元素放入G₀中；

5f)重复步骤5b)、5c)、5d)和5e)直到在待配对用户集合l中选取N_r＝4个用户，将赋值后的初始可选用户对集合G₀作为最终的可选用户对集合G。

步骤6，根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B。

6a)生成一个Nu行、Na列，且元素均为0的初始用户配对模式矩阵B₀，其中，Na等于可选用户对集合G中元素的个数；

6b)判断可选用户对集合G的第p个元素中是否包含编号等于l_i的用户，若是，则令用户配对模式矩阵B₀的第l_i行、第p列的元素等于1，否则，令其等于0；

6c)将赋有元素值的初始用户配对模式矩阵B₀作为最终的用户配对模式矩阵B。

步骤7，根据用户配对模式矩阵B，得到用户配对约束矩阵C2：

其中1_L和1_P分别表示长度与小区数目L和可选资源块分配集合P相同，且元素取值都等于1的向量。

步骤8，根据资源块分配集合P和用户对集合G，小区数目L＝4，得到小区分配约束矩阵：

其中1_L表示长度与小区数目L相同，元素取值都等于1的向量，I_L是单位矩阵，1_P×|G|表示长度为P×|G|，且元素取值都等于1的向量；

步骤9，根据各小区用户到各基站之间的距离，计算出衰减因子，进而计算出信道的实际增益，β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，也即衰减因子：

d_k,l,j是小区k中第i个用户终端到小区j基站的距离，是分布在各个小区的所有用户到本小区基站的平均距离；γ是衰减指数，这里一般取值为2；z是对数正态随机变量，也就是说10log₁₀z的值服从于均值为0，标准差为σ_shad＝8dB的高斯分布，H_i,j,h表示在不考虑衰减的情况下，第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道增益，当考虑衰减因子β_k,i,j的情况下，可得到新的信道增益矩阵

步骤10，通过迭代生成大小为N*Nu行、Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户对容量矩阵ψ，其中Na数值上等于可选用户对集合G中的元素个数。

10a)令i＝1，h＝1，生成一个大小为N*Nu行，Na列，且元素均等于0的初始用户调制阶数矩阵M₀；同时生成一个大小为N行、Na列，且元素均等于0的初始用户对容量矩阵ψ₀；

10b)令k＝1，从可选用户对集合G中选择第i个用户对；

10c)按照下式，计算在第h个资源块上，第i个用户对中的第q个用户的信干噪比的值SINR_u,k,h：

其中，E_q表示第q个用户的发射功率，σ²表示当前时隙的信道噪声功率，ζ_i,j,h表示第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道矩阵，I_n表示大小为n行、n列的单位矩阵，n表示第i个用户对包含的用户个数，(·)^H表示厄米转置操作，(·)^-1表示取逆操作，[·]_q,q表示矩阵第q行、第q列的元素；

10d)在给定误比特率门限值b的情况下，按照下式，计算第u个用户对中第k个用户在第h个资源块上的调制阶数并将该放入矩阵M₀的第(h-1)*Nu+l_k行、第v₁列，其中，v₁数值上等于u，l_k表示第k个用户的编号；

其中，b是预设的***误比特率门限值，floor(·)表示向下取整操作，log₂(·)表示取以2为底的对数操作，ln(·)表示取自然对数操作；

10e)判断k是否等于第i个用户对中包含的用户的个数n，若是，则执行10f)，否则，令k＝k+1，返回10c)；

10f)判断第i个用户对中每个用户的调制阶数是否均不等于0，若是，则将第i个用户对中所有用户的调制阶数相加，得到第i个用户对的容量；否则，令第i个用户对的容量等于0；再将得到的第u个用户对的容量值放入矩阵ψ₀的第v₂行、第v₃列，其中，v₂数值上等于h，v₃数值上等于k，执行10g)；

10g)判断k是否等于Na，若是，则执行10h)；否则，令k＝k+1，返回10b)；

10h)判断h是否等于N，若是，则将赋有元素值的初始用户调制阶数矩阵M₀作为最终的用户调制阶数矩阵M，并将赋有元素值的初始用户容量矩阵ψ₀作为最终的用户容量矩阵ψ，结束循环；否则，令h＝h+1，k＝1，返回10b)。

步骤11，根据步骤3得到的资源块分配模式矩阵T和步骤10得到的用户对容量矩阵ψ，得到容量向量η。

11a)令τ＝1、并生成长度为Na*Z，元素全部等于0的初始容量向量η₀；

11b)将用户容量矩阵ψ的第τ列数据转置后得到的行向量与资源分配矩阵T的第列数据相乘，并将该乘积赋给初始容量向量η₀中的第个元素；

11c)判断τ是否等于Na，若是，则执行11d)；否则，则令τ＝τ+1，返回11b)；

11d)判断是否等于Z，若是，则将赋值后的初始容量向量η₀作为用户容量向量η；否则，令τ＝1，返回11b)。

步骤12，以步骤4得到的资源分配约束矩阵C1、步骤7得到的用户配对约束矩阵C2、步骤8得到的用户配对约束矩阵C3和步骤11得到的容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配模型：

s.t.C1x≤1_N

C3x≤1_L

其中，x表示用户配对和资源分配的指示向量，η^Tx表示***容量值，1_N表示长度是N且元素全部等于1的向量，表示长度是N_u且元素全部等于1的向量，1_L表示长度是L且元素全部等于1的向量,(·)^T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作。

步骤13，利用商用软件MATLAB求解步骤9中得到的模型，求解出用户配对和资源分配的指示向量x，其中，求解出的用户配对和资源分配的指示向量x的形式如下：

x＝[x_1,1,1,…,x_J,1,1,…,x_j,q,1,…,x_J,|G|,1,…,x_j,q,l,…,x_1,1,L,…,x_J,1,L,…,x_j,q,L,…,x_J,|G|,L]^T，

其中，x_J,q,L表示第q个用户对，对于基站L是否处于第J个资源分配模式下，若x_J,q,L＝1，则表示第q个用户对，对于基站L处于第J个资源分配模式下，若x_J,q,L＝0，则表示第q个用户对，对于基站L不处于第J个资源分配模式下。

步骤14，根据用户配对和资源分配的指示向量x，得到用户配对和资源分配的结果向量U。

14a)令α＝1，并生成一个长度为Nr*N，且元素全部等于0的初始结果向量U₀；

14b)确定用户配对和资源分配的指示向量x中第α个等于1的元素的位置值，用该位置值除以Na，得到商c1以及余数c2；

14c)根据余数c2，找到用户配对模式矩阵B的与余数c2数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，再将这些行号按从小到大的顺序排列，若这些行号的个数不够Nr个，则在这些行号后补零，得到用户对向量

14d)对商c1做向上取整操作得到c3，找到资源分配模式矩阵T的与余数c3数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，将这些行号按从小到大的顺序排列组成向量y＝(y₁,y₂,…y_β,…,y_N)，其中y_j表示第β个等于1的元素的行号，β∈[1,N]；

14e)令β＝1，将用户对向量中的元素分别存入初始结果向量U₀的第(y_β-1)*N+1到(y_β-1)*N+Nr个元素中；

14f)判断β是否等于N，若是，则执行14g)；否则，令β＝β+1，并返回14e)；

14g)判断α是否等于用户配对和资源分配的指示向量x中大小等于1的元素的个数，若是，则将赋值后的初始结果向量U₀作为最终的用户配对和资源分配结果向量U；否则，令α＝α+1，返回14b)。

步骤15，根据用户配对和资源分配的结果向量U和步骤8得到的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的信息进行调制，再将每个用户调制后的信息在这个用户所分配到的资源块中发送给信号接收器，完成本时隙用户流的用户配对和资源分配。

15a)令δ＝1；

15b)取出用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素，并设它们为u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，其中，u_γ表示用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中第γ个不等于0的元素，γ∈[1,d]，d等于用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素的总个数；

15c)根据u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，按照下式，计算用户对的编号w：

其中，C表示取组合数操作；

15d)令γ＝1；

15e)取用户调制阶数矩阵M中的第(δ-1)*Nu+u_γ行、第列的元素m_γ作为编号等于u_γ的用户的最佳调制阶数，对编号等于u_j的用户携带的数据信息进行m_γ阶的正交幅度调制，其中数值上等于用户对的编号w；

15f)判断γ是否等于d，若是，则执行15g)，否则，令γ＝γ+1，返回15g)；

15g)判断δ是否等于N，若是，则结束循环；否则，令δ＝δ+1，返回15b)。

步骤16，判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回步骤1；否则，完成所有用户流的用户配对和资源分配。

本发明的效果可通过以下仿真进一步的说明。

实施例11

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-10。

1.仿真条件：

本发明的仿真在多个基站的无线通信场景中进行，设待配对用户数为32，接收天线数为4，小区个数为4，资源块个数为6，***误比特率的门限值为10^-5，且本发明仿真实验设定信号接收机的检测方式为最小均方误差检测，并假设在单个时隙内信道矩阵是不变的。将现有的用户配对和资源分配技术和本发明的方法在***频谱利用率、平均配对用户数和平均调制阶数这3个方面的性能进行对比。

2.仿真内容与结果分析：

仿真1，按照上述的仿真条件，采用分别用本发明提出的方法和现有的方法进行***的频谱利用率仿真，结果如图2。

从图2中可以看出：用本发明方法得到的频谱利用率明显高于现有方法。信噪比小于4dB时，采用现有方法得到的频谱利用率几乎为0，而本发明方法得到的频谱利用率为1左右；在高信噪时，本发明方法得到的频谱效率更明显高于现有方法。这说明采用本发明的方法可以最大化***的频谱利用率。

实施例12

基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法同实施例1-10，仿真条件及仿真内容同实施例11，用户数目较多时，待配对用户数为32，用户数目较少时，待配对用户数为16，仿真结果参见图3

仿真2，按照上述的仿真条件，分别用本发明提出的方法和现有的方法进行***的频谱利用率仿真，结果如图3。

从图3中可以看出：用本发明方法得到的频谱利用率明显高于现有方法。在用户数目较多和较少时，本发明方法得到的频谱效率都明显高于现有方法，并且，基于相同的方法，在用户数目较多时，本发明方法的频谱利用率会更高。这说明采用本发明的方法在用户数目很多的时候可以进一步最大化***的频谱利用率。

综上所述，本发明公开的一种无线通信领域中基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法。主要解决现有技术无法动态调整***的多小区用户配对和资源分配而造成频谱利用率低和通信质量差的问题。其技术方案是：以资源分配约束矩阵、用户配对约束矩阵、小区分配约束矩阵和用户对容量向量为参数，构建多小区用户配对和资源分配的模型并求解，得到最优用户配对和资源分配结果向量；根据该结果向量和用户调制矩阵对每个用户携带的数据信息进行调制；将调制后的数据信息在用户分配到的资源块上发送给信号接收机。本发明能高效地进行动态的多用户配对，资源分配和小区分配，可以将多小区用户配对问题和资源分配问题联合起来同时考虑，高效地同时进行动态的多用户配对，资源分配和小区分配，最大化***的频率利用率，提高***的通信质量。在满足***通信质量要求的情况下最大化通信***的频谱利用率。可用于对虚拟MIMO***中的手机用户进行多小区用户配对和资源分配。

Claims (9)

1.一种基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤，

(1)基站获得基本参数

基站获取当前时隙的待配对用户集合l、单个N_u小区待配对用户数N_u、小区数目L、资源块集合r、资源块个数N、接收天线数N_r以及各个用户到各小区基站的距离d；

(2)构建资源分配约束矩阵

根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P；根据该可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，得到资源分配约束矩阵：1_|G|和1_L表示单位向量，其中1_|G|为长度与可选用户对集合G的元素数目|G|相同的单位向量，1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，表示求克罗内克积的运算；

(3)构建用户配对约束矩阵

根据待配对用户集合l和接收天线数N_r，生成可选用户对集合G；根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，得到用户配对约束矩阵：1_L和1_P表示单位向量，其中1_L为长度与小区数目L相同的单位向量，1_P为长度与单小区待配对用户数N_u相同的单位向量；

(4)构建小区分配约束矩阵

根据得到的资源块分配集合P，用户对集合G，小区数目L，得到小区分配约束矩阵：其中1_L表示长度与小区数目L相同，I_L是单位矩阵，1_P×|G|表示长度为P×|G|的单位向量；

(5)计算衰减因子，生成用户调制阶数矩阵和用户对容量矩阵

β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，根据各个用户到各小区基站的距离，计算出各个用户到各小区基站的相对衰减因子，再根据小区数目L迭代生成大小为N*L*N_u行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小是N行、Na列的用户对无衰减容量矩阵ψ，其中，Na数值上等于可选用户对集合G中的元素个数，然后，由衰减因子β和用户对无衰减容量矩阵ψ得到实际用户对容量矩阵ζ；

(6)计算用户容量向量

根据资源块分配模式矩阵T和用户对容量矩阵ψ，采用信道容量计算得到容量向量η；

(7)构造及求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

(7.1)构造动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

以资源分配约束矩阵C1、用户配对约束矩阵C2、小区分配约束矩阵C3和容量向量η为参数，构建用户配对和资源分配模型，实现在用户数目，资源块数目，小区数目三者共同约束的最大***容量；

$\arg \underset{x}{max}\left\{{\mathrm{\η}}^{T}x\right\}$

s.t. C1x≤1_N

$C2x\≤I_{N_u}$

C3x≤1_L

其中，x表示用户配对，资源分配和小区分配的指示向量，η^Tx表示***容量值，1_N表示长度是N且元素全部等于1的向量，表示长度是N_u且元素全部等于1的向量，1_L表示长度是L且元素全部等于1的向量,(·)^T表示转置操作，表示求出使得括号内的值最大的x的操作；

(7.2)求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型

利用商用软件MATLAB求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型，求解出用户配对，资源分配和小区分配的指示向量x，指示向量x携带有多小区动态用户所需要服务的数据信息；

(8)对用户携带的多小区动态用户所需要服务的数据信息进行调制

根据具体的用户配对，资源分配和小区分配的数据结果向量U和的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的数据信息进行调制，完成本时隙用户流的用户配对，资源分配和小区分配；

(9)继续进行下一时隙的调度分配

判断是否存在下一时隙的用户流，若是，选择下一时隙的用户流，返回步骤(1)继续进行；否则，完成所有用户流的用户配对，资源分配和小区分配。

2.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，其中步骤(2)中所述的根据资源块集合r和资源块个数N，形成可选资源块分配集合P，包括有如下步骤：

2a)生成一个空的初始可选资源块分配集合P₀；

2b)在资源块集合r＝{r₁,r₂,…,r_j,…,r_N},中选取1个资源块，将这个资源块的编号作为一个元素放入P₀中；

2c)在资源块集合r中选取2个连续的资源块，将这2个连续资源块的2个编号作为一个元素放入P₀中；

2d)在资源块集合r中选取3个连续的资源块，将这3个连续资源块的3个编号又作为一个元素放入P₀中，每次放入的元素相互独立存在，以此类推进行资源块选择；

2e)在资源块集合r中选取N-1个连续的资源块，将这N-1个连续资源块的N-1个编号作为一个元素放入P₀中；

2f)在资源块集合r中选取N个连续的资源块，将这N个连续资源块的N个编号作为一个元素放入P₀中；

2g)重复步骤2b)、2c)、2d)、2e)和2f)直到在资源块集合r包含所有可能的连续资源块且互相不重复的组合情况，将赋值后的初始可选资源块分配集合P₀作为可选资源块分配集合P。

步骤(2)中所述的生成资源块分配模式矩阵T，是根据获得的可选资源块分配集合P，生成资源块分配模式矩阵T，包括有如下步骤：

2h)生成一个N行，Z列，且元素均为0的初始资源块分配模式矩阵T₀，其中Z等于可选资源块分配集合P中元素的总个数；

2i)判断可选资源块分配集合P中第q个元素中是否包含编号等于r_j的资源块，若是，则令T₀中第r_j行、第q列的元素等于1；否则，令其等于0；

2j)将赋有元素值的初始资源块分配模式矩阵T₀作为最终的资源块分配模式矩阵，生成资源块分配模式矩阵T。

3.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其中步骤(3)中根据待配对用户集合l和接收天线数N_r，生成可选用户对集合G，按如下步骤进行：

3a)生成一个空的初始可选用户对集合集合G₀；

3b)在待配对用户集合中选取1个用户，将这个用户的编号作为一个元素放入G₀中；

3c)在待配对用户集合l中选取2个用户，将这2个用户的2个编号作为一个元素放入G₀中；

3d)在待配对用户集合l中选取N_r-1个用户，将这N_r-1个用户的N_r-1个编号作为一个元素放入G₀中；

3e)在待配对用户集合l中选取N_r个用户，将这N_r个用户的N_r个编号作为一个元素放入G₀中；

3f)重复步骤3b)、3c)、3d)和3e)直到在待配对用户集合l中选取N_r个用户，将赋值后的初始可选用户对集合G₀作为最终的可选用户对集合G。

步骤(3)中所述的生成用户配对模式矩阵B是根据可选用户对集合G，生成用户配对模式矩阵B，包括有如下步骤：

3g)生成一个L×N_u行、Na列，且元素均为0的初始用户配对模式矩阵B₀，其中，Na等于可选用户对集合G中元素的个数；

3h)判断可选用户对集合G的第p个元素中是否包含编号等于l_i的用户，若是，则令用户配对模式矩阵B₀的第l_i行、第p列的元素等于1，否则，令其等于0；

3i)将赋有元素值的初始用户配对模式矩阵B₀作为最终的用户配对模式矩阵，生成用户配对模式矩阵B。

4.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤(4)中所述的构建小区分配约束矩阵是根据资源块分配集合P，用户对集合G，小区数目L，得到小区分配约束矩阵：将维度是P×|G|的单小区用户配对及资源分配联合矩阵进行多小区复制，即进行克罗内克积运算，得到多小区下，用户配对及资源分配矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤(5)中所述的构建信道衰减因子，具体是，

β是指将路径损耗和阴影衰落所造成的干扰因素，也即衰减因子：

${\mathrm{\β}}_{k,i,j}=\frac{z}{{(d_{k,i,j}/\stackrel{\‾}{d_k})}^{\mathrm{\γ}}}$

d_k,l,j是小区k中第i个用户终端到小区j基站的距离，是分布在各个小区的所有用户到本小区基站的平均距离；γ是衰减指数，这里一般取值为2；z是对数正态随机变量，也就是说10log₁₀z的值服从于均值为0，标准差为σ_shad＝8dB的高斯分布，H_i,j,h表示在不考虑衰减的情况下，第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道增益，当考虑衰减因子β_k,i,j的情况下，可得到新的信道增益矩阵

6.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤(5)中的通过小区数目L迭代生成大小为N*L*Nu行，Na列的用户调制阶数矩阵M，及大小为N行、Na列的用户对容量矩阵ψ，按如下步骤进行：

5a)令i＝1，h＝1，生成一个大小为N*L*Nu行，Na列，且元素均等于0的初始用户调制阶数矩阵M₀；同时生成一个大小为N行、Na列，且元素均等于0的初始用户对容量矩阵ψ₀；

5b)令g＝1，g表示所需要计算的用户容量中的用户个数，g最大不超过接收天线数N_r，从可选用户对集合G中选择第i个用户对；

5c)按照下式，计算在第h个资源块上，第i个用户对中的第q个用户的信干噪比的值SINR_u,k,h：

${\mathrm{SINR}}_{i,q,h}=\frac{E_q}{{\mathrm{\σ}}^2{\[{({{\mathrm{\ζ}}_{i,j,h}}^H{\mathrm{\ζ}}_{i,j,h}+\frac{{\mathrm{\σ}}^2{I}_n}{E_q})}^{-1}\]}_{q,q}}-1$

其中，E_q表示第q个用户的发射功率，σ²表示当前时隙的信道噪声功率，ζ_i,j,h表示第i个用户对到第j个基站在第h个资源块上的信道矩阵，I_n表示大小为n行、n列的单位矩阵，n表示第i个用户对包含的用户个数，(·)^H表示厄米转置操作，(·)^-1表示取逆操作，[·]_q,q表示矩阵第q行、第q列的元素；

5d)在给定误比特率门限值b的情况下，按照下式，计算第i个用户对中第q个用户在第h个资源块上的调制阶数并将该放入矩阵M₀的第(h-1)*Nu+p_q行、第v₁列，其中，v₁数值上等于i，p_q表示第q个用户的编号；

其中，b是预设的***误比特率门限值，floor(·)表示向下取整操作，log₂(·)表示取以2为底的对数操作，ln(·)表示取自然对数操作；

5e)判断g是否等于第i个用户对中包含的用户的个数n，若是，执行5f)，否则，令g＝g+1，返回5c)；

5f)判断第i个用户对中每个用户的调制阶数是否均不等于0，若是，则将第i个用户对中所有用户的调制阶数相加，得到第i个用户对的容量；否则，令第i个用户对的容量等于0；再将得到的第i个用户对的容量值放入矩阵ψ₀的第v₂行、第v₃列，其中，v₂数值上等于h，v₃数值上等于g，执行5g)；

5g)判断u是否等于可选用户对集合G中元素的个数Na，若是，则执行5h)；否则，令g＝g+1，返回5b)；

5h)判断h是否等于N，若是，则将赋有元素值的初始用户调制阶数矩阵M₀作为最终的用户调制阶数矩阵M，并将赋有元素值的初始用户容量矩阵ψ₀作为最终的用户容量矩阵ψ，结束；否则，令h＝h+1，g＝1，返回5b)，其中，h表示参与计算的资源块，N是资源块的总数。

7.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤(6)中所述的采用信道容量计算得到容量向量η是根据资源块分配模式矩阵T和用户对容量矩阵ψ，得到容量向量η，按如下步骤进行：

6a)令τ＝1、并生成长度为Na*Z，元素全部等于0的初始容量向量η₀，其中τ，表示容量向量η₀的行和列

6b)将用户容量矩阵ψ的第τ列数据转置后得到的行向量与资源分配矩阵T的第列数据相乘，并将该乘积赋给初始容量向量η₀中的第个元素；

6c)判断τ是否等于Na，若是，则执行6d)；否则，则令τ＝τ+1，返回6b)；

6d)判断是否等于Z，若是，则将赋值后的初始容量向量η₀作为用户容量向量η；否则，令τ＝1，返回6b)。

8.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤7.2中求解动态多小区用户配对联合虚拟MIMO资源分配模型，是根据x得到用户配对和资源分配的结果向量U，包括有如下步骤：

7.2a)令α＝1，并生成一个长度为Nr*N，且元素全部等于0的初始结果向量U₀；

7.2b)确定x中第α个等于1的元素的位置值，用该位置值除以可选用户对集合G中元素的个数Na，得到商c1以及余数c2；

7.2c)根据余数c2，找到用户配对模式矩阵B的与余数c2数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，再将这些行号按从小到大的顺序排列，若这些行号的个数不够Nr个，则在这些行号后补零，得到用户对向量

7.2d)对商c1做向上取整操作得到c3，找到资源分配模式矩阵T的与c3数值相同的列，得到该列中所有等于1的元素的行号，将这些行号按从小到大的顺序排列组成向量其中y_j表示第个等于1的元素的行号，

7.2e)令将用户对向量中的元素分别存入初始结果向量U₀的第到个元素中；

7.2f)判断是否等于N，若是，则执行7.2g)；否则，令并返回7.2e)；

7.2g)判断α是否等于x中大小等于1的元素的个数，若是，则将赋值后的初始结果向量U₀作为最终的用户配对，资源分配和小区分配结果向量U；否则，令α＝α+1，返回7.2b)再次进行选择以确定用户和资源块。

9.根据权利要求1所述的基于动态多小区用户配对的联合虚拟MIMO资源分配方法，其特征在于，步骤(8)中的用户配对和资源分配的结果向量U和步骤(4)得到的用户调制阶数矩阵M，对每个用户携带的数据进行调制，按如下步骤进行：

8a)令δ＝1，δ表示选择的资源块；

8b)取出用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素，并设这些不等于0的元素为u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，其中，u_γ表示用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中第γ个不等于0的元素，γ∈[1,d]，d等于用户配对和资源分配的结果向量U的第(δ-1)*Nr+1到(δ-1)*Nr+Nr个元素中不等于0的元素的总个数；

8c)根据不等于0的元素u₁,u₂,…,u_γ,…,u_d，按照下式，计算用户对的编号w：

$w=\underset{\mathrm{\γ}=1}{\overset{d-1}{\Σ}}(C_{Nu-u_{\mathrm{\γ}-1}}^{d-j+1}-C_{Nu-(u_{\mathrm{\γ}}-1)}^{d-j+1})+(u_d-u_{d-1}),$

其中，C表示取组合数操作；

8d)令γ＝1，γ表示不为0的元素；

8e)取用户调制阶数矩阵M中的第(δ-1)*Nu+u_γ行、第列的元素m_γ作为编号等于u_γ的用户的最佳调制阶数，对编号等于u_j的用户携带的数据信息进行m_γ阶的正交幅度调制，其中数值上等于用户对的编号w；

8f)判断γ是否等于d，若是，则执行8g)，否则，令γ＝γ+1，返回8g)；

8g)判断δ是否等于N，若是，则结束循环；否则，令δ＝δ+1，返回8b)。

以上操作，完成了对选择的用户携带的数据进行调制，得到各用户最佳调制阶数，以保证***容量最大。