專利名稱：用于低復(fù)雜度用戶調(diào)度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及調(diào)度多個(gè)用戶以在通信系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。
背景技術(shù)：
在諸如蜂窩第三代合作伙伴計(jì)劃、長(zhǎng)期演進(jìn)(3GPP-LTE)、改進(jìn)的LTE和微波接入全球互通(WiMAX)之類的當(dāng)前和未來(lái)的通信系統(tǒng)中，基 站(BS)和用戶設(shè)備(UE)都具有多個(gè)天線。通常，這些通信系統(tǒng)稱為多輸入多輸出(MMO)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的蜂窩系統(tǒng)中，由BS向多個(gè)用戶進(jìn)行的傳輸被組織成時(shí)間序列幀，這些幀中的每一個(gè)被劃分成一系列的子幀，并在各個(gè)子幀中分配單個(gè)用戶進(jìn)行傳輸。然而，在最近的系統(tǒng)中，可以使用MU-MIMO預(yù)編碼算法來(lái)調(diào)度多個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行傳輸。圖I示出了針對(duì)蜂窩系統(tǒng)的傳統(tǒng)布置，其中BS具有多個(gè)天線(1、2、3)，給這些天線饋送去往用戶設(shè)備UE-I、UE-2的各信號(hào)(yl、y2、y3)。每一個(gè)UE具有一個(gè)或多個(gè)天線，其中UE-I示出為具有分別傳送信號(hào)vl、v2的兩個(gè)天線(1、2)，UE-2具有傳送信號(hào)v3、v4的兩個(gè)天線(3、4)。來(lái)自BS的天線I的下行鏈路提供去往每一個(gè)天線的傳輸(hll、hl2、hl3、hl4)，BS的天線2提供類似的傳輸(未編號(hào))并且BS的天線3提供類似的傳輸(h31、h32、h33、h34)。接收的信號(hào)可以用具有信號(hào)vl_v4的矩陣v來(lái)表示，其中T是向量的轉(zhuǎn)置操作，接收的信號(hào)可以進(jìn)一步表示成信道矩陣Hy。MIMO 信道可以將基站和多個(gè)UE之間的下行鏈路信道表示成矩陣H，其中該矩陣中的行數(shù)
(i)等于多個(gè)UE的天線的總數(shù)，該矩陣中的列數(shù)(j)等于基站處的發(fā)射天線的數(shù)量。對(duì)于圖I來(lái)說(shuō)，針對(duì)四個(gè)天線(1-4)存在4行并且針對(duì)BS處的3個(gè)天線存在3列。矩陣H的第(i，j)項(xiàng)表示第i個(gè)發(fā)射天線和第j個(gè)接收天線之間的復(fù)信道增Shu，如圖I中所示。具體而言，復(fù)信道增益hu表示發(fā)射的信號(hào)在無(wú)線下行鏈路信道中經(jīng)歷的放大(或者衰減)。下行鏈路信道H用BS分別到UE-I和UE-2中的每一個(gè)的兩個(gè)下行鏈路H1和H2來(lái)表示，并且每一個(gè)下行鏈路用具有如上所述的行和列內(nèi)容的各矩陣H1、H2來(lái)表示。例如，Hl下行鏈路矩陣具有信號(hào)hll、h21、h31、hl2、h22和h32，如圖I中所示。弦距離基站調(diào)度在下行鏈路上去往BE的傳輸所使用的一些傳統(tǒng)算法是基于兩個(gè)用戶的信道矩陣空間之間的弦距離。該度量確定這兩個(gè)子空間相離“多遠(yuǎn)”。關(guān)于弦距離的討論出現(xiàn)在 2008 年 3 月 IEEE CISS, K. Ko, J. Lee 的“Low complexity MU MIMO scheduling withchordal distance，，中。圖2示出了在基站200通過(guò)兩個(gè)時(shí)隙向兩個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)的情況下的簡(jiǎn)單示例。在第一時(shí)隙中，傳輸是去往移動(dòng)裝置201，在第二時(shí)隙中，傳輸是去往移動(dòng)裝置202?？紤]到這些傳輸?shù)牟煌匦裕@兩個(gè)傳輸彼此之間不干擾。通過(guò)說(shuō)明的方式，設(shè)I表示傳輸，0表示沒(méi)有傳輸。因此，可以分別將移動(dòng)裝置201的信道寫(xiě)成[10]，將移動(dòng)裝置202的信道寫(xiě)成
。因此，聲明無(wú)干擾狀況的另一種方式是觀測(cè)這些信道向量是正交的，也就是說(shuō)，在時(shí)間或頻率上沒(méi)有干擾，并且沒(méi)有重疊。弦距離對(duì)兩個(gè)信道的正交性程度進(jìn)行測(cè)量。在該示例中，這些信道具有最大的弦距離?？梢酝ㄟ^(guò)假定MU-MMO算法挑選下行鏈路中的兩個(gè)用戶(用戶I和用戶2)來(lái)理解弦距離的影響。此外，假定針對(duì)每一個(gè)用戶存在預(yù)編碼器Tl和T2，并且所使用的預(yù)編碼器是塊對(duì)角化。在這些環(huán)境下，給定噪聲向量z，數(shù)據(jù)流s和基站處的發(fā)射信號(hào)矢量X，則弦距離可以表示成y^HiX+Zi, y2=H2x+z2，其中，X=T1S^T2S2預(yù)編碼器T1被設(shè)計(jì)為使得其位于其它用戶的信道H2的 零空間中，從而用戶I的信號(hào)不會(huì)對(duì)用戶2造成干擾。因此，預(yù)編碼器被設(shè)置為T(mén)1 = N(H2)。然而，這樣做會(huì)將用戶I的信道從H1修改為H1T1，這將導(dǎo)致性能損失。如果兩個(gè)用戶的信道盡可能的正交，則可以使這種損失減到最小。弦距離對(duì)兩個(gè)信道之間的這種正交性程度或者分離程度進(jìn)行測(cè)量。MU-MMO 調(diào)度圖3A和圖3B示出了 SU-MMO和MU-MMO調(diào)度的示例。對(duì)于圖3A的SU-MMO來(lái)說(shuō)，基站在每一個(gè)時(shí)隙中選擇(調(diào)度)要向其進(jìn)行發(fā)射的一個(gè)移動(dòng)裝置，而對(duì)于圖3B中的MU-MMO來(lái)說(shuō)，可以選擇多個(gè)用戶。在圖3A和圖3B的示例中，在兩個(gè)時(shí)隙上顯示了三個(gè)移動(dòng)裝置的調(diào)度。對(duì)于圖3A的SU-MMO來(lái)說(shuō)，基站200在時(shí)隙I中調(diào)度移動(dòng)裝置300 (通過(guò)[10]來(lái)表示)，在時(shí)隙2中調(diào)度移動(dòng)裝置301 (通過(guò)
來(lái)表示)。移動(dòng)裝置302未被調(diào)度(通過(guò)
來(lái)表示)。對(duì)于圖3B的MU-MMO來(lái)說(shuō)，基站200在時(shí)隙I中調(diào)度移動(dòng)裝置300和301，并且在時(shí)隙2中調(diào)度移動(dòng)裝置301和302。多個(gè)移動(dòng)裝置可以連接到單個(gè)基站，其中該單個(gè)基站在下行鏈路中對(duì)所有移動(dòng)裝置提供服務(wù)。然而，由于信號(hào)處理技術(shù)的限制，基站可能不能一次向所有移動(dòng)裝置都發(fā)送數(shù)據(jù)。在大多蜂窩系統(tǒng)中，將基站的服務(wù)時(shí)間劃分成時(shí)隙。例如，在3GPP LTE中，基站決定每隔0. Ims的時(shí)隙向哪一個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行發(fā)送?；臼褂靡詻Q定每隔一個(gè)時(shí)隙向哪個(gè)用戶或者哪些用戶進(jìn)行發(fā)射的過(guò)程稱為調(diào)度。在LTE版本8中，基站在一個(gè)時(shí)隙中(在給定的頻帶上)僅調(diào)度單個(gè)用戶。這稱為單用戶(SU-MIMO)調(diào)度。在LTE的更高版本中，基站可以選擇在一個(gè)時(shí)隙中向其進(jìn)行發(fā)射的多個(gè)用戶。這稱為多用戶(MU-MMO)調(diào)度。假定在小區(qū)中存在K個(gè)用戶，其中這K個(gè)用戶適合于在一個(gè)幀中在下行鏈路中接收數(shù)據(jù)。由于調(diào)度所有用戶可能導(dǎo)致所有用戶的性能下降，因此基站選擇這些用戶的子集以在一個(gè)幀中進(jìn)行傳輸。存在針對(duì)用戶選擇所提出的使不同度量最大化的多種算法。例如，一些先前算法嘗試使總?cè)萘孔畲蠡?。然而，這些算法具有高計(jì)算復(fù)雜度。其它算法嘗試在使總?cè)萘孔畲蠡耐瑫r(shí)減少?gòu)?fù)雜度。然而，在蜂窩系統(tǒng)中，通常將比例公平視作比總?cè)萘扛玫亩攘?，這是由于后一度量趨向于僅基于用戶的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)挑選用戶。因此，更接近基站的用戶將始終獲得調(diào)度，這對(duì)于小區(qū)邊緣用戶來(lái)說(shuō)是不公平的。使用比例公平(PF)度量的先前MU-MMO調(diào)度算法仍然需要窮舉搜索，這需要很高的計(jì)算復(fù)雜度。比例公平循環(huán)對(duì)比(round-robin)調(diào)度器和比例公平調(diào)度器是兩種公知的UE調(diào)度器的示例。循環(huán)對(duì)比調(diào)度器是最簡(jiǎn)單的調(diào)度器之一，其在沒(méi)有優(yōu)先級(jí)的情況下以循環(huán)順序向每一個(gè)UE等份地分配資源塊(例如，時(shí)隙、頻帶)。比例公平調(diào)度器(PFS)在UE之間使用公平考量。當(dāng)UE的瞬時(shí)信道質(zhì)量相對(duì)于其自己的隨時(shí)間平均信道狀況較高時(shí)，PFS調(diào)度該UE,即，如果^ [，則PFS其向UEk分配資源塊m，其中

權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)通信系統(tǒng)的多個(gè)用戶進(jìn)行調(diào)度的方法，所述方法包括 a)從所述多個(gè)用戶中選擇基礎(chǔ)范例用戶，以對(duì)經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行初始化； b)基于度量，將所述多個(gè)用戶中的每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行比較；以及 c)基于所述度量，選擇所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶以將其包含到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中； 其中，所述度量包括 針對(duì)所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的比例公平度量；以及 所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集之間的弦距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 重復(fù)步驟b)和C)，直到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中的用戶的數(shù)量等于所述通信系統(tǒng)中的天線的數(shù)量為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 重復(fù)步驟b)和C)，直到將所述用戶包含到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中也無(wú)法增加所述經(jīng)調(diào)度用戶集的總和速率為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，選擇所述基礎(chǔ)范例用戶的步驟包括從所述多個(gè)用戶中選擇具有最高比例公平度量的用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述比較步驟還包括 計(jì)算所述經(jīng)調(diào)度用戶集的第一總和速率； 將所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶臨時(shí)添加到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中，以創(chuàng)建新集合；以及 在臨時(shí)添加了所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的情況下，計(jì)算所述經(jīng)調(diào)度用戶集的第二總和速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述選擇所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的步驟還包括 如果所述第二總和速率與所述第一總和速率相比更大，則使用所述新集合作為所述經(jīng)調(diào)度用戶集。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述度量通過(guò)等式 Ck°|A-Hk,QHk,QT_° 來(lái)確定，其中 H是信道矩陣； Ck是用戶k的單用戶PF度量； Hk；0是用戶k的信道Hk的基礎(chǔ)； A=PtlPtlH,其中PcKPtl,HSi_J，其中，將Ptl初始化為空向量，Si表示先前添加到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中的用戶；并且a是分配給所述PF度量的權(quán)重。
8.一種系統(tǒng),包括 多個(gè)天線，其根據(jù)調(diào)度進(jìn)行發(fā)射；以及 調(diào)度器單元，其通過(guò)執(zhí)行過(guò)程來(lái)確定針對(duì)多個(gè)用戶的調(diào)度，所述過(guò)程包括 a)從所述多個(gè)用戶中選擇基礎(chǔ)范例用戶，以對(duì)經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行初始化； b)基于度量，將所述多個(gè)用戶中的每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行比較；以及 c)基于所述度量，選擇所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶以將其包含到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中； 其中，所述度量包括 針對(duì)所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的比例公平度量；以及 所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集之間的弦距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)度器單元重復(fù)步驟b)和C)，直到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中的用戶的數(shù)量等于所述多個(gè)天線的數(shù)量為止。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)度器單元重復(fù)步驟b)和C)，直到將所述用戶包含到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中也無(wú)法增加所述經(jīng)調(diào)度用戶集的總和速率為止。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，選擇所述基礎(chǔ)范例用戶的操作包括從所述多個(gè)用戶中選擇具有最高比例公平度量的用戶。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述比較操作還包括 計(jì)算所述經(jīng)調(diào)度用戶集的第一總和速率； 將所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶臨時(shí)添加到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中，以創(chuàng)建新集合；以及 在臨時(shí)添加了所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的情況下，計(jì)算所述經(jīng)調(diào)度用戶集的第二總和速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的操作還包括 如果所述第二總和速率與所述第一總和速率相比更大，則使用所述新集合作為所述經(jīng)調(diào)度用戶集。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是基站。
15.—種發(fā)射機(jī),包括 至少一個(gè)天線，其根據(jù)調(diào)度向多個(gè)用戶進(jìn)行發(fā)射，所述調(diào)度由包括以下操作的過(guò)程構(gòu)成 a)從所述多個(gè)用戶中選擇基礎(chǔ)范例用戶，以對(duì)經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行初始化； b)基于度量，將所述多個(gè)用戶中的每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集進(jìn)行比較；以及 c)基于所述度量，選擇所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶以將其包含到所述經(jīng)調(diào)度用戶集中； 其中，所述度量包括 針對(duì)所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶的比例公平度量；以及 所述多個(gè)用戶中的所述每一個(gè)用戶與所述經(jīng)調(diào)度用戶集之間的弦距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于調(diào)度諸如移動(dòng)臺(tái)的多個(gè)用戶設(shè)備以在蜂窩通信系統(tǒng)的下行鏈路中進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。在每一個(gè)調(diào)度時(shí)刻，這些系統(tǒng)和方法基于用戶的過(guò)去調(diào)度歷史、用戶到基站的當(dāng)前各個(gè)鏈路增益、以及多個(gè)用戶的同時(shí)調(diào)度如何影響彼此的性能，來(lái)返回應(yīng)當(dāng)被調(diào)度的用戶集。由于針對(duì)通信系統(tǒng)的最佳調(diào)度需要高計(jì)算復(fù)雜度，因此在接近于理論最佳解決方案的性能的情況下，使用低復(fù)雜度系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)H04W72/12GK102769923SQ201210135579
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者J·阿查里雅 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所