CN101090385A - 空频调度方法及空频调度装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在发射端与接收端之间进行空频调度的方法，该方法包括：A.在到达预先设置的调度周期时，利用接收端在当前调度周期的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；B.根据发射端预先设置的选择接收端数目，从调度优先级最高的接收端开始选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。本发明还公开了一种空频调度装置，该装置能够根据接收端的调度优先级选择接收端并在所选择的接收端间分配空间子信道。本发明能够在执行空频调度时保证用户的公平性。

Description

空频调度方法及空频调度装置

技术领域

本发明涉及多输入多输出(MIMO)技术，尤其涉及基于MIMO正交频分复用(OFDM)技术的空频调度方法及空频调度装置。

背景技术

MIMO技术的核心思想是利用多个天线实现多发多收，从而充分开发空间资源。在窄带信道条件下，MIMO系统的信道容量与收、发天线数目的最小值近似成正比，它在不增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量和频谱利用率。在多用户MIMO系统中，通过空频调度，使得多个用户共享同一个MIMO信道，实现空分多址(SDMA)，则能够进一步提高系统的总容量。

OFDM技术是一种多载波传输技术，其将信道分成若干个正交子信道，将高速数据流转换成并行的低速子数据流，并调制到每个子信道上进行传输。OFDM系统中正交子信道上的信号可由接收端分别解调，这样能够减少子信道之间的相互干扰(ICI)，并且高效地利用频谱资源。由于总带宽被分割为若干个窄带子载波，当每个子信道的带宽小于信道的相干带宽时，每个子信道可以看成平坦性衰落信道，因此OFDM可以有效地抵抗频率选择性衰落；并且如果循环前缀的长度大于信道的最大多径时延，则可以完全消除符号间干扰。另外，通过OFDM频率域的子载波调度和功率分配，对系统的频率资源进行统计的复用，可以获得频域的多用户分集增益，提高系统的总体效率。

为了充分发挥MIMO技术和OFDM技术所具备的优势，在OFDM的基础上合理开发空间资源，通过将MIMO与OFDM相结合，形成MIMO OFDM系统，在多用户MIMO OFDM系统中可以在保证用户保证业务质量(QoS)的前提下，提供更高的数据传输速率。

目前多用户MIMO OFDM系统中空频调度的优化目标主要是使系统在总功率有限的情况下使得频谱效率最大化，或者在满足用户的比特速率要求的情况下使得总功率消耗最小化。然而，在诸如第三代移动通信系统(3G)的长期演进(LTE)或者后三代(B3G)系统等实际的基于MIMO OFDM技术的蜂窝通信系统中，大量的用户接入网络，由于可使用的频率和空间子信道数量有限，则需要通过执行空频调度来选择接收端，并将空间子信道分配给所选择的接收端，以实现发射端与接收端之间的数据通信，在QoS的条件下，最大化系统的频谱效率。

图1示出了基于MIMO OFDM技术的通信系统的示意图。参见图1，拥有四根天线的基站(NodeB)作为发射端，各自拥有两根天线的三个用户设备(UE)作为接收端。由于空间子信道的数目最多等于NodeB侧的天线总数，则NodeB侧通过执行空频调度方法来选择UE，并将所有的频率和空间子信道分配给所选择的UE。

但是，由于现有的空频调度方法仅考虑频谱效率或者总功率消耗，而未曾顾及用户间的公平性，这会使得调度过程完成后，只有少数用户能够享受到网络侧提供的服务，而距离基站较远、信道条件恶劣的用户由于得不到服务而处于饥饿状态，不符合蜂窝通信系统对用户接入的要求，因此现有的空频调度方法无法应用于蜂窝通信系统之中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于MIMO OFDM技术的空频调度方法，能够在分配空间子信道时保证用户的公平性。

在根据本发明思想的方法中，包括如下步骤：

A.在到达预先设置的调度周期时，利用接收端在当前调度周期的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；

B.根据发射端预先设置的选择接收端数目，从调度优先级最高的接收端开始选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。

其中，步骤A所述计算接收端的调度优先级为：

计算接收端在当前调度周期的传输能力与历史平均传输速率之商，将所计算出的商值作为所述接收端的调度优先级。

其中，所述接收端的最小速率MDR为r_min，所述接收端的历史平均传输速率为T，则步骤A所述计算接收端的调度优先级为：

计算接收端在当前调度周期的传输能力与历史平均传输速率之商，将所得到的商值与

之积作为所述接收端的调度优先级。

较佳地，步骤A所述计算调度优先级之前进一步包括：

根据接收端的信道信息和该接收端在自身的接收天线上测量的信噪比，计算接收端在当前调度周期内的传输能力；并且，根据接收端在上一调度周期中的历史平均传输速率计算当前调度周期中的历史平均传输速率。

其中，所述计算当前调度周期中的历史平均传输速率为：

如果所述接收端在上一调度周期中被选择，则所述接收端在当前调度周期中的历史平均传输速率等于(1-α)乘以该接收端在上一调度周期内的历史平均传输速率再加上α与所述接收端在上一调度周期内的实际传输能力之积；否则，所述接收端在当前调度周期中的历史平均传输速率等于(1-α)乘以该接收端在上一调度周期内的历史平均传输速率，其中α为取值范围在0到1之间的遗忘因子；

步骤B所述分配空间子信道之后，该方法进一步包括：

计算分配给空间子信道的增益，并根据所计算出的增益和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算该接收端在当前周期内的实际传输能力。

其中，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道包括：

B11.将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合；

B12.从所述候选天线集合中选择出一根接收天线，加入到服务天线集合中，并从候选天线集合中删除该接收天线；

B13.判断所述候选天线集合是否为空，如果是，则执行步骤B14，否则，返回执行所述步骤B12；

B14.将所述服务天线集合中的接收天线与发射端构成多输入多输出信道，映射为每个被选择接收端对应的空间子信道。

其中，步骤B12所述从候选天线集合中选择出一根接收天线为：

计算将接收端的每根接收天线加入到服务天线集合时，服务天线集合中的所有接收天线与发射端组成的信道的容量，并将最大信道容量对应的接收天线作为被选择的天线。

较佳地，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道包括：

B21.将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合；

B22.计算将接收端的每根接收天线加入到服务天线集合时，服务天线集合中的所有接收天线与发射端组成的信道的容量，将最大信道容量对应的接收天线作为被选择的天线，从所述候选天线集合中选择出所述被选择的天线，加入到服务天线集合中，并从候选天线集合中删除该接收天线以及该接收天线对应的接收端的其余接收天线；

B23.判断所述服务天线集合中的元素的数目是否达到预先设置的空间子信道数目，如果是，则执行步骤B24，否则，返回执行所述步骤B22；

B24.将所述服务天线集合中的接收天线与发射端构成多输入多输出信道，映射为每个被选择接收端对应的空间子信道。

其中，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道为：

在发射端的发射天线与接收端之间映射空间子信道。

其中，所述映射空间子信道包括：

B31.根据接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力；

B32.将所计算出来的所有传输能力组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序；

B33.选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端和该发射天线之间映射空间子信道；

B34.将该接收端对应的所有传输能力元素和该发射天线对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除；

B35.判断传输能力集合是否为空，如果是，则结束空间子信道分配流程，否则，返回执行所述步骤B33。

较佳地，所述映射空间子信道包括：

B41.根据接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力；

B42.将所计算出来的所有传输能力组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序；

B43.选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端和该发射天线之间映射空间子信道；

B44.将该接收端对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除；

B45.判断所选择的发射天线数目是否达到预先设置的空间子信道数目，如果是，则结束空间子信道分配流程，否则，返回执行所述步骤B43。

本发明还提供一种基于MIMO OFDM技术的空频调度装置，能够在分配空间子信道时保证用户的公平性。

根据本发明思想的装置接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息和来自于接收端的接收端在接收天线上测量的信噪比，根据接收到的信道信息和所述信噪比确定接收端当前的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；以及按照发射端确定的选择用户数目，从调度优先级较高的接收端中进行选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。

较佳地，所述调度装置包括：优先级计算模块、用户选择模块和空间子信道分配模块，其中，

优先级计算模块用于接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息和来自于接收端的接收端在接收天线上测量的信噪比，根据接收到的信道信息和所述信噪比确定接收端当前的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级，并将计算出的调度优先级发送给用户选择模块；

用户选择模块用于将接收到的调度优先级按照由高至低的顺序排序，接收来自于发射端的选择接收端数目，根据选择接收端数目从调度优先级最高的接收端开始选择接收端，并将选择结果发送给空间子信道分配模块；

空间子信道分配模块用于接收来自于发射端的空间子信道信息，将空间子信道分配给接收到的选择结果中的接收端。

较佳地，所述调度装置进一步包括：定时器，用于根据发射端预先确定的调度周期计时，并在计时结束时，通知所述优先级计算模块。

在本发明的空频调度方法和空频调度装置中，能够充分保证接收端的公平性。具体而言，本发明在进行空频调度时根据BRU中每个接收端的传输能力和该接收端的历史平均传输速率计算出调度优先级，在接收端的当前信道质量与历史平均传输速率之间取得平衡，使得当前信道质量较好、历史平均传输速率较低的接收端在本调度周期内被优先选择，有效地保证了用户的公平性。

本发明在选择接收端时，可以从调度优先级最高者开始选择等于空间子信道数目个接收端，这样每个被选择的接收端均会被分配一个空间子信道，充分保证了用户的公平性，使得尽量多的用户能够享受到网络服务，很好地满足了基于MIMO OFDM技术的蜂窝通信系统对用户接入的要求。

并且，本发明在接收端对最小速率存在要求时，将所要求的最小速率也作为计算调度优先级的参数之一，有效地保证了在服务质量上存在限制的接收端在接入系统后的正常通信。

另外，本发明还可以基于BRU总容量最大的原则为被选择的接收端分配空间子信道，这样在保证接收端公平性的同时使得BRU上的数据传输量保持最大。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为基于MIMO OFDM技术的通信系统的示意图；

图2为本发明中空频调度方法的流程图；

图3为本发明实施例1和2中空频调度方法的流程图；

图4为本发明实施例中子载波、BRU与空间子信道之间关系的示意图；

图5为本发明实施例1中分配空间子信道的方法流程图；

图6为本发明实施例2中分配空间子信道的方法流程图；

图7为本发明实施例3和4中空频调度方法的流程图；

图8为本发明实施例3中分配空间子信道的方法流程图；

图9为本发明实施例4中分配空间子信道的方法流程图；

图10为本发明实施例中空频调度装置的示例性结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本发明中空频调度方法的基本思想在于：首先确定接收端的调度优先级，然后针对优先级高的接收端分配空间子信道。

图2示出了根据本发明思想的空频调度方法的流程图。参见图2，该方法包括：

在步骤201中，利用接收端的当前传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级。

在步骤202中，根据发射端预先设置的选择接收端数目，从调度优先级最高的接收端开始选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。

本发明中可以基于迫零波束赋形(ZFB)和每天线速率控制(PARC)等方法执行空频调度，并且在调度过程中可以通过平均分配和非平均分配等方式来分配空间子信道。

下面以NodeB为发射端、UE为接收端为例，对本发明的实施例进行说明。

实施例1

图3示出了本发明实施例1中空频调度方法的流程图，本实施例中基于ZFB方法进行空频调度，采用平均分配的方式对一个基本无线资源单元(BRU)中的空间子信道进行分配，并且预先设置调度周期。参见图3，该方法包括：

在步骤301中，到达调度周期时，根据BRU中接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比确定接收端当前的传输能力，并确定该接收端的历史平均传输速率。

图4示出了子载波、BRU与空间子信道之间的关系的示意图。如图4所示，在MIMO OFDM系统中，BRU是指在预先设置的时隙或者调度周期内的一组子载波，每个BRU都可以映射为多个空间子信道，并且多个接收端可以共享同一个BRU，并在该BRU对应的空间子信道上进行独立的数据传输，从而实现系统总容量的最大化。

这里以一个BRU为单位，对该BRU中的所有接收端进行确定传输能力和历史平均传输速率的操作。

例如，NodeB侧共有n个天线，UE侧共有m个天线；对于UE而言，假设其信道信息为H，接收端在接收天线上测量的信噪比为ρ，当前调度周期内的传输能力为

历史平均传输速率为T(t)。其中信道信息H可以由UE主动测量并上报，也可以由发射端在UE的请求下进行测量，ρ则由UE上报。MIMO OFDM系统中的H为如下的矩阵形式：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{\mathrm{1,1}}& ...& h_{1,n}\\ ...& ...& ...\\ h_{m,1}& ...& h_{m,n}\end{array}\right]$

其中的h_i，j表示该UE的第i个天线与NodeB侧第j个天线之间的信道响应。

本实施例中可以按照下述公式1.1计算该UE在当前调度周期的传输能力

$\hat{R}\left(t\right)={B\log }_2\left(\det (I+\mathrm{\ρ}{\left(H\right)}^{H}H)\right)$ 公式1.1

其中B表示该BRU的带宽，I表示单位矩阵，(^*)^H表示对括号内的矩阵取共轭转置，det(^*)表示求括号内矩阵的行列式。由于此时尚未确定所选择的接收端，因此根据公式1.1计算出来的

仅为UE传输能力的估算值。这里也可以采用其它现有的方法获得接收端在当前调度周期内的传输能力。

本实施例中，UE的历史平均传输速率表示多个调度周期内UE的传输速率的平均值，它可以是短期平均速率(SMR)或者长期平均速率(LMR)。为了方便历史平均速率的计算，本实施例中预先根据UE的业务要求将第一个调度周期时的历史平均传输速率设置为常数。在当前调度周期为第t个调度周期时，如果该UE在第(t-1)个调度周期内被选择，则此时的历史平均传输速率T(t)等于(1-α)T(t-1)+αR(t-1)，其中R(t-1)代表该UE在第(t-1)个周期内的实际传输能力；如果该UE在第(t-1)个调度周期内未被选择，则历史平均传输速率T(t)等于(1-α)T(t-1)，其中α为取值范围在0到1之间的遗忘因子。

在步骤302中，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级。

假设UE在当前调度周期内的调度优先级为Pr(t)，则在该UE对最小速率(MDR)无要求时，Pr(t)等于该UE在当前调度周期的传输能力

与历史平均传输速率T(t)之比；当该UE对MDR存在要求并且MDR为r_min时，Pr(t)等于

在步骤303中，按照调度优先级对该BRU中的所有接收端排序，按照发射端确定的选择接收端数目，选择调度优先级较高的接收端。

本步骤中，首先按照调度优先级由高至低的顺序对BRU中的所有UE进行排序；然后，由于本实施例采用平均分配的方式对空间子信道进行分配，即为每个被选择的用户均分配一个空间子信道，此时发射端确定的选择接收端数目等于空间子信道的数目，假设空间子信道数目为n，则从调度优先级最高的UE开始，选择n个UE，作为本调度周期内被服务的接收端。

在步骤304中，按照BRU总容量最大的原则，为每个所选择的接收端分配一个空间子信道。

图5示出了以ZFB为例分配空间子信道的方法流程图。在基于ZFB方法分配空间子信道时，对接收端的接收天线进行选择，并在完成选择后，将所选接收天线与发射端的所有发射天线匹配，映射成空间子信道。参见图5，该方法包括：

步骤501：将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合。

步骤502：从候选天线集合中选择出一根接收天线加入服务天线集合，使得服务天线集合与NodeB组成的信道的容量最大，并从候选天线集合中删除该天线对应的接收端的所有天线。

本步骤中，在服务天线集合为空的情况下，根据公式1.1计算候选天线集合中每个接收端在每根接收天线上的传输能力，并选出传输能力最大的天线作为服务天线。

在服务天线集合中已存在天线的情况下，从候选天线集合中选出的天线使得该天线加入服务天线集合后，服务天线集合中的所有天线与作为发射端的NodeB组成的信道的容量比该接收端的其它接收天线加入到服务天线集合后的信道容量都大。具体方法可以为：计算将接收端的每根接收天线加入到服务天线集合时，服务天线集合中的所有接收天线与发射端组成的信道的容量，并将最大信道容量对应的接收天线作为被选择的天线。

由于本实施例采用平均分配方式，则每次选择天线后，不仅将被选择的天线从候选天线集合中删除，而且还将被选择的天线所属接收端的未被选择的接收天线也从候选天线集合中删除，以保证每个接收端仅被选择一根接收天线。

步骤503：判断候选天线集合是否为空，如果是，则执行步骤504；否则，返回执行步骤502。

步骤504：将服务天线集合中的接收天线与NodeB构成MIMO信道 映射成每个被选择接收端对应的空间子信道。

至此完成ZFB方式下空间子信道的分配。

在结束空间子信道分配后，每个被选择的接收端均拥有一个空间子信道。此时假设将第r个空间子信道分配给接收端，利用下述公式1.2计算该每个空间子信道的增益d_r：

$d_r=1/\sqrt{{\left[{\left(\stackrel{\‾}{H}{\left(\stackrel{\‾}{H}\right)}^H\right)}^{-1}\right]}_{r,r}}$ 公式1.2

其中，

是服务天线集合与NodeB组成的MIMO信道的信道信息。

而后，利用计算出的空间子信道的增益d_r和接收端在接收天线上测量的信噪比ρ计算实际检测信噪比 $\mathrm{SINR}=d_r^2\mathrm{\ρ},$ 并通过下述公式1.4计算出各接收端的实际传输能力：

R(t)＝Blog₂(1+SINR)                 公式1.4

这里也可以根据自适应调制编码方式的组合确定R(t)。

由于本实施例中每个被选择的接收端只被分配一个空间子信道，因此，利用公式1.4获得的接收端的实际传输能力R(t)，并且此处的实际传输能力为下一调度周期内在步骤301中计算该接收端的历史平均传输速率提供依据。另外，在步骤304中，也可以不考虑BRU的总容量来分配空间子信道。此时的步骤502变为：从候选天线集合中任意选择出一根天线加入服务天线集合，并从候选天线集合中删除该天线对应的接收端的所有天线。此种空间子信道的分配方法实现较为简单。

以上为实施例1中基于ZFB方法并采用平均分配方式的空频调度方法，由上述描述可见，本实施例在进行空频调度时根据BRU中每个接收端的传输能力和历史平均传输速率计算出调度优先级，在接收端的当前信道质量与历史平均传输速率之间取得平衡，使得当前信道质量较好、历史平均传输速率较低的接收端在本调度周期内被优先选择，有效地保证了用户间的公平性；并且，本实施例中从调度优先级最高者开始选择等于空间子信道数目个接收端，这样每个被选择的接收端均拥有一个空间子信道，也充分考虑了用户间的公平性，使得尽量多的用户能够享受到网络服务，很好地满足了基于MIMO OFDM技术的蜂窝通信系统中接入用户的要求。同时，本实施例中在计算调度优先级时，以接收端在当前调度周期的传输能力作为参数之一，则兼顾了接收端的信道质量；并且在接收端对最小速率存在要求时，将所要求的最小速率也作为计算调度优先级的参数之一，有效地保证了在服务质量(QoS)上存在最小速率限制的接收端接入系统后的正常通信。进一步地，本实施例基于BRU总容量最大的原则，将空间子信道分配给所选择的接收端，使得BRU上的数据传输量保持最大。

实施例2

本实施例中基于PARC方法执行空频调度，并在调度过程中采用平均分配的方式对空间子信道进行分配。图3中的空频调度方法流程同样适于本实施例，只是步骤304中分配空间子信道的具体操作与实施例1中不同。

本实施例的PARC方法中，空间子信道的分配通过对发射端的发射天线进行分配来完成。

本实施例中假设发射端天线数少于接收端天线数。

图6示出了本实施例中空间子信道的分配方法流程图。参见图6，该方法包括：

步骤601：根据接收端的信道信息H和接收端在接收天线上测量的信噪比ρ，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力。

在本步骤中，通过下述公式2.1至2.4获得接收端在每个发射天线上的传输能力：

w_r＝(H^)_r＝(((H)^HH)^-1HH)_r              公式2.1

$d_r=\frac{1}{{\left|\right|w_r\left|\right|}_2}$ 公式2.2

${\mathrm{SINR}}_r=\frac{d_r^{2}P}{{\mathrm{\σ}}^2}=d_r^2\mathrm{\ρ}$ 公式2.3

R_r＝Blog₂(1+SINR_r)                 公式2.4

H^表示H的广义逆矩阵，w_r为矩阵H^的第r个行向量，d_r为接收端在第r根发射天线上的增益，SINR_r为在第r根发射天线上的实际检测信噪比，R_r为接收端在d第r根发射天线上的传输能力。

步骤602：将所计算出来的所有传输能力组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序。

步骤603：选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端的所有接收天线和该发射天线之间映射空间子信道。

步骤604：将该接收端对应的所有传输能力元素和该发射天线对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除。

假设步骤603中将第r根发射天线分配给第k个接收端，则本步骤中将第k个接收端在所有发射天线上的传输能力对应的元素从传输能力集合中删除，并且将其它接收端在第r根发射天线上的传输能力对应的元素也删除，以保证不会将同一根发射天线重复分配给多个接收端。

步骤605：判断传输能力集合是否为空，如果是，则结束空间子信道分配流程；否则返回执行步骤603。

至此，完成本实施例中空间子信道的分配。

在结束空间子信道的分配之后，按照与实施例1相同的方式计算被选择的接收端的实际传输能力，并作为下一调度周期中确定历史平均传输速率的依据。

本实施例也可以不考虑BRU的总容量来分配空间子信道，此时可以在任意一个发射天线与被选择的接收端之间映射空间子信道。

由上述描述可见，本实施例中基于PARC方法并采用平均分配方式进行空频调度，与实施例1相似，本实施例也通过调度优先级和平均分配空间自信道充分考虑用户的公平性，使得尽量多的用户能够享受到网络服务，很好地满足了基于MIMO OFDM技术的蜂窝通信系统中接入用户的要求。并且，本实施例也能够兼顾接收端的信道质量以及最小速率。另外本实施例中也是基于BRU总容量最大的原则，将空间子信道分配给所选择的接收端，使得BRU上的数据传输量保持最大。

上述的实施例1至实施例2中，所选择的接收端的数目等于发射端确定的空间子信道的数目，每个被选择的接收端均拥有一个空间子信道，下面对采用非平均方式分配空间子信道的实施例进行描述。

实施例3

本实施例基于ZFB方法并采用非平均的方式执行空间子信道的分配。为保证本实施例中方案的正常执行，由发射端预先确定选择接收端数目以及空间子信道数目。

图7示出了本实施例中空频调度方法的流程图，参见图7，该方法包括：

在步骤701中，到达调度周期时，根据BRU中接收端的信道信息和接收端在每根天线上测量的信噪比计算接收端的传输能力，并确定历史平均传输速率。

在步骤702中，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级。

在步骤703中，按照调度优先级对该BRU中的所有接收端排序，按照发射端确定的选择接收端数目，选择调度优先级较高的接收端。

上述三个步骤的操作与实施例1中的步骤301至303相同。

步骤704：基于BRU容量最大的原则，在所选择的接收端之间分配空间子信道。

图8示出了以ZFB为例分配空间子信道的方法流程图。参见图8，该方法包括：

步骤801：将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合。

步骤802：从候选天线集合中选择出一根接收天线加入服务天线集合，使得服务天线集合与NodeB组成的信道的容量最大，并从候选天线集合中删除该天线。

本步骤中，在服务天线集合为空的情况下，根据公式1.1计算候选天线集合中每个接收端在每根接收天线上的传输能力，并选出传输能力最大的天线作为服务天线。

在服务天线集合中已存在接收天线的情况下，从候选天线集合中选出的天线使得该天线加入服务天线集合后，服务天线集合中的所有天线与作为发射端的NodeB组成的信道的容量最大。

与实施例1不同的是，本实施例采用非平均分配方式，则每次选择天线后，只是将被选择的天线从候选天线集合中删除，而不会将被选择的天线所属接收端的未被选择的接收天线删除，这样在完成空间子信道分配后每个接收端被选择的接收天线数目可能会有所差异。

步骤803：判断服务天线集合中的元素的数目是否达到空间子信道的数目，如果是，则执行步骤804；否则，返回执行步骤802；

步骤804：将服务天线集合与NodeB构成MIMO信道 映射成每个被选择接收端的空间子信道。

至此完成ZFB方式下空间子信道的分配。

此后按照与实施例1相同的方式计算被服务的接收端的实际传输能力。

本实施例在当前调度周期内的传输能力与历史平均速率之间取得平衡，考虑了用户的公平性，并且采用非平均分配的方式，基于BRU的总容量最大的原则进行空间子信道的分配，在不增加资源的前提下使得BRU上的数据量保持最大。

实施例4

本实施例基于PARC方法并采用非平均的方式执行空间子信道的分配。为保证本实施例中方案的正常执行，由发射端预先确定选择接收端数目以及空间子信道数目。图7中的空频调度方法同样适于本实施例，只是步骤704中分配空间子信道的具体操作与实施例3中不同。

图9示出了以PARC为例分配空间子信道的方法流程图。参见图9，该方法包括：

步骤901：根据接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比为ρ，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力。

步骤902：将所计算出来的所有传输能力值组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序。

步骤903：选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端接收天线和该发射天线之间映射空间子信道。

上述步骤901至903与实施例2中步骤601至603的操作相同。

步骤904：将该发射天线对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除。

假设步骤903中将第r根发射天线分配给第k个接收端，则本步骤中仅将所有接收端在第r根发射天线上的传输能力对应的元素删除，而不删除第k个接收端在未被分配的发射天线上的传输能力对应的元素，这样在完成空间子信道分配后一个接收端可能会被分配有多根天线。

步骤905：判断所选择的发射天线数目是否达到预先设置的空间子信道数目，如果是，则结束空间子信道分配流程；否则返回执行步骤903。

至此，完成本实施例中空间子信道的分配。

此后按照与实施例1相同的方式计算被服务的接收端的实际传输能力。

本实施例在当前调度周期内的传输能力与历史平均速率之间取得平衡，考虑了用户的公平性，并且采用非平均分配的方式，基于BRU的总容量最大的原则进行空间子信道的分配，在不增加资源的前提下使得BRU上的数据量保持最大。

本发明还提供了一种基于MIMO OFDM技术的空频调度装置。图10示出了该空频调度装置的示例性结构示意图。如图10所示，本发明中的示例性空频调度装置在发射端与接收端间进行空频调度，该装置接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息H和来自于接收端的接收端在接收天线上测量的信噪比r，根据接收到的信道信息和r确定接收端的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；以及按照发射端确定的空间子信道数目，从调度优先级较高的接收端中进行选择，并将空间子信道分配给所选择的接收端。

本发明实施例中的调度装置包括优先级计算模块、用户选择模块和空间子信道分配模块。其中，优先级计算模块用于接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息和来自于接收端的r，根据接收到的信道信息和r确定接收端的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级，并将计算出的调度优先级发送给用户选择模块；用户选择模块用于将接收到的调度优先级按照由高至低的顺序排序，接收来自于发射端的选择接收端数目，根据选择接收端数目从调度优先级最高的接收端开始选择接收端，并将选择结果发送给空间子信道分配模块；空间子信道分配模块用于接收来自于发射端的空间子信道信息，将空间子信道分配给接收到的选择结果中的接收端。

进一步，该调度装置还包括：定时器，用于根据发射端预先确定的调度周期计时，并在计时结束时，通知优先级计算模块。

本实施例中的调度装置可以位于发射端或者接收端之中，也可以作为独立于发射端和接收端的实体存在。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种在发射端与接收端之间进行空频调度的方法，其特征在于，该方法包括：

A.在到达预先设置的调度周期时，利用接收端在当前调度周期的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；

B.根据发射端预先设置的选择接收端数目，从调度优先级最高的接收端开始选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述计算接收端的调度优先级为：

计算接收端在当前调度周期的传输能力与历史平均传输速率之商，将所计算出的商值作为所述接收端的调度优先级。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端的最小速率MDR为r_min，所述接收端的历史平均传输速率为T，则步骤A所述计算接收端的调度优先级为：

计算接收端在当前调度周期的传输能力与历史平均传输速率之商，将所得到的商值与 之积作为所述接收端的调度优先级。

4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤A所述计算调度优先级之前进一步包括：

根据接收端的信道信息和该接收端在自身的接收天线上测量的信噪比，计算接收端在当前调度周期内的传输能力；并且，根据接收端在上一调度周期中的历史平均传输速率计算当前调度周期中的历史平均传输速率。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算当前调度周期中的历史平均传输速率为：

如果所述接收端在上一调度周期中被选择，则所述接收端在当前调度周期中的历史平均传输速率等于(1-α)乘以该接收端在上一调度周期内的历史平均传输速率再加上α与所述接收端在上一调度周期内的实际传输能力之积；否则，所述接收端在当前调度周期中的历史平均传输速率等于(1-α)乘以该接收端在上一调度周期内的历史平均传输速率，其中α为取值范围在0到1之间的遗忘因子；

步骤B所述分配空间子信道之后，该方法进一步包括：

计算分配给空间子信道的增益，并根据所计算出的增益和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算该接收端在当前周期内的实际传输能力。

6、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道包括：

B11.将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合；

B12.从所述候选天线集合中选择出一根接收天线，加入到服务天线集合中，并从候选天线集合中删除该接收天线；

B13.判断所述候选天线集合是否为空，如果是，则执行步骤B14，否则，返回执行所述步骤B12；

B14.将所述服务天线集合中的接收天线与发射端构成多输入多输出信道，映射为每个被选择接收端对应的空间子信道。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B12所述从候选天线集合中选择出一根接收天线为：

计算将接收端的每根接收天线加入到服务天线集合时，服务天线集合中的所有接收天线与发射端组成的信道的容量，并将最大信道容量对应的接收天线作为被选择的天线。

8、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道包括：

B21.将被选择的接收端的所有接收天线组成候选天线集合，并设置内容为空的服务天线集合；

B22.计算将接收端的每根接收天线加入到服务天线集合时，服务天线集合中的所有接收天线与发射端组成的信道的容量，将最大信道容量对应的接收天线作为被选择的天线，从所述候选天线集合中选择出所述被选择的天线，加入到服务天线集合中，并从候选天线集合中删除该接收天线以及该接收天线对应的接收端的其余接收天线；

B23.判断所述服务天线集合中的元素的数目是否达到预先设置的空间子信道数目，如果是，则执行步骤B24，否则，返回执行所述步骤B22；

B24.将所述服务天线集合中的接收天线与发射端构成多输入多输出信道，映射为每个被选择接收端对应的空间子信道。

9、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤B所述在所选择的接收端间分配空间子信道为：

在发射端的发射天线与接收端之间映射空间子信道。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述映射空间子信道包括：

B31.根据接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力；

B32.将所计算出来的所有传输能力组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序；

B33.选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端和该发射天线之间映射空间子信道；

B34.将该接收端对应的所有传输能力元素和该发射天线对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除；

B35.判断传输能力集合是否为空，如果是，则结束空间子信道分配流程，否则，返回执行所述步骤B33。

11、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述映射空间子信道包括：

B41.根据接收端的信道信息和接收端在接收天线上测量的信噪比，计算所有接收端在每个发射天线上的传输能力；

B42.将所计算出来的所有传输能力组成传输能力集合，并对传输能力集合中的元素排序；

B43.选择传输能力最大的元素对应的发射天线和接收端，将该发射天线分配给该接收端，并在该接收端和该发射天线之间映射空间子信道；

B44.将该接收端对应的所有传输能力元素从传输能力集合中删除；

B45.判断所选择的发射天线数目是否达到预先设置的空间子信道数目，如果是，则结束空间子信道分配流程，否则，返回执行所述步骤B43。

12、一种在发射端和接收端间进行空频调度的装置，其特征在于，该调度装置接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息和来自于接收端的接收端在接收天线上测量的信噪比，根据接收到的信道信息和所述信噪比确定接收端当前的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级；以及按照发射端确定的选择用户数目，从调度优先级较高的接收端中进行选择，并在所选择的接收端间分配空间子信道。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述调度装置包括：优先级计算模块、用户选择模块和空间子信道分配模块，其中，

优先级计算模块用于接收来自于发射端或者接收端的接收端信道信息和来自于接收端的接收端在接收天线上测量的信噪比，根据接收到的信道信息和所述信噪比确定接收端当前的传输能力和历史平均传输速率，根据所确定的传输能力和历史平均传输速率计算接收端的调度优先级，并将计算出的调度优先级发送给用户选择模块；

用户选择模块用于将接收到的调度优先级按照由高至低的顺序排序，接收来自于发射端的选择接收端数目，根据选择接收端数目从调度优先级最高的接收端开始选择接收端，并将选择结果发送给空间子信道分配模块；

空间子信道分配模块用于接收来自于发射端的空间子信道信息，将空间子信道分配给接收到的选择结果中的接收端。

14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述调度装置进一步包括：

定时器，用于根据发射端预先确定的调度周期计时，并在计时结束时，通知所述优先级计算模块。

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