CN101127747B - 一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法及系统，该方法包括：第一设备向第二设备发送未预编码的参考符号；第二设备根据所述参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵，并根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所使用的候选物理资源块的线性空域预编码矩阵；第二设备根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得候选物理资源块的信道质量指示；根据所述信道质量指示进行频域调度。采用本发明，不仅解决了现有技术中采用信道探测方法时不能进行频域调度的问题，同时解决了采用频域调度和线性空域预编码存在的矛盾。本发明同时公开了一种通信系统。

Description

一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域的正交频分复用(OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术，尤其涉及一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法及系统。

背景技术

在基于OFDM的时分双工复用(TDD，Time division duplex)通信系统中，可以采用频域调度提高系统的通信性能。频域调度指为用户终端选择合适的传输数据的子频段，从而充分利用宽带通信系统中频率选择性的一种方法。

参阅图1所示为不同用户终端接收到的子载波相对功率示意图，不同用户终端接收到的每一个子载波与同一个参考值进行比较所得的相对功率不同，用户1在第30-120个子载波上的相对功率较高，而用户2在第120-160以及第240-280个子载波上的相对功率较高。在进行资源分配时，把子载波30-120分配给用户1使用，把子载波120-160以及240-280分给用户2使用，这样，每一个用户总是选择其最适合传输的子频段进行数据的传输，从而获得多用户分集(multiuser diversity)增益。当用户终端足够多时，对于任何一个子频带，总能找到一个用户终端，并将该子频带分配给该用户终端使得该子频带的效率达到最大，从而最大限度的开发无线信道的通信能力。

在TDD系统中，可以使用线性空域预编码/波束赋形技术来提高系统的性能。线性空域预编码技术是指，当发射端存在多根发射天线时，通过一个线性的预编码操作将数据流映射到多根天线上进行发送的技术。

参阅图2所示，L个数据流X通过一个预编码器形成M根天线上对应的发送的信号Y。线性空域预编码操作用一个预编码矩阵V等效，即Y＝VX，其中X的维数为Lx1，Y的维数为Mx1，V的维数为MxL。当数据流数目L＝1时，此时线性空域预编码操作为波束赋形。预编码矩阵V使用信道冲击响应矩阵进行计算。

当基站采用基于信道探测的方式获得预编码矩阵时，基站根据用户终端发送的上行未预编码的参考符号计算出信道冲击响应矩阵，然后根据信道冲击响应矩阵计算出线性预编码矩阵。采用这种方式时，基站向用户终端发送的下行参考符号和数据符号同时进行线性空域预编码处理，用户终端不需要知道预编码矩阵，也不需要估计每个发送接收天线间的信道响应，仅需要估计预编码矩阵与信道矩阵合成的等价信道响应矩阵，即可实现数据的解调，从而可以有效的减小发射端的参考符号开销，同时支持任何类型的预编码操作(包括波束赋形)。同时这种实现方法可以快速实时的跟踪信道响应特性，并且没有对计算出的预编码矩阵进行近似，不存在近似导致的预编码性能损失。但这种方法用户终端不能根据预编码之后的参考符号计算出信道质量指示，导致系统频域调度性能的丧失。

现有技术中，基站也可采用基于反馈的方式获得预编码矩阵，通过用户终端反馈信道状态信息和预编码矩阵，采用这种方式用户终端需要反馈大量的信息，且经过反馈的信息是有损的，并且有时候甚至是误传的，导致系统预编码/波束赋形性能的降低。

发明内容

本发明提供一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法及系统，用以解决现有技术中采用信道探测方式获得预编码矩阵时不能进行频域调度的问题。

本发明提供以下技术方案：

一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法，包括步骤：

第一设备向第二设备发送未预编码的参考符号；

第二设备根据所述参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵，并根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所使用的候选物理资源块的线性空域预编码矩阵；

第二设备根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得候选物理资源块的信道质量指示；

所述第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度。

当由第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度时，第二设备进一步根据向第一设备传输的数据量从候选物理资源块中分配第一设备使用的物理资源块，并采用该物理资源块对应的线性空域预编码矩阵进行线性空域预编码。

较佳的，第二设备根据为第一设备分配的物理资源块上对应的信道质量指示，对发送给第一设备的数据比特进行调制与编码，形成数据符号，并采用该物理资源块对应的线性空域预编码矩阵对所述数据符号和对应的参考符号进行线性空域预编码。

分配给第一设备多个在频域和/或时域上连续的物理资源块时，分别采用各物理资源块对应的线性空域编码矩阵对本资源块上发送的数据符号和参考符号进行预编码；或者将所述各物理资源块对应的线性空域预编码矩阵进行平均，根据平均后的预编码矩阵对数据符号和参考符号进行预编码。

较佳的，对根据所述参考符号计算出的对应于一个物理资源块中各个子载波的信道冲击响应矩阵进行平均，将平均后的信道冲击响应矩阵进行共轭转置作为对应的物理资源块的信道冲击响应矩阵获得线性空域预编码矩阵。

当所述信道的冲击响应矩阵根据多根天线发送的彼此正交的未预编码参考符号获得时，对平均后的信道冲击响应矩阵进行奇异值分解获得线性空域预编码矩阵。

当所述信道冲击响应矩阵根据一根天线发送的参考符号或多根天线发送的彼此相同的参考符号获得时，采用波束赋形方法从平均后的信道冲击响应矩阵获得线性空域预编码矩阵。

其中，获得物理资源块的信道质量指示包括步骤：

根据对应于一个物理资源块中各个子载波的信道冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得各个子载波的等效的信道矩阵；

根据所述等效的信道矩阵确定各个子载波上的接收信噪比；以及

根据所述各个子载波的接收信噪比获得对应物理资源块上的等效信噪比，并根据该等效信噪比确定该物理资源块上的信道质量指示。

各个子载波的接收信噪比为所述等效的信道矩阵的二范数的二次方与发送信噪比的乘积。

所述发送信噪比为第二设备侧发射功率与第一设备侧接收到的噪声和/或干扰功率的比值；或者，所述发送信噪比为第二设备两次发射功率比值与该两次发射功率中的第一次发射功率的发送信噪比的乘积。

其中，所述参考符号与数据符号一起发送；或者单独发送所述参考符号。

所述参考符号在可用频带上离散分布。

所述参考符号为两组时，两组参考符号覆盖不同的频带范围。

一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法，包括步骤：

第二设备向第一设备发送未预编码的下行参考符号；

第一设备根据该参考符号获得信道的冲击响应矩阵，并计算出对应于每一个上行物理资源块的预编码矩阵；

第一设备根据该预编码矩阵获得上行物理资源块上的信道质量指示，并将该信道质量指示反馈给第二设备；

第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度。

一种通信系统，包括：

第一设备，包括用于发送未预编码的参考符号的发送单元；

第二设备，包括：

信道探测器，用于根据所述未预编码的参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵；

预编码矩阵计算器，用于根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所使用的候选物理资源块的线性空域预编码矩阵；

信道质量指示计算器，用于根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得对应的物理资源块的信道质量指示；

物理资源分配器，用于根据向第一设备传输的数据块的大小，以及所述信道质量指示，从候选的物理资源块中分配给第一设备物理资源块。

进一步，所述第二设备还包括：

数据调制与编码器，用于根据分配给第一设备的物理资源块上对应的信道质量指示对传输给第一设备的数据比特进行调制与编码，形成数据符号的单元；

线性预编码器，用于根据分配给第一设备的物理资源块对应的线性空域预编码矩阵对数据符号和对应的参考符号进行线性空域预编码的单元；

所述第一设备还包括：接收单元，用于接收所述第二设备发送的经过预编码矩阵进行线性空域预编码的数据符号和对应的参考符号。

本发明有益效果如下：

本发明中第一设备向第二设备发送未预编码的参考符号，第二设备根据所述参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵，并根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所占用物理资源块的线性空域预编码矩阵，然后根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得对应的物理资源块的信道质量指示。根据所述信道质量指示进行频域调度，同时可根据获得信道质量指示过程中计算出的线性空域预编码矩阵进行线性空域预编码操作，不仅解决了采用信道探测技术时不能实现频域调度的问题，而且解决了频域调度和线性空域预编码/波束赋形性之间的矛盾。

附图说明

图1为现有技术中接收端用户接收到的子载波相对功率示意图；

图2为现有技术中空域线性预编码操作示意图；

图3为本发明实施例中OFDMA的一个时隙结构示意图；

图4为本发明实施例中SC-FDMA的一个时隙结构示意图；

图5为本发明实施例中用户终端可用频带范围示意图；

图6为本发明实施例中子频带划分示意图；

图7为本发明实施例中的系统结构示意图；

图8为本发明实施例中基站侧处理装置的结构示意图；

图9为本发明实施例中进行线性空域预编码和频域调度的处理流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术中采用信道探测方式获得预编码矩阵时不能进行频域调度的问题，本实施例中采用用户终端向基站发送未预编码的上行参考符号，根据该参考符号基站获得信道冲击响应矩阵并计算出对应于每一个下行物理资源块的线性空域预编码矩阵，然后根据信道冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得下行物理资源块的信道质量指示进行频域调度。

在目前的3GPP EUTRA系统中，基于OFDM调制技术的下行传输采用OFDMA多址方式，上行传输采用SC-FDMA多址方式。OFDMA系统指可以同时在时域和频域区分用户的OFDM系统，即多个用户的数据可以在不同的时隙中发送，也可以在一个时隙中进行发送。每一个用户的信号在频域中产生，对应于若干个子载波上的数据，然后通过快速逆傅立叶变换(IFFT变换)到时域进行处理和发送的传输系统。SC-FDMA系统指可以在时域和频域上进行用户区分的单载波传输系统，即多个用户的数据可以在不同的时隙中发送，也可以在一个时隙中进行发送。每一个用户的信号先在时域产生，然后通过离散傅立叶变换(DFT，Discrete Fourier Transform)操作变换到频域进行子载波映射等操作，再进行IFFT变换时域进行处理和发送的传输系统。对于3GPP EUTRA系统来说，OFDMA和SC-FDMA有不同的时隙结构。

参阅图3所示为一种下行传输OFDMA时隙的结构示意图。一个时隙由9个OFDM符号构成和一个时间间隔TI构成。其中TI的时间长度可以为0。

参阅图4所示为一种上行SC-FDMA时隙的结构示意图。一个时隙由8个长块LB1～LB8，2个短块SB1和SB2，时隙间隔TI以及每一个长块或者短块之前的循环前缀CP构成，其中，长块LB1～LB8用于承载业务数据，短块SB1和SB2用于承载上行参考符号，TI的时间长度可以为0。为了使更多的上行用户终端可以在可用频带范围内发送上行参考符号，可用频带范围内的上行参考符号在频域上离散分布。

可用的频带范围是指可以被用于调度的频带范围，指终端的工作带宽与基站的工作带宽的重叠部分。参阅图5所示为用户终端可用频带范围示意图，终端的工作带宽为10MHz，基站的工作带宽为5MHz，系统的中心载波位于5MHz的中心，位于10MHz的1/4处，重叠的5MHz频带范围是系统可用的频带范围。

为了避免多个用户终端发送的上行参考符号彼此冲突，系统也可以给每一个用户终端分配可用的频带范围，每个用户终端只能在可用的频带范围内发送上行参考符号。例如：当用户终端和基站的工作带宽均为10MHz时，将整个工作带宽划分为两个相等的部分，每一部分的大小为5MHz，用户终端只能选择其中一个大小为5MHz的可用频带范围来发送上行参考符号。在实际工作中，还可根据上行资源分配情况动态或者半静态的调整用户终端可用频带范围的大小，如当有大量的上行资源没有用于上行传输，处于空闲时，可以允许用户终端在空闲的子载波上发送上行参考符号，从而扩大可用的频带范围。

在TDD系统中，从频域对整个工作带宽划分为若干个子频带，子频带由多个连续的子载波构成，结合时域上的划分，可以将系统物理资源进一步划分。

对于下行OFDMA，将一个子频带中每一个传输时隙划分为多个物理资源块，每一个物理资源块(PRB，Physical Resource Block)由一个传输时隙中所有OFDM符号上M个连续的子载波构成，M取值一般为25；对于上行SC-FDMA，将一个传输时隙划分为多个资源单位(RU，Resource Unit)，每一个资源单位由一个传输时隙中的所有长块上的N个连续的或者不连续的子载波构成，N的取值一般也为25。

参阅图6所示为本实施例中未预编码的上行参考符号与下行的物理资源块在子频带上的对应关系，图中610表示未预编码的上行参考符号，620表示在可用频带范围以外的下行物理资源块，630表示在可用频带范围内的下行物理资源块。未预编码的上行参考符号610在一个时隙中的两个短块(SB1和SB2)上离散分布(频域上离散)，或者在一个时隙中的一个短块(SB1或者SB2)或者一个长块上的可用频带范围内离散分布。每一个子频带可以对应多个下行传输时隙中的多个物理资源块。用户终端在可用频带范围内发送未预编码的上行参考符号后，基站可以通过上行信道探测获得可用频带范围内每一个子频带上的上行信道状态信息。由于TDD系统的信道对称性，即在信道状态随时间变化比较缓慢的情况下(如低速移动)，在相同的子频带上，上行信道状态信息与下行信道状态信息相同，本实施例中根据上行信道状态信息计算下行物理资源块上所使用的预编码矩阵。其中，在一个上行时隙中发送的上行参考符号可以对应多个下行时隙中的物理资源块。

参阅图7所示为本实施例的系统结构示意图，包括用户终端710和基站720。用户终端710包括发送单元7101和接收单元7102，其中的发送单元7101用于将未预编码的上行参考符号发送给基站720；接收单元7102用于接收基站720发送的经过预编码矩阵进行线性预编码的数据符号和下行参考符号。基站720用于根据用户终端710发送的未编码的上行参考符号进行信道探测，获得上行信道状态信息进行下行方向的空域线性预编码和频域调度。

参阅图8所示为本实施例基站侧处理装置的结构示意图，包括上行信道探测器801、预编码矩阵计算器802、信道质量指示计算器803、物理资源分配器804、数据调制与编码器805和线性预编码器806。

上行信道探测器801用于根据用户终端710发送的未预编码的上行参考符号获得可用频带范围内该用户终端710的每一个子载波上的上行信道冲击响应矩阵，并将该矩阵传送给预编码矩阵计算器802和信道质量指示计算器803。

预编码矩阵计算器802用于根据获得的每一个子载波上的上行信道状态信息获得每一个下行物理资源块上的预编码矩阵，以及将该预编码矩阵传送给信道质量指示计算器803、物理资源分配器804和线性预编码器806。

信道质量指示计算器803用于根据获得的每一个下行物理资源块上的预编码矩阵、每一个子载波上的上行信道冲击响应矩阵，获得每一个下行物理资源块上的信道质量指示，并将该信道质量指示传送给物理资源分配器804。

物理资源分配器804用于根据用户终端710在下行方向上期望传输的数据块大小，以及获得的每一个物理资源块上的信道质量指示，为用户终端710分配下行物理资源块，并将该物理资源块信息和对应的信道质量指示传送给数据调制与编码器805。

数据调制与编码器805用于根据为用户终端710分配的每一个下行物理资源块上的信道质量指示对数据比特进行调制与编码，形成数据符号，并将该数据符号传送给线性预编码器806。

线性预编码器806用于将每一个下行物理资源块上的数据符号以及相应的参考符号一起根据各个下行物理资源块所对应的预编码矩阵进行线性预编码。

参阅图9所示为本实施例进行线性空域预编码和频域调度的处理流程示意图，处理过程如下：

步骤901、用户终端发送覆盖整个可用频带范围的上行参考符号。

步骤902、基站通过上行信道探测方法计算可用频带范围内用户终端的每一个子载波上的上行信道冲击响应矩阵。

步骤903、基站根据获得的每一个子载波上的上行信道冲击响应矩阵计算每一个下行物理资源块上的预编码矩阵。

步骤904、基站根据计算得到的每一个下行物理资源块上的预编码矩阵、每一个子载波上的上行信道冲击响应矩阵，计算每一个下行物理资源块上的信道质量指示。

步骤905、基站根据用户终端在下行方向上期望传输的数据块大小，以及计算得到的每一个下行物理资源块上信道质量指示，为用户终端分配下行物理资源块。

步骤906、基站根据为用户终端分配的每一个下行物理资源块上的信道质量指示对下行发送的数据比特进行调制与编码，形成数据符号。

对下行发送的数据比特进行调制与编码时，当分配给用户终端的物理资源块为多个时，基站首先根据分配给该用户终端的物理资源块所对应的信道质量指示对数据比特进行划分，在对数据比特划分完毕之后根据物理资源块上对应的信道质量指示所对应的调制方式与编码速率进行独立的调制与编码；如果对用户终端只分配了一个物理资源块则不需要对数据比特进行划分。

对数据比特进行划分时可以按照每一个信道质量指示所对应的传输块大小的比例进行划分，如用户终端的传输数据量为1100bits时，在物理资源块1和2上的划分比例为600∶540＝10∶9，在物理资源块1上传输的数据比特为1100*10/19≈589bits，在物理资源块2上传输的数据比特为1100*9/19≈521bits。

如果分配给同一个用户终端的多个物理资源块在频域和/或时域上是连续的，可以将数据比特进行统一的调制与编码，然后再均匀的分配到各个物理资源块上。此时，可以在各个物理资源块所对应的多个信道质量指示中选择一个适中的信道质量指示，用它来确定统一的调制与编码时所采用的调制与编码方式；也可以使用各个物理资源块对应的线性空域预编码矩阵以及各个物理资源块中各个子载波上的信道冲击响应矩阵计算出一个信道质量指示，用该信道质量指示决定调制与编码方式。

步骤907、基站将每一个下行物理资源块上的数据符号以及相应的参考符号根据各下行物理资源块所对应的线性空域预编码矩阵进行线性空域预编码。

进行线性空域预编码时，将每一个物理资源块上的数据符号进行串并变换，形成多个数据流，然后在每一个数据流中分别插入各自的参考符号后通过对应的线性空域预编码矩阵变换生成多根天线上发送的信号。如果分配给同一个用户终端的多个物理资源块在频域和/或时域上是连续的，对于每一个物理资源块内部的多个并行传输的数据符号和相应的参考符号，可以使用各个物理资源块对应的线性空域预编码矩阵分别进行预编码；也可以使用各个物理资源块对应的线性空域预编码矩阵的平均值行预编码；或者根据这些物理资源块上的信道冲击响应矩阵，重新计算一个线性空域预编码矩阵。

在步骤901中，用户终端发送覆盖整个可用频带范围的上行参考符号时，可以与数据符号一起发送，比如使用上行SC-FDMA时隙中的短块发送上行参考符号，其中一部分上行参考符号用于解调上行数据符号；或者，利用上行传输数据的空闲，使用上行SC-FDMA时隙中的长块发送独立的上行参考符号，该参考符号不用于解调上行数据符号。当系统利用两个短块SB1和SB2发送上行参考符号时，还可以让不同的短块所承载的上行参考符号覆盖不同的频带范围，比如将可用频带范围划分为两个部分，其中SB1所承载的上行参考符号覆盖可用频带范围的第一部分；SB2所承载的上行参考符号覆盖可用频带范围的第二部分。

在步骤902中，当上行用户终端使用一个短块(SB1或者SB2)或者使用一个长块在可用频带范围内发送在频域上离散的上行参考符号时，基站首先获得各个离散点所在子载波上的信道冲击响应，然后通过频域插值获得可用频带范围内各个子载波上的上行信道冲击响应，从而完成上行信道探测。

当上行用户同时利用两个短块(SB1和SB2)在可用频带范围内发送在频域上离散的上行参考符号时，如果这两个短块所承载的上行参考符号所覆盖的频带范围相同(即均覆盖整个可用频带范围)，基站可以选择其中一个短块上承载的上行参考符号进行上行信道探测；或者同时利用两个短块上承载的上行参考符号进行上行信道探测，然后将两个短块所对应的上行信道冲击响应进行平均。如果这两个短块所承载的上行参考符号所覆盖的频带范围不同(即分别覆盖可用频带范围的一部分)，则分别使用其中一个短块上承载的上行参考符号进行所对应的频带范围内上行信道探测。

在步骤903中，计算线性预编码矩阵时，通过信道冲击响应矩阵获得的上行信道状态信息存在两种情况：A、获得的上行信道状态信息充分；B、获得的上行信道状态信息不充分。以下分别对两种情况进行说明。

A、获得的上行信道状态信息充分的情况：

如果信道状态信息是通过用户终端上行方向的多根天线上发送出来的彼此正交的未预编码参考符号获得的，则该信道状态信息充分。例如：基站发送天线数目为M，终端接收天线数目为K，如果参考符号是在上行方向上的K根天线上发送出来的，并且彼此正交，并使用M根接收天线进行接收，那么根据各子载波上的上行参考符号获得的上行信道冲击响应矩阵Gj的维数为MxK，其中j表示子载波序号，即充分的信道状态信息。在不同天线上发送彼此正交的上行参考符号时可通过在不同的子载波上进行传输来达到。如在SB1中，天线1上的上行参考符号在第1、6、11…子载波上传输，天线2上上行参考符号是在第2、8、12…子载波上传输的。

在获得的上行信道状态信息充分的情况下，首先需要将一个物理资源块内不同子载波的上行信道冲击响应矩阵Gj进行平均，得到该物理资源块对应的信道冲击响应矩阵H_DL，然后根据该信道冲击响应矩阵H_DL进行预编码矩阵的计算。

例如：当基站发射天线数目为M，用户终端端天线数目为K，传输的数据流数目为L，对不同子载波的上行信道冲击响应矩阵Gj进行平均可以得到上行信道冲击响应H_UL，其维数为MxK，那对应下行信道冲击相应为 $H_{\mathrm{DL}}=H_{\mathrm{UL}}^H,$ 其维数为KxM，将H_DL进行奇异值分解(SVD，singular value decomposition)，得到：

H_DL＝UΛV^H

其中，U是维数为KxK的酉矩阵，即U^HU＝I，V是维数为MxM的酉矩阵，即V^HV＝I，I表示单位阵，上标H表示矩阵的共轭转置操作，Λ由信道矩阵H_DL的奇异值构成，维数为KxM。假设 ${\mathrm{\λ}}_1\≥{\mathrm{\λ}}_2\≥\·\·\·{\≥\mathrm{\λ}}_{n_{\min }}$ 是信道矩阵H_DL的奇异值，其中n_min＝min(M，N)，那么

其中发送流数目L≤min(M，K)，那么可以在 ${\mathrm{\λ}}_1\≥{\mathrm{\λ}}_2\≥\·\·\·{\≥\mathrm{\λ}}_{n_{\min }}$ 选择最大的L个奇异值，并根据Λ矩阵中各个奇异值的位置，从V矩阵中选择出L个列向量，从而构成一个MxL维的预编码矩阵V′。用X表示发送的数据流，用Y表示通过预编码后基站发送天线上的信号，Z表示用户终端接收到的信号，N表示噪声向量，维数为Kx1，则有：

Z＝HY+N＝HV′X+N。

B、获得的上行信道状态信息不充分的情况：

如果信道状态信息是通过用户终端在上行方向上的一根天线上发送出来的参考符号或者多根天线上发送出来的彼此相同的参考符号获得的，则该信道状态信息不充分。如基站发送天线数目为M，用户终端接收天线数目为K，参考符号是在上行方向上的1根天线上/或者在K根天线上通过重复发送出来的，并使用M根接收天线进行接收，根据各子载波上的上行参考符号获得的上行信道冲击响应矩阵Gj的维数为Mx1的，其中j表示子载波序号，此时基站获得的信道状态信息不充分。

在获得的上行信道状态信息不充分的情况下，首先将一个物理资源块内不同子载波的上行信道冲击响应矩阵Gj进行平均，可以得到上行信道冲击响应H_UL，那么该物理资源块对应的下行信道冲击响应矩阵 $H_{\mathrm{DL}}=H_{\mathrm{UL}}^H,$ 然后采用发射波束赋形的方法获得预编码矩阵。例如，当下行发送的数据流数目为L时，预编码矩阵表示为：

V′＝[v₁ v₂ … v_L]

其中，v_i表示第i个数据流对应的预编码列向量，并且每一个数据流对应的预编码列向量相同，即

V＝[v v  … v]

其中，v采用传统的波束赋形方法得到或者采用最大比波束赋形方法，v＝H_DL ^H，也可以采用基于方向的波束赋形方法获得v。

由于用户终端上行发送方式由基站指定，当基站接收到用户终端发送的上行参考符号后，基站对接收到的上行参考符号的发送方式进行判断，并确定上行信道状态信息为充分的或是不充分的，由此来决定进行预编码矩阵的计算方法。

在步骤904中，基站根据每一个下行物理资源块上的预编码矩阵V′、各个子载波上的上行信道冲击响应矩阵Gj，获得每一个下行物理资源块上的信道质量指示CQI方法如下所示：

对于各物理资源块，根据其预编码矩阵V′、以及各子载波上的上行信道冲击响应矩阵Gj，计算各子载波上的等效的信道矩阵(G_E)_j，(G_E)_j是一个K×L的矩阵，L为线性空域预编码前数据流的个数，K是接收端天线的个数，j表示一个物理资源块中子载波的序号，j＝1…J，其中J表示一个物理资源块中子载波的总数：

(G_E)_j＝G_j ^HV

对于任何一个物理资源块，使用等效的信道矩阵预测其下行方向上每一个子载波上接收后的信噪比γ_j。接收信噪比γ_j表示为等效的信道矩阵(G_E)_j与发送信噪比(SNR，Signal-to-Noise Ratio)的函数f1，即

γ_j＝f₁((G_E)_j，SNR)，j＝1…J。

函数f1可以为：

γ_j＝‖(G_E)_j‖²·SNR，j＝1…J

其中‖(G_E)_j‖表示矩阵(G_E)_j的二范数；发送信噪比SNR通过一个物理资源块上的发送功率P_S与该物理资源块上在用户终端接收到的噪声和/或干扰功率P_N的比值来计算，即SNR＝P_S/P_N。

当使用P_S和P_N比值计算SNR时，下行发送功率P_S为已知的基站发射功率，噪声功率通过基站进行测量获得；干扰功率通过用户终端测量后反馈给基站，或者将下行干扰功率近似为上行干扰功率，通过基站侧测量获得上行干扰功率，将上行干扰功率作为计算时使用的干扰功率，或者将小区间干扰近似为无干扰，即干扰功率为零。

SNR也可以通过用户终端上行反馈的下行发送信噪比SNR′进行预测得到。当使用上行反馈干扰功率进行SNR′预测时，基站根据发送给用户终端进行SNR′测量时的发送功率P_S′，与基站当前进行发送所使用的发射功率P_S之间的比值对SNR进行预测，即

$\mathrm{SNR}=\frac{P_S}{P_S^{\′}}{\mathrm{SNR}}^{\′}.$

根据计算出的接收信噪比γ，对各物理资源块，计算其等效的信噪比SIR_eff：

一个物理资源块上等效的信噪比SIR_eff是该物理资源块内所有子载波上的信噪比γ_j的函数，即

SIR_eff＝f(γ)

其中，γ表示该物理资源块内所有子载波上的信噪比γ_j的一个集合。

一种计算等效的信噪比SIR_eff的方法是采用EESM(OFDM ExponentialEffective SIR Mapping)方法，其函数关系如下：

${\mathrm{SIR}}_{\mathrm{eff}}=-\mathrm{\β}\ln \left(\frac{1}{J}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\γ}}_j}{\mathrm{\β}}}\right),$

其中，J是该物理资源块内子载波的个数，β为与调制编码方式相关的参数，该参数通过仿真进行确定。采用图3所示的时隙结构，时隙长度为0.675ms，子载波间隔为15kHz的OFDMA系统的β参数如表1所示：

表1

调制方式	编码速率	β值
			QPSK	1/3	1.14
QPSK	1/2	1.16
			QPSK	2/3	1.26
QPSK	3/4	1.42
			16QAM	1/2	2.8
16QAM	2/3	3.8
			16QAM	4/5	5.56
64QAM	2/3	12.32
			64QAM	3/4	15.54
64QAM	4/5	19.18

对于每一个物理资源块，由计算得到的等效信噪比SIR_eff以及预先确定的判断门限，得到该物理资源块对应的CQI值。

在实际应用过程中，根据CQI值对用户终端进行频域调度处理过程如下：

比如，将一个业务时隙划分为5个物理资源块，每一个物理资源块都可以支持16种调制与编码等级，分别与16个CQI值对应，一个物理资源块可以传输的正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)符号的个数为150个，每一个物理资源块上可以支持的CQI及其对应的判断门限、调制方式、编码速率和传输块大小(TBS，Transmit Block Size)如表2所示：

表2

CQI	判断门限(dB)	调制方式	编码速率	传输块大小  (bits)
					0	SIR<sub>eff</sub>≤-3	/	/	0
1	-3＜SIR<sub>eff</sub>≤-1	QPSK	1/4	45
					2	-1＜SIR<sub>eff</sub>≤0.5	QPSK	1/3	100
3	0.5＜SIR<sub>eff</sub>≤2	QPSK	1/2	150
					4	2＜SIR<sub>eff</sub>≤3	QPSK	2/3	200
5	3＜SIR<sub>eff</sub>≤4	QPSK	3/4	225
					6	4＜SIR<sub>eff</sub>≤5.5	16QAM	1/2	300
8	5.5＜SIR<sub>eff</sub>≤6.5	16QAM	3/5	360
					8	6.5＜SIR<sub>eff</sub>≤8.5	16QAM	2/3	400
9	8.5＜SIR<sub>eff</sub>≤9	16QAM	3/4	450
					10	9＜SIR<sub>eff</sub>≤10.5	16QAM	4/5	480
11	10.5＜SIR<sub>eff</sub>≤12	64QAM	3/5	540
					12	12.5＜SIR<sub>eff</sub>≤13.5	64QAM	2/3	600
13	13.5＜SIR<sub>eff</sub>≤15	64QAM	3/4	685
					14	15＜SIR<sub>eff</sub>≤18	64QAM	4/5	820
15	18＜SIR<sub>eff</sub>	68QAM	5/6	850

当计算所得等效信噪比SIR_eff＝5.4dB，根据表2得到该子频带对应的CQI数值为6。这样，计算出用户终端在每一个物理资源块上的等效信噪比SIR_eff即可根据表2找出该用户终端在每一个下行物理资源块上的信道质量指示。

如果计算得到一个用户终端的每一个下行物理资源块上的CQI值如表3所示：

表3

物理资源块序号	1	2	3	4	5
						CQI	12	11	9	8	5

当该用户终端在下行方向上期望传输的数据量为1100bits，根据该用户终端在下行方向上期望传输的数据块大小，以及计算得到的每一个物理资源块上的信道质量指示为该用户分配物理资源块1和2，选用下行物理资源块1和2所对应的线性空域预编码矩阵对该用户终端下行发送的数据符号和参考符号进行线性空域预编码。

采用本实施例用户终端向基站发送未预编码的上行参考符号，根据该参考符号基站获得信道的冲击响应矩阵并计算出对应于每一个下行物理资源块的预编码矩阵，然后根据冲击响应矩阵和预编码矩阵获得下行物理资源块的信道质量指示进行频域调度，同时根据计算出的预编码矩阵进行线性空域预编码，解决了采用信道探测技术时不能使用频域调度技术的问题，避免了同时使用频域调度和线性空域预编码时产生的矛盾。

本发明不仅限于此，本发明的另一实现方式为基站向用户终端发送未预编码的下行参考符号，用户终端根据该参考符号获得信道的冲击响应矩阵并计算出对应于每一个上行物理资源块的预编码矩阵，然后根据该预编码矩阵获得上行物理资源块上的信道质量指示，并将该信道质量指示反馈给基站，基站根据所述信道质量指示进行频域调度。采用这种方式时，用户终端侧根据接收到的未预编码参考符号获得下行信道冲击响应矩阵和预编码矩阵后，对于每一个上行物理资源块，根据其预编码矩阵和各子载波上的下行信道冲击响应矩阵获得对应于各子载波上的等效的信道矩阵，根据该等效的信道矩阵和用户终端侧的发送信噪比预测上行方向上每一个子载波上接收后的信噪比，然后确定出等效的信噪比，并根据该等效的信噪比确定对应的信道质量指示。在用户终端侧计算出信道质量指示的方法与所举实施例类同，不再赘述。

采用本发明当基站端存在多根天线，用户终端只存在一根天线时，线性空域预编码操作退化为发送波束赋形操作，此时只能在下行方向上进行该操作，当基站端只存在一根天线、而终端存在多根天线时，线性预编码操作退化为发送波束赋形操作，此时只能在上行方向上进行该操作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法，其特征在于，包括步骤：

第一设备向第二设备发送未预编码的参考符号；

第二设备根据所述参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵，并根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所使用的候选物理资源块的线性空域预编码矩阵；

第二设备根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得候选物理资源块的信道质量指示；

所述第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当由第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度时，第二设备进一步根据向第一设备传输的数据量从候选物理资源块中分配第一设备使用的物理资源块，并采用该物理资源块对应的线性空域预编码矩阵进行线性空域预编码。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第二设备根据为第一设备分配的物理资源块上对应的信道质量指示，对发送给第一设备的数据比特进行调制与编码，形成数据符号，并采用该物理资源块对应的线性空域预编码矩阵对所述数据符号和对应的参考符号进行线性空域预编码。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，分配给第一设备多个在频域和/或时域上连续的物理资源块时，分别采用各物理资源块对应的线性空域编码矩阵对本资源块上发送的数据符号和参考符号进行预编码；或者将所述各物理资源块对应的线性空域预编码矩阵进行平均，根据平均后的预编码矩阵对数据符号和参考符号进行预编码。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对根据所述参考符号计算出的对应于一个物理资源块中各个子载波的信道冲击响应矩阵进行平均，将平均后的信道冲击响应矩阵进行共轭转置作为对应的物理资源块的信道冲击响应矩阵获得线性空域预编码矩阵。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信道的冲击响应矩阵根据多根天线发送的彼此正交的未预编码参考符号获得时，对平均后的信道冲击响应矩阵进行奇异值分解获得线性空域预编码矩阵。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信道冲击响应矩阵根据一根天线发送的参考符号或多根天线发送的彼此相同的参考符号获得时，采用波束赋形方法从平均后的信道冲击响应矩阵获得线性空域预编码矩阵。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，获得物理资源块的信道质量指示包括步骤：

根据对应于一个物理资源块中各个子载波的信道冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得各个子载波的等效的信道矩阵；

根据所述等效的信道矩阵确定各个子载波上的接收信噪比；以及

根据所述各个子载波的接收信噪比获得对应物理资源块上的等效信噪比，并根据该等效信噪比确定该物理资源块上的信道质量指示。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，各个子载波的接收信噪比为所述等效的信道矩阵的二范数的二次方与发送信噪比的乘积。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发送信噪比为第二设备侧发射功率与第一设备侧接收到的噪声和/或干扰功率的比值；或者，所述发送信噪比为第二设备两次发射功率比值与该两次发射功率中的第一次发射功率的发送信噪比的乘积。

11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考符号与数据符号一起发送；或者单独发送所述参考符号。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参考符号在可用频带上离散分布。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参考符号为两组时，两组参考符号覆盖不同的频带范围。

14.一种时分双工复用系统中实现频域调度的方法，其特征在于，包括步骤：

第二设备向第一设备发送未预编码的下行参考符号；

第一设备根据该参考符号获得信道的冲击响应矩阵，并计算出对应于每一个上行物理资源块的预编码矩阵；

第一设备根据该预编码矩阵获得上行物理资源块上的信道质量指示，并将该信道质量指示反馈给第二设备；

第二设备根据所述信道质量指示进行频域调度。

15.一种通信系统，其特征在于，包括：

第一设备，包括用于发送未预编码的参考符号的发送单元；

第二设备，包括：

信道探测器，用于根据所述未预编码的参考符号获得第一设备发送参考符号所用信道的冲击响应矩阵；

预编码矩阵计算器，用于根据所述冲击响应矩阵获得向第一设备发送数据所使用的候选物理资源块的线性空域预编码矩阵；

信道质量指示计算器，用于根据所述冲击响应矩阵和线性空域预编码矩阵获得对应的物理资源块的信道质量指示；

物理资源分配器，用于根据向第一设备传输的数据块的大小，以及所述信道质量指示，从候选的物理资源块中分配给第一设备物理资源块。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第二设备还包括：

数据调制与编码器，用于根据分配给第一设备的物理资源块上对应的信道质量指示对传输给第一设备的数据比特进行调制与编码，形成数据符号；

线性预编码器，用于根据分配给第一设备的物理资源块对应的线性空域预编码矩阵对数据符号和对应的参考符号进行线性空域预编码；

所述第一设备还包括：接收单元，用于接收所述第二设备发送的经过预编码矩阵进行线性空域预编码的数据符号和对应的参考符号。

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