CN101370240B - 多用户mimo通信系统中基于用户反馈的调度方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在无线多用户MIMO通信系统中利用用户反馈来调度用户的方法，包括基站选择将在多用户MIMO传输中同时接受服务的用户及每个被选择的用户分配到的数据流数，作为调度结果，根据所获得的调度结果，为所选用户产生预编码矩阵；将预编码矩阵与用户数据流相乘，产生预编码后的数据序列；为所选用户产生导频信号，并将产生的导频信号与产生的预编码数据序列一起发送到用户端；用户端接收导频信号，从中估算信号功率，用户间干扰功率，并估计噪声功率；根据获得的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率决定是否需要减少多用户MIMO系统同时服务的用户数量，并将决定结果反馈给基站。基站根据接收的反馈结果，调节多用户MIMO系统同时服务的用户数量。

Description

多用户MIMO通信系统中基于用户反馈的调度方法和装置

技术领域

本发明涉及一种无线多用户MIMO通信系统中的基于用户反馈的调度方法和装置，更具体的讲，涉及在无线多用户MIMO通信系统中，利用用户的反馈信息改善因发射机端非理想的信道状态信息(CSI)造成多用户MIMO性能下降的基于用户反馈的调度方法和装置

背景技术

近年来，多天线多输入和多输出(MIMO)技术因其可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率而受到许多关注。MIMO系统的最大容量或容量上限随收发端最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。相对而言，MIMO技术对于提高无线通信系统的容量具有极大的潜力。

多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术能够提高系统容量，即使在用户单天线的情况下也能够支持多用户，并且仍然保持MIMO系统的优点，因而得到广泛关注。在MU-MIMO系统中，每个用户必须独立地对其消息进行解码，而不能与其它用户联合操作。因此，与单用户多输入多输出(SU-MIMO)系统相比，MU-MIMO的发送过程变得较复杂。

为了解决该问题，MU-MIMO采用了多用户预编码技术来控制并完全避免用户间的同道干扰(CCI)，使得每个用户不受其它用户的干扰，或只受到有限的干扰。

为了完全避免CCI，在发送端处需要所有用户的全部信道状态信息，而在现实的系统要获得所有用户的全部信道状态信息是不切实际的。实际上，在发送端很难获得全部CSI，而总是使用非理想的CSI来代替。由于在发送端的非理想CSI，发送端不能产生与多用户信道准确匹配的多用户预编码矩阵。这样的失配使得即使在发送端采用迫零型预编码算法，也会在用户间残留CCI。残留的CCI的平均功率随着总发送功率的增长而增长。在接收端，残留CCI难以通过诸如最大似然(ML)或最小均方差(MMSE)检测之类的普通干扰抑制方法来抑制，因此会大大限制MU-MIMO的性能，特别是在高信噪比(SNR)的情况下更是如此。

据观察得知，残留CCI的功率随着多用户MIMO系统同时服务的用户数的增加而增加。这意味着减少多用户MIMO系统同时服务的用户数将减小残留CCI，从而又可能带来总容量的提高。本发明基于之一观察，提出了一种通过在用户端测量残留CCI功率来调整多用户MIMO系统同时服务的用户数的调度方法，借此来提高多用户MIMO系统在发送端CSI不准确时的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种在无线多用户MIMO通信系统中利用用户反馈来调度用户的方法和装置，能够根据用户的反馈，在认为有利的情况下通过减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量，来提高系统容量。

根据本发明的一个方面，提供一种在无线多用户MIMO通信系统中利用用户反馈来调度用户的方法，包括步骤：基站选择用户和模式，即选择哪些用户将在多用户MIMO传输中同时接受服务及每个被选择的用户分配到的数据流数，并将所选的用户和模式作为调度结果，根据所获得的调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵；将预编码矩阵与用户数据流相乘，产生预编码后的数据序列；为所选的用户产生导频信号，并将所产生的导频信号与所产生的预编码数据序列一起发送到用户端；用户端接收所述导频信号，并从导频信号中估算信号功率，用户间干扰功率，并估计噪声功率；根据获得的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率决定是否需要减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量，并将决定结果反馈给所述基站；和所述基站根据接收的反馈结果，调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量。(此段与独立权利要求1对应，待确定该权利要求后修改此段)

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线多用户MIMO通信系统中的基站，所述基站利用用户反馈来调度用户，所述基站包括：调度器，用于选择用户和模式，即选择哪些用户将在多用户MIMO传输中同时接受服务及每个被选择的用户分配到的数据流数，和根据用户端反馈的结果调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户数量；预编码矩阵产生器，用于根据调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵；预编码器，用于把预编码矩阵与用户数据流相乘来产生预编码后的数据序列；发射信号产生器，用于通过通信信道将导频信号与预编码数据序列一起发送到用户端。(此段与独立权利要求8对应，待确定该权利要求后修改此段)

根据本发明的再一个方面，提供一种在无线多用户MIMO通信系统中的移动台，所述移动台根据接收信号向基站反馈是否调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户数量的指示，所述移动台包括：导频信号提取器，用于从接收的信号中提取出导频信号和数据信号；信道估算器，用于从提取的导频信号中估算信号功率，用户间干扰功率；噪声功率估算器，用于估算噪声功率；反馈发生器，用于根据所估算的用户信号功率，用户间干扰功率，以及估算的噪声功率来决定其反馈指示，并将反馈指示发送到所述基站，其中所述反馈指示向所述基站指示是否需要减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量。(此段与独立权利要求12对应，待确定该权利要求后修改此段)

根据本发明，利用本发明的调度方法只需要为每用户增加1比特的附加反馈指示和在发送端和用户端增加少量的复杂度，就能够使发送端的性能得到明显改善。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是显示发送端的CSI处于理想和非理想状态下，系统的总容量与同时接入用户的数量之间的关系的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的发送端的配置方框图；

图3示出了根据本发明实施例的接收端的配置方框图；和

图4a至4d示出了采用本发明提出的基于用户反馈的调度方法的MU-MIMO系统与未采用该方法的MU-MIMO系统之间的性能比较示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的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。

为了更好地理解本发明，下面描述MU-MIMO系统的下行链路的操作。可以假设在MU-MIMO系统中，作为发送端的基站(BS)有N_T个发射天线，K个用户通过相同的时间频率资源从同一个基站接受服务，其中K是通过空间处理在相同时隙和频带中接受服务的用户数量。每个用户具有N_R接收天线。可以假设所有用户受到的频率衰落是平坦衰落。每个用户(例如，用户k)的信道矩阵可以由 $H_k=\left[h_{k,n}^{\left(m\right)}\right]$ 表示，其中

是第n个发射天线与用户k的第m个接收天线之间的衰落系数。可以用s_k表示专用于用户k的数据流的数量，并且总是假设s_k≤N_R和 ${\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{s}_k\≤N_T.$

首先，通过把N_T×s_k与预编码矩阵T_k.相乘而将用户k的长度为s_k的数据矢量x_k变换成长度为N_T的发射矢量。然后，对K个用户的发射矢量进行线性叠加，并从天线阵列同时发送到信道。可以假设数据矢量x_k中的元素是独立同分布的，并且具有零均值和单位方差。因此，可以用下面的表达式(1)给出总的发射功率。

$P_T={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{K}E\left({\left|\right|T_k{x}_k\left|\right|}^2\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K\mathrm{trace}\left(T_k^H{T}_k\right)---\left(1\right)$

其中P_T表示总的发射功率。

对于每个用户k，可以用下面的表达式(2)表示所接收的信号矢量。

$y_k=H_k\underset{k\′=1}{\mathrm{\Σ}}{T}_{k\′}{x}_{k\′}+n_k=H_k{T}_k{x}_k+H_k\underset{k\′\≠k}{\mathrm{\Σ}}{T}_{k\′}{x}_{k\′}+n_k---\left(2\right)$

其中n_k是用均值为零，方差为σ²＝N₀/2的加性白高斯噪声噪声矢量。每个用户k通过把接收信号矢量y_k与s_k×N_R滤波矩阵B_k相乘而得到数据矢量x_k的估值

，如下面的表达式(3)所示。

${\hat{x}}_k=B_k{y}_k=B_k{H}_k{T}_k{x}_k+B_k{H}_k\underset{k\′\≠k}{\mathrm{\Σ}}{T}_{k\′}{x}_{k\′}+B_k{n}_k,---\left(3\right)$

该表达式中的滤波矩阵B_k可以通过多种诸如最小均方误差(MMSE)之类的准则获得。可以用下面的表达式(4)表示

和x_k之间的最大互信息。

$C_k=\underset{s=1}{\overset{s_k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{lo}{g}_2(1+\sin r_{k,s})---\left(4\right)$

其中sinr_k，s是数据矢量x_k的第s个元素的处理后信干噪比(SINR)，可以由下面的表达式(5)给出。

${\sin r}_{k,s}=\frac{{\left|\right|b_{k,s}^H{H}_k{t}_{k,s}\left|\right|}^2}{{\left|\right|b_{k,s}\left|\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2+\underset{(k\′,s\′)\≠(k,s)}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|b_{k,s}^H{H}_k{t}_{k\′,s\′}\left|\right|}^2}---\left(5\right)$

其中b_k，s是的第s列，t_k，s是T_k第s列。因此，整个MU-MIMO系统的总的互信息可以由下面的表达式(6)表示。

$C=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}_k---\left(6\right)$

用H_K表示用户k在发送端的不完全信道矩阵信息，H_k表示用户k的实际信道矩阵。用户的信道状态信息误差可以表示为 ${\tilde{H}}_k=H_k-{\stackrel{\‾}{H}}_k$ 。信道状态信息误差可能是由多种原因引起的，例如，信道估算(CE)误差，反馈延迟，反馈量化等因素。可以用下面的表达式(7)表示每个用户检测到的其第s个数据流的SINR。

${\sin r}_{k,s}=\frac{{\left|\right|b_{k,s}^H({\stackrel{\‾}{H}}_k+{\tilde{H}}_k)t_{k,s}\left|\right|}^2}{{\left|\right|b_{k,s}\left|\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2+\underset{(k\′,s\′)\≠(k,s)}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|b_{k,s}^H({\stackrel{\‾}{H}}_k+{\tilde{H}}_k)t_{k\′,s\′}\left|\right|}^2}---\left(7\right)$

采用诸如信道逆(CI)和块对角化(BD)之类的迫零型多用户预编码算法(多用户预编码算法中最常用的类型)，可以将表达式(7)改写为下面的表达式(8)。

${\sin r}_{k,s}=\frac{{\left|\right|b_{k,s}^H({\stackrel{\‾}{H}}_k+{\tilde{H}}_k)t_{k,s}\left|\right|}^2}{\underset{s\′\≠s}{\mathrm{\Σ}}{\left|\right|b_{k,s}^H({\stackrel{\‾}{H}}_k+{\tilde{H}}_k)t_{k,s\′}\left|\right|}^2+\underset{\underset{s\′=1}{k\′\≠k}}{\overset{s_{k\′}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|b_{k,s}^H{\tilde{H}}_k{t}_{k\′,s\′}\left|\right|}^2+{{\left|\right|b}_{k,s}\left|\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2},$

(8)

表达式(8)的分母中的前两项表示由发送端的信道状态信息误差引起的残留同道干扰(CCI)，其中第一项表示来自用户k的其他数据流的干扰，第二项表示来自其他用户的干扰。一般来说，用户间干在同道干扰中占主导地位，因为同一用户不同数据流间的干扰可以通过合理设计滤波矩阵B_k来有效去除。从表达式(8)可以看出，用户间残留CCI随着发送端的CSI误差的平均功率，总的发射功率以及干扰用户的数量的增加而增加。因此，减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量可以降低CCI，并且在某些情况下可以增加系统的总容量。

图1示出了在理想的发送端CSI与非理想的发送端CSI的情况下，系统总容量与多用户MIMO系统同时服务的用户数量之间的关系示意图。在此，在基站采用4个发射天线，每个用户采用两个接收天线。采用多用户特征值传输(multiuser eigenmode transmission)预编码算法。在图1中，多用户MIMO系统同时服务的用户数量分别为1、2、3、和4，每个用户被分配一个数据流。如图1所示，对于理想CSI，在相同的时间—频率资源上支持3个用户时总容量最大，而对于非理想CSI，同时服务的用户数的最佳值减小到2个用户。

在MU-MIMO系统中，调度器执行用户和模式选择的功能。用N表示一个小区中总的用户数量。调度器从总共N个用户中选择一组用户在多用户MIMO传输中同时接受服务，并决定每个所选择的用户分配到的数据流的数量。用К表示调度结果的可能性，其可能性可以用三部分表示：所选的用户数量K(К)，所选用户的索引集合{n_k(К)，k＝1～K(К)}，其中1≤n_k(К)≤N，，以及所选用户的数据流数量{s_k(К)，k＝1～K(К)}。调度器对К的集合进行搜索，并根据特定的标准选择最佳的调度结果，用

表示。

在本发明中，调度器可以考虑采用本领域最常用的总容量最大准则，并根据下面给出的表达式(9)来进行用户和模式选择。应该指出，本发明不限于此，也可以采用其它方法来选择用户和模式。

其中

是调度器搜索的К的集合，C(К)是由发送端对К中所有用户总容量的估算值，sinr_k，s(К)表示发送端对К中第k个用户的第s个数据流的SINR的估计值。

可以假设发送端没有有关CSI误差

的任何信息，而只能根据发送端的非理想CSI{H_n}估算C(К)。这种情况下，可以用下面的表达式(10)表示C(К)。

$\stackrel{\‾}{C}\left(\mathrm{\κ}\right)=\underset{k=1}{\overset{K\left(\mathrm{\κ}\right)}{\mathrm{\Σ}}}\underset{s=1}{\overset{s_k\left(\mathrm{\κ}\right)}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{{\left|\right|b_{k,s}^H{\stackrel{\‾}{H}}_k{t}_{k,s}\left|\right|}^2}{{\left|\right|b_{k,s}\left|\right|}^2{\mathrm{\σ}}^2})---\left(10\right)$

显然，表达式(10)是在假设{H_n}为理想的情况得出的容量估值，在此式中没有考虑残留CCI对容量的影响。根据该表达式得到的调度结果将是一个过于乐观的结果，根据上面讨论，我们知道在存在残留CCI的情况下这一结果可能并非最佳。这种情况下，支持较少数量的用户比支持由调度器基于表达式(10)确定的用户数量可能能达到更高的容量。

根据上面的讨论，提出一种基于用户反馈的调度方法。该方法可以首先利用表达式(10)进行用户和模式选择，然后根据用户的反馈对选择结果进行调整。发送端根据表达式(10)进行调度操作后，可以产生预编码矩阵，并将相应的预编码信号发送到所选择的用户。然后，每个用户根据对接收信号和干扰功率的测量结果来决定减少当前的用户数量是否有利。此后，用户将其决定结果反馈给发送端。如果所选择的大部分用户建议减少多用户MIMO系统同时服务的用户数量，发送端则将用户数量减1，终止对SINR估算值最小的用户的服务。

每个用户可以使用不同的标准来决定其反馈。下面分别以基于CCI测量结果和总容量估算为实例来描述用户决定反馈的标准。

实例1(CCI测量结果)

对于CCI测量准则，所选的用户估算CCI功率，并将其与CCI与噪声的功率之和进行比较，以确定CCI是否太高。每个用户首先估计有用信号的功率以及从其它用户来的干扰功率。干扰功率的估计要求每个用户估计自己的物理信道矩阵与其它用户预编码矩阵相乘后的等价信道。这可以通过发射用户间正交的专用导频来实现，也可以通过发射公共导频和明确的下行链路信令来实现。然后，用户对自身的数据流计算平均SINR和信号噪声比(SIR)，并将SINR与SIR的比值与预设阈值进行比较。如果SINR与SIR的比值较大，则表明干扰功率在总的干扰噪声功率中占据支配地位，变成影响MU-MIMO性能的瓶颈。这种情况下，用户可以向发送端反馈指示CCI功率太高，需要减少用户数量的指示标记。作为例子，用户可以向发送端反馈标记“1”来向发送端指示需要减少用户数量。如果不需要减少用户数量，用户可以向发送端反馈标记“0”，指示不需要减少用户数量。

实例2(总容量估算)

对于总容量估算准则，所选用户预测通过减少用户数量，总容量是增加还是降低。根据对信号和干扰功率的估算，每个用户可以评估每个数据流的平均容量，并且通过把总的数据流数量与每个数据流的平均容量相乘而得到所有服务用户的总容量的估值。然后，通过减少干扰源，并据此重新分配发射功率来预测减少用户数量将造成的信号和干扰功率的改变，并估计相应的容量变化。最后，在对不同的用户数量假设下获得的总容量进行比较之后，每个用户确定是否应该减少当前用户数量，并将结果反馈给发送端。

图2示出了根据本发明实施例的基站(发送端)的简化配置的方框图。图3示出了根据本发明实施例的移动台(用户端)的简化配置的方框图。下面参考图2和3来描述根据本发明的发送端和接收端的配置。应该指出，为了简单起见，图2和3中只示出了与执行本发明的方法有关的部分，而省略了对其它部分的描述。

如图2所示，根据本发明实施例的发送端包括导频信号发生器21，调度器22，预编码矩阵产生器23，预编码器24，反馈接收及判决装置25，和发送信号产生器26。

根据本发明的实施例，在发送端，导频信号产生器21产生用于所选用户的导频信号。调度器22进行用户和模式选择，即，选择将在多用户MIMO传输中同时接受服务的用户及每个被选择的用户分配到的数据流数。预编码矩阵产生器23根据调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵。预编码器24用于把预编码矩阵与用户数据流相乘来产生预编码后的数据序列。发射信号产生器26将导频信号与预编码数据序列一起发送到通信信道。另外，调度器22包括传统调度器221和调度结果调节装置222。在调度器22中，传统调度器221进行传统的用户和模式选择，调度结果调节装置222根据用户端反馈的数据来调整传统调度器221的结果。

下面结合图2的示意表示描述发送端的操作。在操作开始时，传统调度器221进行传统的用户和模式选择，并将选择结果提供给调度结果调节装置222。在发送端发送的初始操作中，发送端内设定的初始值通过开关器件提供给调度结果调节装置222。调度结果调节装置222根据发送端内设定的初始值，对传统调度器221提供的用户和模式选择结果进行调解，并将所调解后的调度结果提供给预编码矩阵产生器23。应该指出，该初始值的目的是使调度结果调节装置222不对传统调度器221的结果作任何调整，因为在初始操作中发射端还没有任何用户反馈。预编码矩阵产生器23根据所获得的调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵，并将所产生的预编码矩阵提供给预编码器24。另外，要发送的用户数据流也被提供给预编码器24。预编码器24将预编码矩阵产生器23提供的预编码矩阵与用户数据流相乘，产生预编码的数据序列。与此同时，导频信号发生器21为所选的用户产生导频信号。导频信号发生器21产生的导频信号与预编码器24产生的预编码数据序列一起被提供给发射信号产生器26。发射信号产生器26将预编码数据序列与导频信号一起通过通信信道发送到用户端。

参考图3，根据本发明实施例的用户端(移动台)包括导频信号提取器31，信道估算器32，噪声功率估算器33，和反馈发生器34。信道估算器32包括信道矩阵估算器321，信号功率估算器322，和同道干扰(CCI)功率估算器323。

导频信号提取器31从接收的信号中提取出导频信号和数据信号。信道估算器32从提取的导频信号中估算每个所选用户的信号功率，用户间干扰功率。另外，噪声功率估算器33估算噪声功率。反馈发生器34根据所估算的用户信号功率，用户间干扰功率，以及估算的噪声功率来决定其反馈，并通过反馈信道将其决定反馈到发送端。

下面结合图3的示意表示描述用户端的操作。在接收到信号时，导频信号提取器31从接收的信号中提取出导频信号和数据信号，并将提取的导频信号提供给信道估算器32。信道估算器32中的信道矩阵估算器321根据提供的导频信号来估算信道矩阵，并将估算的信道矩阵分别提供给信号功率估算器322和CCI功率估算器323。信号功率估算器322根据提供的信道矩阵来估算信号功率值，并将所估算的信号功率值提供给反馈产生器34。同样，CCI功率估算器323根据提供的信道矩阵来估算CCI功率值，并将所估算的CCI功率值提供给反馈产生器34。同时，噪声功率估算器33从接收的信号中估算噪声功率值，并将所估算的噪声功率值提供给反馈产生器34。

反馈产生器34根据所估算的信号功率值、干扰功率值、以及噪声功率值，利用上面讨论的CCI测量准则或容量估计准则来决定其反馈指示。例如，当估算的CCI功率太高，需要减少用户数量时，用户端可以向发送端反馈标记“1”来向发送端指示需要减少用户数量。如果不需要减少用户数量，用户可以向发送端反馈标记“0”，指示不需要减少用户数量。

反馈信号通过反馈信道到达发送端的反馈接收判决装置25。在发送端，接收到反馈信号时，与调度结果调节装置222相连的开关器件从接收初始值的端子被切换到反馈接收判决装置25的输出。就是说，接收到反馈信号时，调度结果调节装置222与反馈接收判决装置25相连，并将反馈接收判决装置25根据反馈信号作出的判决结果提供给调度结果调节装置222。

调度结果调节装置222检验从所有服务用户的反馈信号。如果大部分服务用户指示减少用户数量，发送端则将用户数量减少1。例如，发送端可以终止对SINR估算值最小的用户的服务，由此更新调度结果。此后，发送端利用更新的调度结果重复上述发送过程，向用户端发送用户数据。另一方面，如果大部分用户的反馈信号指示不需要减少用户数量，发送端则保持原调度结果向用户端发送用户数据。

下面描述发送端与用户端之间利用反馈信息来调度用户的过程。首先，在步骤1，发送端中的调度器22进行传统的用户和模式选择，并将选择的用户和模式作为调度结果提供给预编码矩阵产生器23。此后，在步骤2，发送端中的预编码矩阵产生器23根据所获得的调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵。在步骤3，预编码器24将预编码矩阵产生器23提供的预编码矩阵与用户数据流相乘，产生预编码的数据序列。在步骤4，导频信号发生器21为所选的用户产生导频信号。导频信号发生器21产生的导频信号与预编码器24产生的预编码数据序列一起被提供给发射信号产生器26。在步骤5，发射信号产生器26将预编码数据序列与导频信号一起通过通信信道发送到用户端。

接下来，在步骤6，每个所选用户接收发送端发送的导频信号和用户数据，并从导频信号中估算信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率。然后，在步骤7，每个所选用户利用前面描述的CCI测量准则或容量估计准则，根据估算的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率来决定其反馈信号是指示减少用户数量，还是保持用户数量。此后，在步骤8，每个用户将其决定反馈给发送端。在步骤9，发送端检验来自所有所选用户的反馈。如果大部分所选用户指示减少用户数量，发送端则将用户数量减少1。例如，发送端可以终止对SINR估算值最小的用户的服务，由此更新调度结果。此后，发送端利用更新的调度结果重复上述发送过程，向用户端发送用户数据。另一方面，如果大部分用户的反馈信号指示不需要减少用户数量，发送端则保持原调度结果向用户端发送用户数据。然后，在步骤10，发送端重复上面描述的步骤2至5，继续向用户端发送数据。

可以利用仿真结果来证明本发明的调度方法的优点。假设信道矩阵{H_k}中的元素都是独立同分布(i.i.d.)的均值为零，方差为1的复高斯变量，发送端处CSI误差矩阵{

}中的元素都是i.i.d.的均值为零，方差为

的复高斯白噪声。

图4a至4d示出了采用本发明提出的基于用户反馈的调度方法的MU-MIMO系统与未采用该方法的MU-MIMO系统之间的性能比较示意图。我们假设一个小区内用户总数为4，在基站处发射天线数N_T＝4。在图4a和4b中，每个用户的接收天线数量N_R＝1。在图4c和4d中，每个用户的接收天线数量N_R＝2。在图4a和4c中，设定为0.1；在图4b和4d中，设定为0.5。使用贪婪调度算法和多用户特征值发射(MET)预编码算法。对于每个用户两个接收天线的情况，我们采用了最小均方差(MMSE)和非MMSE两种检测算法。如果使用MMSE检测，用户需要估算所有其它干扰用户的等价信道，然后使用MMSE技术抑制用户间干扰。如果采用非MMSE接收机，则把用户间干扰等同为加性高斯白噪声，用处理加性高斯白噪声的方式来处理用户间干扰，而不采取任何干扰抑制操作。在图4c和4d中，实线表示MMSE接收机的性能，虚线表示非MMSE接收机的性能。对于CCI测量准则，将SINR与SIR之比的阈值设定为：对于N_R＝1，阈值＝max(min(0.5+(SNR-10)×0.04，0.9)，0.2)，对于N_R＝2，阈值＝max(min(0.3+(SNR-10)×0.04，0.5)，0.2)，其中SNR是所有发射天线上的平均发射功率与噪声功率之间的比值(dB)。

如从图4a至4d看到的，根据本发明的方法能够在所有环境下带来明显的性能改善，特别是在发送端处存在高CSI误差和高SNR的情况下更是如此。还应该指出，该优点仅是以每个用户1比特的附加反馈和发送端与用户端很小的复杂度提高为代价获得的。两种准则能够实现几乎相同的性能。应该指出，CCI测量准则需要仔细地设计SINR比SIR的阈值。在不同的环境下，该阈值可能不同，因此容量估算准则有更强的稳定性。

根据本发明的用户反馈调度方法能够使MU-MIMO克服因发送端的非理想信道信息造成的性能损失，特别是在发送端处存在高CSI误差或SNR的情况下，可以明显改善系统性能。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。本领域技术人员应该理解，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，本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (14)

1.一种在无线多用户多输入多输出(MIMO)通信系统中利用用户反馈来调度用户的方法，包括步骤：

基站选择将在多用户MIMO传输中同时接受服务的用户及每个被选择的用户分配到的数据流数作为调度结果，根据所获得的调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵；

将预编码矩阵与用户数据流相乘，产生预编码后的数据序列；

为所选的用户产生导频信号，并将所产生的导频信号与所产生的经预编码的数据序列一起发送到用户端；

用户端接收所述导频信号，并从导频信号中估算信号功率，用户间干扰功率，并估计噪声功率；

根据获得的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率决定是否需要减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量，并将决定结果反馈给所述基站；和

所述基站根据接收的用户反馈结果，调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括所述用户利用同道干扰测量准则，根据估算的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率来决定其反馈信号是指示减少用户数量，还是保持用户数量的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括所述用户利用容量估计准则，根据估算的信号功率，用户间干扰功率，和噪声功率来决定其反馈信号是指示减少用户数量，还是保持用户数量的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括所述基站检验来自所有所选用户的反馈，当大部分所选用户指示减少用户数量，发送端则将用户数量减少1的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述基站断开与信干噪比估算值最小的用户的通信，并更新调度结果。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述基站根据更新的调度结果为所选的用户产生预编码矩阵，重复所述发送预编码数据序列的步骤。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括所述基站检验来自所有所选用户的反馈，当大部分用户的反馈信号指示不需要减少用户数量，发送端则保持原调度结果向用户端发送用户数据。

8.一种在无线多用户多输入多输出(MIMO)通信系统中的基站，所述基站利用用户反馈来调度用户，所述基站包括：

调度器，用于选择将在多用户MIMO传输中同时接受服务的用户及每个被选择的用户分配到的数据流数作为调度结果，和根据用户端反馈的结果调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户数量；

预编码矩阵产生器，用于根据调度结果，为所选的用户产生预编码矩阵；

预编码器，用于把预编码矩阵与用户数据流相乘来产生预编码后的数据序列；

发射信号产生器，用于通过通信信道将导频信号与预编码数据序列一起发送到用户端。

9.根据权利要求8所述的基站，其中所述调度器包括传统调度器，用于进行传统的用户和模式选择。

10.根据权利要求9所述的基站，其中所述调度器包括调度结果调节装置，用于根据用户端反馈的指示来调整所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量。

11.根据权利要求10所述的基站，还包括反馈接收及判决装置，用于接收用户端反馈的调节指示，判决是否需要调节所述多用户MIMO系统当前同时服务的用户数量，并将此判决提供给调度结果调节装置。

12.一种在无线多用户多输入多数出(MIMO)通信系统中的移动台，所述移动台根据接收信号向基站反馈是否调节所述多用户MIMO系统同时服务的用户数量的指示，所述移动台包括：

导频信号提取器，用于从接收的信号中提取出导频信号和数据信号；

信道估算器，用于从提取的导频信号中估算每个所选用户的信号功率，用户间干扰功率；

噪声功率估算器，用于估算噪声功率；

反馈发生器，用于根据所估算的用户信号功率，用户间干扰功率，以及估算的噪声功率来决定其反馈指示，并将反馈指示发送到所述基站，

其中所述反馈指示向所述基站指示是否需要减少所述多用户MIMO系统同时服务的用户的数量。

13.根据权利要求12所述的移动台，其中所述信道估算器进一步包括：

信道矩阵估算器，用于根据提取的导频信号来估算信道矩阵；

信号功率估算器，用于根据提供的信道矩阵来估算信号功率值；

同道干扰功率估算器，用于根据提供的信道矩阵来估算同道干扰功率值，

其中将所估算的同道干扰功率值提供给反馈发生器，噪声功率估算器从接收的信号中估算噪声功率值，并将所估算的噪声功率值提供给反馈发生器。

14.根据权利要求12所述的移动台，其中所述反馈发生器利用同道干扰测量准则或容量估计准则来决定其反馈指示。

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