CN101395821A - 在多天线无线通信系统的下行链路中调度多用户传输 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方法和装置，用于在无线通信系统中，在从与一个基站(105(1))相关的多个天线至多个移动台用户之中的至少一个移动台用户(115(1)，115(n))的下行链路(110)上控制射频传输。该方法包括基于指示信道状态的反馈信息跟踪对应于多个移动台用户中的该移动台用户的信道。该方法还包括基于多个移动台用户的被跟踪的信道，为至少一个移动台用户调度定向传输。

Description

在多天线无线通信系统的下行链路中调度多用户传输

技术领域

本发明通常涉及电信领域，更具体地，涉及无线通信领域。

背景技术

无线通信系统或移动通信系统典型为无线通信设备的不同用户或客户提供不同类型的服务。无线通信系统通常包括一个或多个基站(BS)，其与移动台(MS)建立无线通信链路。基站也被称为接入点。基站(BS)与移动台(MS)之间的无线通信链路可以使用移动台至基站的上行链路和反方向的下行链路。

利用上行链路和下行链路，在移动台和基站之间通过使用诸如射频(RF)信号的适当的无线通信媒介的空中接口，传输控制信息和用户信息。为了建立一个连接或会话的无线通信链路，该基站典型地包括发送和接收射频信号的无线收发器。在上行链路，在基站通过空中接口接收信令信息和用户信息。在下行链路，从基站在指定的射频信道上通过空中接口来发射信令信息和用户信息。

例如，来自具有多重天线N_t的基站的无线通信系统的下行链路可以服务于通常竞争相同无线通信资源的多个用户K。用户终端，如移动台，包括一个接收天线或多重接收天线。使用用户信道，通过下行链路在例如长度为T的时隙中进行从基站至MS的传输。不同用户信道可以在一个时隙中保持不变，但在一个时隙到另一个时隙时可以变化。在基带复数表示中，第K个用户(k＝1...K)的接收信号为y_k(n)＝h_k(n)x(n)+v_k(n)(1)，其中，y_k(n)：1×T为接收信号，h_k(n)：1×N_t为时隙n的第k个用户信道，x(n)：N_t×T为基站的发送信号，{v_k(n)：1×T}_n，k为具有CN(0，σ²I_T)分布的复数随机向量的一个序列。发送功率固定为P(E‖x(n)‖²＝TP)，以 $\mathrm{\ρ}=\frac{P}{{\mathrm{\σ}}^2}$ 表示信噪比(SNR)。‖‖是指Frobenius范数。

基站在一给定时间服务于单个用户。但是，当服务于多个用户时，基站可以调度至不同用户的传输以便优化无线网络的网络性能。为了最大化无线通信系统的容量，基站可以使用最佳瞬时信道向用户进行发送。但是，这种解决方案可能无法保证用户之间资源分配的公平性，而且，基于增加的延迟和减小的吞吐率，该解决方案可能导致为低移动性的用户和/或与基站相对远距离的用户提供差的服务质量。

对于具有单个发射天线的基站，提供公平和期望的服务传输的一种方法包含均衡公平调度(PFS，Proportional Fair Scheduling)。在T_c时隙的给定的最大延迟约束下，为了保证用户间资源分配的公平，基于PFS的调度算法使用在基站上的单个发射天线。在该算法中，基于从用户终端例如移动台送往基站的反馈，每个用户具有所请求的数据速率R_k(n)。该调度算法决定在所有活动用户当中以最大的

向用户k^*传输，其中 $k^{*}=\arg \underset{k}{\max }\frac{R_k\left(n\right)}{T_k\left(n\right)}---\left(2\right),$ T_k(n)为平均吞吐率，被更新为以下公式：

$T_k(n+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{T_c})T_k\left(n\right)+\frac{1}{T_c}{R}_k\left(n\right),& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{T_c})T_k\left(n\right),& k\≠k^{*}\end{array}\right.$

其中R_k(n)基于在基站接收的信道反馈。

考虑到基站可以获知所有用户的即时信道的完整消息，以及考虑到高斯输入和强大编码，基站可达到由R_k(n)＝In₂(1+ρ|h_k(n)|²)给出的信道容量，其中||是指复数标量的范数。尽管基于PFS的调度算法固有地假定用户信道足够平稳的进行变化，当从一个时隙至下一时隙时，R_k(n)大致相同，但当处于信道波动较小的缓慢变化的环境中时，基于PFS的调度算法变得低效。

为了改进性能，无线通信系统可使用多输入/多输出(MIMO)通信技术。MIMO通信技术典型使用多天线以高速无线发射和接收信号，增加无线网络的容量。例如，MIMO无线网络可以在移动终端和基站使用多个天线。为了使MIMO无线网络能提供高速率移动数据传输，基站可以包括多重天线，在空间处理中获得增益。对于多天线方法，空间处理的一些特殊益处包括波束形成、空间复用和空间分集的增益。即，多天线方法中的空间处理可以利用基本增益，包括阵列增益、分集增益、空间复用增益和干扰抑制增益。

多天线技术的使用可被并入无线电接入网络中，用于基站收发机和接收机上，如具有多个天线的移动台。由于在基站多重天线的使用可能涉及波束形成，所以为单个天线设计的基于PFS的调度算法对于多个天线方法不适用。波束形成的使用可实现MIMO无线网络的定向传输。例如，波束形成使用多个天线在一特定空间方向上集中波束从而利用阵列增益和干扰抑制增益。在单链路情况下，发射机和/或接收机根据信道信息的量采用天线加权，并能因此获得阵列增益。在多用户情况下，波束形成通过对不同用户分配不同天线加权来进行空间选择，从而获得干扰抑制增益和多用户分集增益。

为了提供高速数据传输，一种波束形成方法对于具有多重发射天线的基站使用机会波束形成(OB)。该机会波束形成使用随机波束形成向量w(n)：N_t×1来人为提高信道动态性。那么该接收信号具有y_k(n)＝h_k(n)w(n)b(n)+v_k(n)的形式，其中‖w(n)‖²＝1。该序列w(n)变化的足够缓慢，使总的信道增益|h_k(n)w(n)|从一个时隙到下一时隙时大致保持一致。应用PFS，对于基于OB的调度算法，反馈量化为|h_k(n—1)w(n—1)|，并且对高斯输入请求的数据速率可由R_k(n)＝1n₂(1+ρ|h_k(n—1)w(n-1)|²)给出。

通过使用多用户分集增益，随机机会波束形成通常会增强性能。但是，在某些情况下，这样一种基于OB的调度算法无法提供任何性能增益，而并非最优的处理将导致性能的损失。例如，当基于OB的调度算法的使用相比于在基站完全知晓信道和使用PFS的情况下，基于OB的调度算法对于任意一个w(n)提供相对较低的性能。即，增益|h_k(n)w(n)|≤‖h_k(n)‖变得比 $w\left(n\right)=\frac{{h^H}_k\left(n\right)}{\left|\right|h_k\left(n\right)\left|\right|}$ 时的最佳波束形成更低。尤其在有限数量的用户和/或相对小的最大延迟约束T_c的情况下，性能的不同变得明显。

此外，基于OB的调度算法提出了可变波束，其减小了反馈的可靠性并降低了无线通信系统的性能。最佳波束形成的使用将使无线通信系统获得最大可能的增益。但是，该方法对信道状态信息的反馈速率提出了相对更高的要求。

发明内容

下面介绍本发明的简要概述以提供对于本发明一些方面的基本理解。该概述并不是本发明无遗漏的全面介绍。其意图并不在于标识本发明的关键点或重要单元，或者描绘本发明的范围。其唯一目的在于以一种简化的方式进行介绍，做为之后讨论的具体细节的前序。

本发明是为了克服或至少减少之前所述的一个或多个问题的影响。

在本发明的一个实施例中，提供一种方法，用于在无线通信系统中控制从与基站相关的多个天线通过下行链路向多个移动台用户中的至少一个移动台用户进行的射频传输。该方法包括：基于指示信道状态的反馈信息来跟踪与至少一个移动台用户对应的信道。该方法还包括基于被跟踪的多个移动台用户的信道为至少一个移动台用户调度定向传输。

附图说明

下面结合附图参考以下描述来理解本发明，其中相同的附图标记代表相同的元件，其中：

图1示意性示出了能够进行多输入/多输出(MIMO)通信的无线通信系统，该系统包括接入点，如基站，其可以根据本发明的一个实施例调度在从基站天线发起的下行链路上的多用户传输；

图2示意性示出了基站和移动台，基站包括信道跟踪器、调度器和波束形成器，移动台包括信道估计器和检测器，用于根据本发明的一个实施例控制在MIMO信道中通过下行链路至多个用户的射频传输；

图3示意性示出了多用户MIMO调度器，其使用根据本发明一个实施例的在时间、频率和/或空间上的调度算法。

图4例示了根据本发明的一个实施例的程式化的表示法，用于在时空滤波器中使用波束加权来对图1所示的无线通信系统中的基站处的波束形成发射进行优化。

图5例示了根据本发明的一个示例实施例的程式化的表示法，用于实施在图2所示的无线通信系统中控制从与基站相关的多重天线通过下行链路到达多个用户的射频传输的方法。

图6示出在单个发射天线下使用传统PFS算法、在多个发射天线下使用机会波束形成和根据本发明一个实施例的带信道跟踪的优化的多用户MIMO调度之间的性能增益的比较。

图7示出根据本发明一个示例实施例的带信道跟踪的优化的多用户MIMO调度在不同反馈速率下的性能增益的比较。

虽然本发明允许不同的修改和替代形式，但是其中具体实施例已经通过附图中的示例的方式示出并在此进行了详细说明。但是应理解，此处对于具体实施例的描述并不限于将发明限制于其公开的具体形式，而是相反，该发明涵盖落在权利要求限定精神和范围之内的所有修改形式、等同物和替代形式。

具体实施方式

本发明的示例实施例描述如下。为了清楚起见，在该说明书中并不对实际实施中的所有特征都进行描述。当然可以意识到，在任何一个目前实施例的开发中，会进行大量的具体实施决定来达到开发者的特定目的，如符合系统相关和商业相关的限制，其将从一个实施例变化到另一个实施例。另外，可以意识到这种开发过程可能复杂并耗费时间，但是对于受益于本发明公开的内容的本领域技术人员来说只是常规的过程。

通常，提供一种方法和装置，用于在无线通信系统中从与基站相关的多重天线至多个用户的下行链路上控制射频传输。该方法包括基于指示信道状态的反馈信息跟踪对应于多个用户中的每个用户的信道。该方法还包括基于被跟踪的信道来调度用户，以便向多个移动台中的该用户的移动台进行定向传输。这样，在高速率无线数据网中，从基站的多个天线开始的下行链路中，多用户传输可以被调度。该多用户调度使用在接入点的发射器处可得到的、量化反馈形式的信道状态信息来跟踪用户信道，并使用最优波束形成加权在最好的信道条件下向(调度)多个用户进行发射。这样的带信道跟踪的多用户调度可以最大化多输入/多输出通信的系统容量。基于量化从每个用户看见的信道的低速率反馈，可对不同用户信道进行重建。多用户调度上下文用于这种重建目的，同时保持在多个移动台处的接收机结构相对简单，而在基站只进行少量修改。

参考图1，示出了能够进行多输入/多输出(MIMO)通信的无线通信系统100，包括第一和第二接入点(AP)，如第一和第二基站(BS)105(1-k)，其根据本发明的一个示例实施例可以调度在与多天线环境相关的下行链路110中的多用户传输。在该无线通信系统100中，第一和第二基站105(1-k)通过无线网络如高速无线数据网120，提供与多个移动台(MS)115(1-N)之间的无线连接。

高速无线数据网120，如蜂窝网络，可以使用任何一个或多个期望的无线电接入技术或协议。无线电接入技术或协议的例子包括码分多址(CDMA，cdma2000)协议、宽带CDMA(W-CDMA)协议、通用移动电信系统(UMTS)协议、移动通信全球系统(GSM)协议等。根据每一种期望一代的网络包括第三代(3G)和第四代网络(4G)来提供无线连接。根据每一种期望的调制方案，包括使用在多个载波上传输数据的调制技术以获得高数据速率的正交频分复用(OFDM)网络和自组织网络来提供无线连接。

第一基站105(1)可以包括多重天线125(1-m)，以和多个MS115(1-N)之间发射和接收MIMO通信。第一基站105(1)可以控制无线通信系统100中通过下行链路110对多个用户的的射频(RF)传输。基于来自用户的指示信道状态的反馈140(1-N)信息，第一基站105(1)可以跟踪对应于多个用户中的每个用户的信道，如用户信道135。第一基站105(1)可以基于被跟踪的用户信道135调度用户向多个移动台115(1-N)中的该用户的移动台115(1)进行定向传输。移动台115(1)可以包括多重天线142(1-N)，与第一基站150(1)间发射和接收MIMO通信。

为了向多个移动台115(1-N)进行RF传输，该第一基站105(1)可以包括发射器145。为了跟踪用户信道135，该发射器145还包括信道跟踪器150。该发射器145可以包括波束形成器155，基于被跟踪的用户信道135产生用于定向传输的多个指示。该发射器145还可包括调度器160，以调度用户向被选择的用户的移动台115(1)进行定向传输。

使用与第一基站105(1)相关的多重天线125(1-m)，发射器145可向被调度用户的移动台115(1)发送射频传输。该第一基站105(1)可基于与被跟踪用户信道135相关的反馈140(1)信息的采样的可用性(存在性)，使用被调度的用户的信道的估计的指示。

多个移动台115(1-N)中的每个移动台115可以估计相应用户信道的信道增益。第一基站105(1)可以在量化反馈形式的反馈信号中从多个移动台115(1-N)中的每个移动台接收信道增益。通过基于反馈信息的目标电平来控制多个移动台115(1-N)中的每个移动台的反馈数据速率，反馈数据速率可被降低至提供一种期望的反馈速率控制的速率。为了提供期望的速率反馈控制，该无线通信系统100可使用自适应反馈环。

尽管在图1中示出了两个基站105(1-k)，但相关领域的普通技术人员得益于本发明的公开内容，应理解可使用期望数量的基站105。有时被称为接入点的第一和第二基站105(1-k)的每一个可提供与高速无线数据网120内的相关地理区域的连接。尽管在图1中，该高速无线数据网120包括第一和第二基站105(1-k)，但相关领域的普通技术人员应理解，该高速无线数据网120的若干部分适于以包括硬件、软件或其组合的任意多的方式来实施。高速无线数据网已被本领域普通技术人员所知，因此，为了清楚起见，在此仅仅描述与本发明相关的高速无线数据网120的方面。

移动台115(1)可在基站105(1-k)的被称为蜂窝的相互重叠的覆盖区域之间移动。但移动台115(1)可同时与两个或更多个蜂窝进行通信，或在某些情况下与同一个蜂窝的两个区域进行通信，即使来自任意一个蜂窝的信号不够强来保持呼叫时，也允许呼叫继续。移动台115(1-N)的例子可包括无线通信设备主机，其包括但不限于使用无线通信系统100在高速无线数据网120中运行的蜂窝电话和个人数字助理(PDA)。移动台115的其他例子可包括智能电话、文本消息设备等。

在无线通信系统100中，在第一基站105(1)和移动台115(1)之间传输消息的移动通信可以通过射频(RF)在无线接口165上发生。根据一实施例，下行链路110向多个移动台115(1-N)提供消息。该消息包括业务包和信令消息。该移动台115(1)可通过反向链路(未示出)向第一基站105(1)发送消息。

在第一基站105(1)处的信道跟踪器150可利用使波束形成器155能进行最佳波束形成的低反馈速率来跟踪用户信道135。为此，在一实施例中，调度器160使用一种基于均衡公平调度的调度算法(PFS)来执行多用户调度。

多用户调度可使用在发射器145处可得到的、量化反馈形式的信道状态信息来跟踪用户信道135，并使用最佳波束形成加权在最佳信道条件下对(调度)多个用户进行传输。这样带信道跟踪的多用户调度将最大化用于MIMO通信的无线通信系统100的系统容量。第一基站105(1)可基于量化从每个用户看见的信道的低速率反馈，重建不同用户信道135。多用户调度上下文可用于重建的目的，同时在多个移动台115(1-N)的接收机(未示出)保持结构相对简单和在第一基站105(1)进行微小修改。

这样，无线通信系统100可在包含用于MIMO通信的多重天线125(1-m)的第一基站105(1)中最优化多用户调度。通过使用低速率反馈信令，调度(具有最好信道条件的用户)和发射波束形成加权可被优化。不是对于单个天线使用均衡公平调度，而是无线通信系统100可使用多天线增益。同样，无线通信系统100可获得最优波束形成增益，而不使用机会波束形成。在没有提供多天线处理(估计/检测)时，可能期望对接收机不进行修改。由于例如使用卡尔曼滤波器以自适应时间/实时方式执行信道跟踪，所以第一基站105(1)的BS复杂性不会受到显著影响。

波束形成器155提供使用波束形成加权序列的空时滤波器。该波束形成可基于被跟踪的用户信道135最大化信噪比。

通过使用波束形成器155，如随机波束形成器，无线通信系统100可避免用户信道135中每一个满信道的反馈。结果，出现开销信令的显著节约，尤其在使用多天线的情况下。该有限量的反馈信号可分配给每个用户可见的信道复增益的反馈140(1-m)信息。通过使用波束形成加权w(n)的期望序列，该第一基站105(1)可跟踪不同用户的用户信道135。每个移动台115可估计相应用户信道增益并发送该信道增益至第一基站105(1)作为量化反馈报告。例如，量化反馈报告表示为：

α_k(n)＝h_k(n-1)w(n-1)+η_k(n)，

其中η_k(n)表示由量化的反馈引入的误差，其可基于零均值复数高斯分布η_k(n)～CN(0，σ² _η)，并可计算复数增益h_k(n-1)w(n-1)的估计和量化误差。在该示例的实施例中，不同用户信道135可基于传统自回归模型在时间上变化。对于这样一个自回归模型，信道可以是过去的实现和与信道动态特性相关的参数的线性组合。使用至少一个先验信息的一个示例性自回归模型已知为AR(1)，据此，信道的状态演化方程式为h_k(n)＝λ_kh_k(n-1)+u_k(n)，其中λ_k为与信道动态相关的参数，|λ_k|<1。u_k(n)表示用户k在时隙‘n’的信道，并基于零均值复高斯分布 $u_k\left(n\right)~\mathrm{CN}(0,{{\mathrm{\&sigma;}}^2}_{u_k}{I}_{N_t}),$ 其中方差 ${{\mathrm{\&sigma;}}^2}_{u_k}=(1-{\left|{\mathrm{\&lambda;}}_k\right|}^2){{\mathrm{\&sigma;}}^2}_{h_k}.$

对于实际信道和信道估计的联合高斯式，在(α_k(n)，α_k(n-1)，...)下h_k(n)的后验分布为高斯形式，其均值为 ${\hat{h}}_k\left(n\right)=E\left(h_k\left(n\right)\right|{\mathrm{\&alpha;}}_k\left(n\right),{\mathrm{\&alpha;}}_k(n-1),\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;),$ 协方差为 ${\hat{C}}_k\left(n\right)=E{\left((h_k\left(n\right)-{\hat{h}}_k\left(n\right))\right)}^H(h_k\left(n\right)-{\hat{h}}_k\left(n\right))).$ 均值

对应于h_k(n)的最小均方误差估计。对每个用户使用卡尔曼滤波算法，在低计算复杂性下进行h_k(n)的实时估计(跟踪)。

卡尔曼滤波器基于实际反馈测量α_k(n)和过去的估计

来产生

使用下列更新公式：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_k(n-1)=\frac{w^H(n-1){\hat{C}}_k(n-1)}{w^H(n-1){\hat{C}}_k(n-1)w(n-1)+{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&eta;}}^2}\\ {\hat{h}}_k^{+}(n-1)={\hat{h}}_k(n-1)+K_k(n-1)({\mathrm{\&alpha;}}_k\left(n\right)-{\hat{h}}_k(n-1)w(n-1))\\ {\hat{C}}_k^{+}(n+1)={\hat{C}}_k(n+1)[I_{\mathrm{Nt}}-w(n-1)K_k(n-1)]\\ {\hat{h}}_k\left(n\right)={\mathrm{\&lambda;}}_k{\hat{h}}_k^{+}(n-1)\\ {\hat{C}}_k\left(n\right)={\left|{\mathrm{\&lambda;}}_k\right|}^2{\hat{C}}_k^{+}(n+1)+{\mathrm{\&sigma;}}_{u_k}^2{I}_{\mathrm{Nt}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

基于卡尔曼滤波的信道跟踪可独立于选择的波束形成加权w(n)。每个用户信道的估计使得可使用传统的波束形成代替机会波束形成器(OB)。因此，当发送至用户k，即移动台115(1)时，第一基站105(1)可将估计信道用作实际信道。第一基站105(1)可使用对应的波束形成向量 $w\left(n\right)=\frac{{\hat{h}}_k^H\left(n\right)}{\left|\right|{\hat{h}}_k\left(n\right)\left|\right|},$ 并基于 $R_k\left(n\right)=\mathrm{Throughpu}{t}_k\left(n\right)=\underset{R>0}{\max }\mathrm{Prob}({\ln }_2(1+\mathrm{\&rho;}\frac{{\left|{\hat{h}}_k^H\left(n\right)h_k\left(n\right)\right|}^2}{\left|\right|{\hat{h}}_k\left(n\right)\left|\right|})>R)$ (4)应用(2)的选择过程。R_k(n)可使用后验分布 $h_k:h_k\left(n\right)~\mathrm{CN}({\hat{h}}_k\left(n\right),{\hat{C}}_k\left(n\right))$ 来以数值上有效的方式进行评估。

然而，本领域普通技术人员得益于本发明的公开内容，应理解本发明并非仅仅局限于卡尔曼滤波。在另一实施例中，合适的滤波器可使该第一基站105(1)能提供不同的容量和/或额外的容量来控制下行链路130中的多用户传输。

现在转向图2，图中示出了根据本发明的一个实施例，第一基站105(1)包括信道跟踪器150、调度器160和波束形成器155，用于控制在MIMO信道200中通过下行链路110至多个用户的射频(RF)传输。另外，示出的移动台105(1)包括接收器202，其包括信道估计器205和检测器210。该MIMO信道200可实现涉及多天线/多用户信号处理的多用户移动通信能。

对于下行链路110，在第一基站105(1)或接入点(AP)处的信道状态信息使得能对来自活动用户的信号进行处理，显著改善了性能并且大大加快了数据速率。当信道状态信息作为反馈数据215在第一基站105(1)可用时，发射器145可基于信道状态信息通过波束形成来减少多用户干扰。第一基站105(1)采用多重天线125(1-m)，通过每个可用天线发射不同数据流来获得空间复用增益。通过仅仅使用作为由移动台115(1)告知的信道质量的指示而被反馈的有限的信道状态信息，发射器145可以选择合适的用户来调度。

发射器145可使用多天线/多用户信号处理来为多用户移动通信提供波束形成。在大多数传播情况下，能量只通过空间中的一部分立体角到达接收端。对于接收器，在其他方向发射的能量通常丢失，甚至会造成对其他接收器的有害干扰。基于来自移动台115(1)的信道状态信息的波束形成可集中相关区域的发射能量或相当于从优选方向上接收能量。因此，对于接收器202即移动台115(1)而言，可在不会对其他移动台产生有害干扰的方向上发射能量。基于这样的波束形成获得的相关增益会导致下行链路110的信噪比(SNR)增加。这种波束形成可通过增加数据220的RF传输的定向性以及频率和时间变化的相应减小来有效控制或避免干扰来改善干扰状况。

参考图3，图1所示的调度器被图示为包括多用户MIMO调度器300，其使用时间，频率和/或空间上的调度算法305，与本发明的一个示例性实施例一致。在一实施例中，多用户MIMO调度器300以在被监控的信道条件中相对较好的信道条件来调度多个用户的一个用户。为了调度从多个用户中选择的用户，多用户MIMO调度器300可使用具有期望的波束形成增益的多个天线增益。

多用户MIMO调度器300可使用多用户调度上下文来为无线通信系统100提供给定的最大系统容量目标。基于无线数据网如高速无线数据网的多用户调度上下文，多用户MIMO调度器300将最优化下行链路110的调度性能指示信息。为了在高速无线数据网120中提供多用户调度上下文，多用户MIMO调度器300将最优化波束形成加权向量的性能指示信息。这样，多用户MIMO调度器300就可以调度被选择的用户向用户的移动台105进行定向传输。

为了跟踪与多用户MIMO调度器300的多个用户中的每个用户相对应的信道，信道跟踪器150可在自适应时间使用卡尔曼滤波。可选择地，信道跟踪器150可使用卡尔曼滤波实时跟踪与多个用户中的每个用户相对应的信道。

根据一个实施例，调度算法305可基于传统的均衡公平调度技术。该调度算法305可从第一基站105(1)的多重天线125(1-k)在时间维、频率维和/或空间维中调度多个用户的定向传输。为了调度一个用户以向该用户的移动台115(1)进行定向传输，第一基站105(1)可分配反馈信令来获得在第一基站105(1)处的用户信道135中每一个信道的信道复增益的反馈数据215。为了最大化下行链路110的吞吐率，可使第一基站105(1)获得波束形成加权序列。在一个实施例中，基于被跟踪的用户信道135，时空滤波器使用波束形成加权序列提供波束形成来最大化信噪比。

现在转向图4，图中例示了根据本发明的一个实施例的程式化的表示图，用于在时空滤波器中使用波束形成加权400(1-k)来最优化图1所示的无线通信系统100中的第一基站105(1)处的波束形成传输。波束形成加权400(1-k)可基于被监控的信道条件，使用多重天线125(1-k)发射射频传输至被调度的用户来提供期望的波束形成。至此，波束形成器155将提供期望的波束形成增益的波束加权向量405乘上多重天线125(1-k)的天线输出信号向量410，多重天线例如是发射天线125a(1-k)。多个加权的天线流415(1-k)可被组合，以向多个用户425(1-m)中被选择的用户425(1)提供波束形成信号420。

参考图5，例示了根据本发明的一个示例实施例的程式化的表示图，其在图2所示的无线通信系统100中，在从与第一基站105(1)相关的多个天线125(1-k)至多个用户425(1-m)的下行链路110上实施控制射频传输的方法。

在框500中，信道跟踪器150可基于来自用户的、指示信道状态的反馈140(1-N)信息，跟踪对应于多个用户425(1-m)中的每个用户的信道，即用户信道135。在框505中，多用户MIMO调度器300可以基于被跟踪的用户信道135调度用户425(1)向多个移动台115(1-N)中的该用户的移动台115(1)进行定向传输。如框510所示，波束形成器155可基于被跟踪的用户信道135产生多个指示，例如用于定向传输的波束形成加权400(1-k)。将波束形成加权400(1-k)用于多个天线125(1-k)，发射器145可在到被选择用户的移动台115(1)的下行链路上，以定向传输的方式发射用于被调度或被选择的用户425(1)的射频(RF)传输。这样，第一基站105(1)可以控制在无线通信系统100中的RF传输，如框515中所示。

参考图6，图示了使用单个发射天线的传统PFS算法、多个发射天线的机会波束形成和根据本发明一个实施例的带信道跟踪的最优化的多用户MIMO调度之间的性能增益的比较。图示了传统方式的单个发射天线的PFS算法(PFS-Nt＝1-perfect-FB)、OB(Opp-BF-perfect-FB)和带信道跟踪的最优化的多用户MIMO调度(Track-BF-perfect-FB)所达到的性能增益。在所有三个例子中，图示了忽略量化误差的理想反馈(perfect-FB)。

最后，图7图示了根据本发明的一个实施例，在不同反馈速率下的带信道跟踪的最优化的多用户MIMO调度的性能增益的比较。在图6和图7中，对OFDM系统使用2048FFT大小进行仿真。根据空间信道模型(SCM)产生信道。SCM模型是第三代合作伙伴计划(3GPP)信号模型的一种概括，用于5GHz中心频率和100MHz带宽。信道的最大延迟扩展为5μs，每一帧跨越5个OFDM符号周期，其对应于0.1ms。我们假定在接收器处的信道测量和在AP处利用更新的信道估计的发射之间有2帧的延迟。所有用户具有相同的速度10km/h。波束形成和资源分配在每个子载波上被独立应用，接收天线的数量固定为N_r＝1，延迟约束固定为T_c＝50。针对不同的多个用户利用吞吐率(b/s/Hz)来描述性能。

可通过软件、或对计算机存储器内的数据位的运算的算法和符号表示来表达本发明的各部分和相应的详细描述。本领域的普通技术人员可以通过这些描述和表示向其他本领域的普通技术人员传达他们工作的内容。一种算法，如在这里使用的方式，与其通常使用的一样，构思为导致期望结果的自洽的步骤序列。这些步骤需要对物理量进行数学操纵。通常，尽管不必要，这些量采用光信号、电信号或磁信号的形式，可以被存储、转移、合并、比较和其他操作。主要为了通用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、项、数字等有时被证明是便利的。

但是应记住，所有的这些或类似的术语与适当的物理量相关并且仅仅是应用于这些量的方便的标注。除非另外规定，或由本讨论显而易见，如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”或类似的术语是指计算机系统或类似的电子计算机设备将在计算机系统的寄存器和存储器中被表示为物理的、电子量的数据操纵和转换为在计算机系统的存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备中被类似地表示为物理量的其他数据的动作和处理。

还可以注意到，本发明用软件实施的各方面一般被编码在某种形式的程序存储介质上或通过某些类型的传输介质来实施。程序存储介质可为磁的(如，软盘或硬盘驱动器)或光的(如压缩盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读的或随机访问的。类似地，传输介质可为双绞线、同轴电缆、光纤或本领域中其他一些合适的传输介质。本发明不局限于给出的实施例中的这些方面。

上面参照附图描述了所提出的本发明。在图中示意性地示出不同的结构、系统和设备仅仅是出于解释的目的，使得本领域技术人员公知的技术细节不会使本发明变模糊。然而，附图是为了描述和解释本发明的实施例。在此使用的词语和短语应被理解和解释为具有与本领域技术人员对这些词语和短语一致的含义。在这里统一使用的术语或短语没有暗示什么特殊的含义，即与本领域技术人员所理解的通常和习惯含义并无不同。在术语或短语被定义为具有特殊含义，即不同于普通技术人员理解的含义时，这种特殊定义将以直接而不含糊提供该术语或短语的定义的方式在说明书中清楚地陈述。

尽管其中描述的本发明用于蜂窝电信网络环境，但是其同样也应用于其他无线环境中。例如，无线环境可能包括802.11(a)、802.11(b)、802.11(g)、蓝牙等。本发明可在具有互相连接并相互通信的两个或多个用户的无线环境中应用。

本领域的技术人员应理解，在此在不同实施例中例示的不同系统层、程序或模型可为可执行的控制单元。这些控制单元可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个微处理器或控制器)或其他控制或计算设备、以及包含在一个或多个存储设备中的可执行指令。存储介质可包括一个或多个用于存储数据和指令的机器可读存储介质。存储介质可包括不同形式的存储器，包括半导体存储器件如动态或静态随机访问存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程可读存储器(EEPROM)和闪存；磁盘如硬盘、软盘、可移动磁盘；其他磁介质包括磁带；和光介质如压缩光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)。在不同系统中构成不同软件层、程序或模块的指令被存储在各自的存储设备中。在由相应的控制单元执行时，这些指令使相应的系统执行被编程的动作。

上面公开的具体实施例仅仅为示例性的，因为对于得益于本发明的教导的本领域技术人员而言，以不同但等同的方式对本发明进行修改和实施是显而易见的。更进一步，除了在以下权利要求中所描述的，对于在此示出的结构和设计的细节没有限制。因此显然，以上公开的具体实施例可被替换或修改，并且所有这样的改变都被认为在本发明的范围和精神之内。相应地，在权利要求中记载在此要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种在无线通信系统中，在从与基站相关的多个天线至多个移动台用户之中的至少一个移动台用户的下行链路上控制射频传输的方法，所述方法包括:

基于指示信道状态的反馈信息跟踪对应于至少一个移动台用户的信道；以及

基于所述多个移动台用户的被跟踪信道，为至少一个移动台用户调度定向传输。

2、如权利要求1所述的方法，其中调度对移动台用户的定向传输包括:

基于被调度的移动台用户的被跟踪信道，为定向传输产生多个指示；以及

使用与所述基站相关的所述多个天线将射频传输发送至被调度的移动台用户。

3、如权利要求2所述的方法，还包括:

基于与被跟踪信道相关的反馈信息的采样的可用性，使用有关被调度的移动台用户的信道的估计的指示。

4、如权利要求3所述的方法，还包括:

使所述多个移动台用户中的每个移动台为相应用户的信道估计信道增益。

5、如权利要求4所述的方法，还包括:

在所述基站处，在作为量化反馈的反馈信令中，接收来自所述多个移动台用户中的所述每个移动台的信道增益；

控制所述多个移动台用户的所述每个移动台的反馈数据速率；以及

基于反馈信息的目标水平，减少所述反馈数据速率至提供期望反馈速率控制的速率。

6、如权利要求1所述的方法，还包括:

监控所述多个移动台用户中的每个移动台的信道条件；

使用来自移动台的相对低速率的反馈，以在被监控的信道条件下在被调度的移动台用户的移动台处获得期望的性能。

7、如权利要求2所述的方法，其中跟踪对应于所述多个移动台用户中的至少一个移动台用户的信道还包括:

使用卡尔曼滤波，在自适应的时间跟踪对应于所述多个移动台用户中的每个移动台的信道。

8、如权利要求2所述的方法，其中跟踪对应于所述多个移动台用户中的至少一个移动台用户的信道还包括:

使用卡尔曼滤波，实时跟踪对应于所述多个移动台用户中的每个移动台的信道。

9、如权利要求2所述的方法，其中为至少一个移动台用户调度定向传输还包括:

在时间维、频率维和空间维的至少之一中，对于所述基站处的所述多个天线使用调度算法，为所述多个移动台用户调度定向传输。

10、如权利要求2所述的方法，其中为至少一个移动台用户调度定向传输还包括:

在所述基站处分配反馈信令以获得多个用户信道中每个信道的信道复增益的反馈；

使所述基站能获得波束形成加权的序列；以及

使所述基站能在相对缓慢变化的通信环境中获得期望的信道估计，以最大化所述下行链路的吞吐率。

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