CN101485130A - 无线通信系统和无线通信方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种在多用户多输入多输出(MU－MIMO)无线通信系统中对用户进行调度的方法和用于在系统对用户进行调度的方法。MU－MIMO无线通信系统包括至少一个基站和至少一个用户设备，该基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备。该方法包括：多个用户设备中的每一个用户设备基于从基站发送来的导频信号进行信道估计，以获得信道信息；基于信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该码字的信道质量指示符(CQI)值；将该码字和CQI值反馈给基站；并且基站基于从用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，从而使系统的预定性能指标最大化。

Description

无线通信系统和无线通信方法

技术领域

本发明一般地涉及无线通信，具体而言，涉及MU-MIMO(多用户多输入多输出)无线通信系统中的用户调度。

背景技术

能够让多个终端(每个终端具有一个或多个天线)同时与具有多个天线的控制台通信的通信技术：MU-MIMO(多用户-多输入多输出)极大地促进了蜂窝无线网络中的高效数据传输。已有许多关于如何在同一MIMO信道上支持多用户传输的提案[文献1-6]。

基本上，依据发射机处的信道状态信息可用性，可以将这些提案分成两种类型，一种类型称为“基于码本(codebook)”，其在发射机中不需要完全的信道信息，而是仅仅需要量化信道矢量(信道矢量索引反馈的形式)，另一种类型称为“基于非码本”，其在发射机中需要完全的信道信息，利用可能的上行链路探测法(uplink sounding method)。本发明涉及基于码本的MU-MIMO。

当前在3GPP LTE(第三代合作伙伴计划，长期演进)中，有两种主要类型的基于码本的方案下的MU-MIMO提案：酉阵预编码(文献3)和非酉阵预编码(文献1)。“酉阵”意味着同一DFT矩阵中的码字是正交的；另一方面，“非酉阵”意味着码本中的码字不是正交的。

图1示意性地例示了相关技术中的MU-MIMO预编码方案。如图1所示，基站对用户进行调度，并且基于从用户设备反馈来的CQI(信道质量指示符)和PVI(预编码向量索引)确定数据速率，然后可以对各调度用户的数据进行信道编码和调制，并且基于PVI通过一些加权向量对该数据进行预编码，将该数据与其它用户的数据组合起来，然后在OFDM方案的情况下进行IFFT变换并且添加循环前缀(CP)，最后将数据由各个发射天线发送出去。在此，在OFDM之外的复用方案的情况下可以省略IFFT和CP单元。

在图1中，所例示的每个用户设备(移动台)具有一个接收天线，然而用户设备可具有多个接收天线。接收天线所接收到的数据经历CP去除和FFT变换，然后通过接收合并将用户专用数据提取出来。应当注意：在OFDM之外的复用方案的情况下，可以省略CP去除和FFT变换单元。同时，基于公共导频或者专用导频进行信道估计，然后计算CQI，并且确定PVI，最后反馈给基站以用于下一个调度时隙。

图2例示了2用户2-Tx MU-MIMO的预编码方案的一个例子。如图2所示，分别通过向量[w₁₁，w₁₂]和向量[w₂₁，w₂₂]对用户1(d₁)的数据和用户2(d₂)的数据进行加权，并且在每个发射机上将数据加起来。在该例子中，从基站和用户设备都知道的公共码本中选择出预编码向量[w₁₁，w₁₂]和[w₂₁，w₂₂]。在各接收机处，可以利用预编码码本的干扰避免特性来提取数据。

在酉阵预编码中，可通过一些基本的数学原则来构建具有正交向量的码本，比如大小为N(＝2^B)的DFT矩阵的上n_T行可以是这种类型的码本，如下式所示：

$f_n\left(l\right)=\exp (-\frac{j2\mathrm{\πnl}}{N}),l=0,...,n_T;n=0,...,N-1---\left(1\right)$

其中，f_n(1)是第n个向量的第1个元素，n_T是发射天线的数量，而N是码数的大小，j是虚数。在酉阵预编码中，码本基于酉阵(unitary matrix)，即N个向量构成了P＝N/M个酉阵，其中M是传输流的数量，并且将第p个酉阵表示为F_p＝[f_p，f_p+P，f_p+2P，...](p＝0，...，P-1)。在酉阵预编码中，在节点B(基站)和UE侧使用相同的基于酉阵的码本。

在酉阵预编码中，可以将CQI计算为：

${\mathrm{CQI}}_k=\underset{i,j\∈[1,..P]}{\arg \max }\left(\frac{{\left|H_k{F}_i\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠i}{\left|H_k{F}_j\right|}^2}\right)---\left(2\right)$

其中H是信道矩阵，F是加权矩阵，σ²是噪声功率，而k是用户索引。

注意：CQI计算考虑了来自除自身之外的其它预编码向量的所有干扰。在这种情况中，大大地低估了CQI，因此没有充分地利用系统的吞吐量。

另一方面，在非酉阵预编码中，将CQI计算如下：

${\mathrm{CQI}}_k=\underset{i,j\&Element;[1,..P]{\left|F_i{F}_j\right|}^2<{\mathrm{\&rho;}}_{\mathrm{thed}}}{\arg \max }\left(\frac{{\left|H_k{F}_i\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2+{\left|H_k{F}_j\right|}^2}\right)---\left(3\right)$

在此，F为来自非正交码本的加权矩阵。虽然在CQI计算中考虑了来自其它流的干扰，但是无法保证BS选择的用户会实际使用在CQI计算中所确定的预编码索引。因此，CQI计算将仍然可能与实际的容量不匹配。

此外，多个用户台的同时传输会引入用户之间的干扰，即降低系统性能的多用户干扰。因为即使选择了最佳码本，在某些情况中码本与实际的信道方向之间的差异也是明显的，因此可能无法彻底消除多用户干扰。

文献1：Part 16：Air Interface for Fixed Broadband Wireless AccessSystems，IEEE P802.16(Draft Mar 2007)，Revision of IEEE Std802.16-2004，as amended by IEEE Std 802.16f-2005 and IEEE802.16e-2005.

文献2：3GPP R1-072422，NTT DoCoMo，Investigation on precodingscheme for MU-MIMO in E-UTRA downlink.

文献3：3GPP，R1-060335，Samsung，Downlink MIMO forEUTRA.

文献4：3GPP，R1-060495，Huawei，Precoded MIMO concept withsystem simulation results in macrocells.

文献5：3GPP，R1-062483，Philips，Comparison betweenMU-MIMO codebook-based channel reporting techniques for LTE downlink.

文献6：3GPP，R1-071510，Freescale Semiconductor Inc，Detailsof zero-forcing MU-MIMO for DL EUTRA.

发明内容

因此，本发明涉及MU-MIMO系统中对用户进行调度的方法，其基本上消除了由于相关技术的限制和缺点所导致的一个或者多个问题。

本发明的一个目的是减少MU-MIMO系统中的多用户干扰。

本发明的另一个目的是最大化MU-MIMO下行传输的吞吐量。

为了实现以上目的，在发明的一方面中，提供了一种在多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统中对用户进行调度的方法，其中该MU-MIMO无线通信系统包括至少一个基站和至少一个用户设备，该基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，该方法包括：

所述多个用户设备中的每一个：

基于从基站发送来的导频信号进行信道估计，以获得信道信息；

基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该码字的信道质量指示符(CQI)值；

将该码字和CQI值反馈给基站；并且

所述基站：

基于从用户设备反馈的码字和CQI值建立活动用户集，该活动用户集包括至少一个被允许下行传输的用户，使得系统的预定性能指标最大。

在本发明的一方面中，提供了一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统，其中该MU-MIMO无线通信系统包括至少一个基站和至少一个用户设备，其中基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，其中

所述多个用户设备中的每一个包括：

被配置成基于从基站发送来的导频信号进行信道估计以获得信道信息的信道估计单元；

被配置成基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于PVI的信道质量指示符(CQI)数值的确定单元；和

被配置成将该码字和CQI值反馈给基站的发送单元，

所述基站包括：

调度单元，其被配置成基于从用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，使得系统的预定性能指标最大。

在本发明的另一方面中，提供了一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统中的基站，其中该基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，所述多个用户设备中的每一个包括：被配置成基于从基站发送来的导频信号进行信道估计以获得信道信息的信道估计单元；被配置成基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该码字的信道质量指示符(CQI)值的确定单元；和被配置成将该码字和CQI值反馈给基站的反馈单元，

该基站包括：

调度单元，其被配置成基于从用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，使得系统的预定性能指标最大。

应当理解：本发明的先前概述和接下来的详细描述为示例性和解释性的，并且用于进一步解释所要求保护的发明。

附图说明

附图帮助更好地理解本发明，并构成本申请的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。其中，

图1示意性例示了相关技术中的MU-MIMO预编码方案；

图2例示了2用户2-Tx MU-MIMO预编码方案的一个例子；

图3为根据本发明第一实施例的用户设备的示意框图；

图4为反馈单元的示意框图；

图5为第一实施例中的基站的示意框图；

图6为第一实施例中的调度单元的调度处理的流程图；

图7为例示了码字之间的正交性评估的概念图；

图8为第二实施例中的调度单元的调度处理的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图详细地描述本发明，在附图中示出了发明的优选实施例。然而，本发明可以体现为许多不同的形式，并且不应当将发明解释为限制于文中所述的实施例；相反，提供这些实施例的目的是让发明的公开充分彻底，并且使本领域中的技术人员能够清楚发明的范围。在附图中类似标号指的是类似元件。

(第一实施例)

第一实施例中的MU-MIMO无线通信系统的总体结构基本上与图1所示的结构相同。换句话说，第一实施例中的MU-MIMO无线通信系统应用于OFDM(正交频分复用)系统中。在以下描述中将参考图1。然而，正如将从以下描述中清楚，本发明并不限于OFDM系统，而是也可以应用于OFDM之外的任何复用方案。

如图1所示，第一实施例中的MIMO无线通信系统包括至少一个基站(图1中仅仅例示了一个基站)和至少一个用户设备，该基站具有N个发射天线，并且能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备。基站对用户进行调度并且基于反馈的CQI(信道质量指示符)和PVI(预编码向量索引)确定数据速率，然后可以对各个调度用户的数据进行信道编码和调制，并且通过加权向量进行预编码，将该数据与其它用户数据组合起来，然后进行IFFT变换，并且添加循环前缀(CP)，最后通过各个发射天线发送出去。

图3为第一实施例中的用户设备的示意框图。如图3所示，用户设备包括至少一个接收天线11、CP(循环前缀)去除单元12、FFT(快速傅里叶变换)单元13、信道估计单元14、MIMO检测单元15、DEMOD&DEC(解调和解码)单元16和反馈单元17。

接收天线11接收多个复用的数据流。CP去除单元12从天线11接收到的数据流中去掉CP部分。FFT单元13对去除了循环前缀的数据流执行FFT处理。信道估计单元14利用数据流中包含的导频成分进行信道(流)估计，并且将估计的信道矩阵提供给反馈单元17。MIMO检测单元15利用估计的信道矩阵对从不同的接收天线传送来的、并且由FFT单元13处理后的数据流进行检测。DEMOD&DEC单元16对MIMO检测单元15处理过的数据进行解调，并且将解调后的数据解码成用户数据。

图4为图3所示的反馈单元17的示意框图。反馈单元17包括CQI计算单元18、PVI确定单元19、码本20和发送单元21。

码本20包含用于对从控制台(比如基站)发送来的数据流进行预编码的码字。CQI计算单元18基于所估计的信道矩阵信息生成信道质量指示符(CQI)。在该实施例中，CQI计算单元18计算各个数据流的后处理SINR(信干噪比)作为CQI。假定在控制台处进行预编码加权，并且在UE侧采用规定的MIMO解码方法，比如ZF(迫零)或者MMSE(最小均方误差)或者其它方法，来计算后处理SINR。预编码加权向量是通过PVI确定单元19确定的。PVI确定单元19从码本20中选择合适的预编码码字，以最大化预定的性能指标，比如每个数据流的后处理SINR，这可基于总速率最大化或者BLER最小化，或其它标准。该PVI通过控制台和用户设备都知道的映射规则来对应于码本20中的一个码字。

此外，通过发送单元21将所确定的码字的PVI和CQI反馈给基站。

图5为第一实施例中的基站的示意框图。如图5所示，基站包括多个发射天线36，以及FEC&Mod单元31(FEC：＂前向纠错＂，一种信道编码)、IFFT(快速傅里叶逆变换)单元33和CP添加单元34，以及预编码单元32、调度单元35，其中CP添加单元34、IFFT单元33和CP添加单元34的数量对应于发射天线31的数量。

调度单元35中具有码本，该码本包含与所有用户设备相同的内容，调度单元35对具有匹配码字的用户进行归组，并且基于从用户设备反馈的CQI(信道质量指示符)和PVI(预编码向量索引)对数据进行调度并且确定数据速率。FEC&Mod单元31对各个用户的数据执行信道编码和调制。预编码单元32利用所确定的预编码向量对用户数据进行预编码，并且将来自所有用户的数据组合起来。IFFT单元33对预编码后的数据执行IFFT变换，并且CP添加单元34向IFFT变换后的数据添加循环前缀(CP)，然后发射天线31将数据发送出去。

现在将详细描述第一实施例中的MU-MIMO调度处理。

首先，各个用户设备(此后有时候将其称为＂用户＂)的信道估计单元14对其自身的信道状态信息进行估计，然后反馈单元17根据接收信噪比(SNR)的最大化在码本的N^b位集合中选择最佳的预编码向量，并且计算信道质量指示符(CQI)值。

具体而言，假定节点B(基站)和每个用户设备都知道的码本集用 $S=[c_0,c_1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,c_{2^{X_h}}]$ 来表示，并且从基站到用户k的信道状态信息用 $H_k\&Element;C^{M\&times;K_k}$ 表示， $H_k\&Element;C^{M\&times;K_k}$ 的元素是具有单位协方差的瑞利衰落，并且这些元素之间互相独立。此外，假定每个用户精确地估计其信道状态信息H_k。为方便起见，假定所有终端中的噪声功率相同，比如为

用户k的反馈单元17根据以下最大SNR标准选择最佳码本向量：

$w_k=\arg \underset{c_l\&Element;S}{\max }\left({\left|\right|H_k^H{c}_l\left|\right|}_2^2\right)---\left(4\right)$

其中＂(·)^H＂表示共轭运算。通过下式求得CQI值：

${\mathrm{CQI}}_k={\left|\right|H_k^H{w}_k\left|\right|}_2^2---\left(5\right)$

然后，用户通过发送单元21经由专用反馈上行信道将所确定的预编码向量索引和CQI值反馈给基站。

基站对来自所有用户的预编码向量索引和CQI的信息进行解调，然后确定活动用户集，即包含被允许下行数据传输的用户索引的集合。

根据贪婪算法确定活动用户集，详细步骤如下所述。

图6例示了第一实施例中的调度处理的流程图。

如图6所示，在步骤ST11中，调度单元35确定从用户设备反馈的CQI中的最大CQI，并且将对应的用户设备k₁添加到活动用户集中。

在步骤ST12中，调度单元35计算活动用户集的有效SNR，将该有效SNR记为ESNR₁。

在步骤ST13中，调度单元35将第n个(n>1)用户k_n添加到活动用户集中，使活动用户集的总CQI最大。

在步骤ST14中，调度单元35计算活动用户集的有效SNR，将该有效SNR记为ESNR_n。

在步骤ST15中，调度单元35判断包含n个用户的活动用户集的有效SNR(ESNR_n)是否小于包含n-1个用户的活动用户集的有效SNR(ESNR_n-1)。

如果判定为ESNR_n<ESNR_n-1，则包括n-1个用户的活动用户集比包括n个用户的活动用户集更好，处理进入步骤ST16，调度单元35将新添加的用户k_n从活动用户集中去掉，从而使活动用户集包括用户k₁～k_n-1。然后结束调度单元35的调度处理。

另一方面，如果在步骤ST15中判定为ESNR_n不小于ESNR_n-1，则处理进行到步骤ST17。在步骤ST17中，判断包含在活动用户集中的用户数量是否等于K(基站的天线数量，也就是允许同时传输的用户数量)。如果判定为n<K，则n加1，并且处理返回到步骤ST13以重复下列步骤。然而，如果在步骤ST17中判定为n不小于K，换句话说n＝K，则结束调度处理，并且活动用户集包括用户1-n。

现在将提供更具体的例子。

首先，调度单元35选择具有最大CQI值的第一用户k₁进行下行传输，即：

$k_1=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }({\mathrm{CQI}}_j*\left|\right|w_j\left|\right|)---\left(6\right)$

将有效ESNR记为：

ESNR₁＝P·CQI₁       (7)

将仅仅包含第一用户k₁的活动用户集的总容量C₁计算为：

$C_1=\log 2(1+P*{\mathrm{CQI}}_{k_1}/{\mathrm{\&sigma;}}_n^2)---\left(8\right)$

其中P是总发射功率，而σ_n是噪声功率。

接下来调度单元35基于每个用户的CQI值选择第二用户k₂，使包括用户k₁和k₂的活动用户集的总CQI最大，如下式所示：

$k_2=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }(({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_j\left|\right|)---\left(9\right)$

其中

是投影到由正交于

的列所展开的零空间(null space)上的投影矩阵，即：

$P_{w_{k_1}}^{\&perp;}=I-w_{k_1}{w}_{k_1}^H---\left(10\right)$

I是具有适当维数的单位矩阵。

这两个用户之间没有功率分配，并且有效总SNR如下式所示：

${\mathrm{ESNR}}_2=P/2\&CenterDot;({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_{k_2})\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|---\left(11\right)$

包括这两个用户(k₁，k₂)的活动用户集的相应总容量计算如下：

$C_2=\log 2(1+\frac{P/2*{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^2+P/2{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2})+$

$\log 2(1+\frac{P/2*{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^2+P/2{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2})---\left(12\right)$

调度单元35判断ESNR₂是否小于ESNR₁。如果ESNR₂小于ESNR₁，则调度单元35确定调度处理已经完成，并且活动用户集仅仅包含用户k₁。另一方面，如果ESNR₂不小于ESNR₁，并且K>2，则调度单元35继续选择第三个用户。

类似地，调度单元按照包含用户k₁、k₂和k₃的活动用户集的总CQI最大的方式选择下行传输的第三用户k₃，如下式所示：

$k_3=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }(({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_{k_2}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{[w_{k_1},w_{k_2}]}^{\&perp;}{w}_j\left|\right|)---\left(13\right)$

其中

是与所展开的列空间正交的空间。在确定了第三用户k₃时，可以将有效总SNR表达为：

${\mathrm{ESNR}}_3=P/3\&CenterDot;({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_{k_2}+{\mathrm{CQI}}_{k_3})\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{[w_{k_1},w_{k_2}]}^{\&perp;}{w}_{k_3}\left|\right|---\left(14\right)$

通过下式给出这三个用户对应的的总容量：

$C_3=\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_3}\right)\left|\right|}^2})+$

$\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_3}\right)\left|\right|}^2})$

$\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_3}^H{w}_{k_3}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_3}^H{w}_{k_3}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_3}^H{w}_{k_3}\right)}^H\left(H_{k_3}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_3}^H{w}_{k_3}\right)}^H\left(H_{k_3}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2})---\left(15\right)$

然后，调度单元35判断ESNR₃是否小于ESNR₂。如果ESNR₃小于ESNR₂，则调度单元35确定完成了调度处理，并且活动用户集仅仅包含用户k₁和k₂。另一方面，如果ESNR₃不小于ESNR₂，并且K>3，则调度单元35继续选择第四用户。

如上所述，从一般意义上讲，通过下式选择第Q个用户：

$k_Q=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }((\underset{q=1}{\overset{Q-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{CQI}}_{k_q}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\mathrm{Volume}\left(Q\right))---\left(16\right)$

在此，Volume(Q)表示由

...，w_j构成的超多面体的体积。然后通过下式给出有效总SNR：

${\mathrm{ESNR}}_Q=P/Q\&CenterDot;\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{CQI}}_{k_q}\&CenterDot;\mathrm{Volume}\left(Q\right)---\left(17\right)$

在确定第Q个用户之后，判断是否ESNR_Q<ESNR_Q-1，如果判定为ESNR_Q<ESNR_Q-1，则结束调度处理并且活动用户集包括用户k₁～k_Q-1，并且可以相应地计算出总容量。另一方面，如果ESNR_Q≥ESNR_Q-1并且Q<K，则继续选择第(Q+1)个用户。

应当注意：在计算活动用户集的总CQI的时候，引入了一项Volume(Q)，Volume(Q)是用户之间的干扰的度量。现在对这一项进行详细说明。

可以理解：如果活动用户集中的所有用户的码字相互正交，则活动用户集中的用户将不会相互施加干扰。因此，优选的是：活动用户集中的所有用户的码字相互正交。

在本发明中，在计算总CQI的时候，将反映了码字之间的正交性的项，即Volume(Q)与活动用户集的总CQI相乘。

可以通过由码字的向量所构成的多面体的体积来表示码字之间的正交性。

如图7(A)所示，在两个用户(k₁，k₂)的情况中，多面体退化为四角形，并且可以将Volume(Q)计算为四角形的面积，即

如式9和10所示。在这种情况中， $\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|=0$ 意味着用户k₁、k₂的码字(W_k1，W_k2)重合，这是应当避免的情况。另一方面， $\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|=1$ 意味着W_k1、W_k2相互正交，这是优选情况。

如图7(B)所示，在三个用户(k₁，k₂，k₃)的情况中，多面体变成了六面体，并且可以将Volume(Q)计算为六面体的体积，即

如式13和14所示。在 $\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{[w_{k_1}\&CenterDot;w_{k2}]}^{\&perp;}{w}_{k_3}\left|\right|=0$ 的情况中，三个码字(W_k1，W_k2，W_k3)无法构成六面体，这意味着码字集中至少有两个码字重合。另一方面， $\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{[w_{k_1}\&CenterDot;w_{k2}]}^{\&perp;}{w}_{k_3}\left|\right|=1$ 意味着W_k1、W_k2和W_k3相互正交，不会相互施加干扰，这是优选情况。

在多于三个用户的情况中，码字构成超多面体，该超多面体的体积Volume(Q)可以类似于上述的方式计算。再次，Volume(Q)＝0意味着码字集中至少有两个码字重合，而Volume(Q)＝1意味着码字集中所有的码字相互正交。

通过引入该项Volume(Q)，在计算活动用户集的总CQI和总容量的时候考虑到码字之间的正交性。因此，可以更加精确地计算出活动用户集的总CQI和总容量。

如上所述，基站的调度单元35确定活动用户集S_active＝[k₁，…，k_Q]，然后基站执行下行链路波束成形，以发射用户的数据。

基本上有两种下行传输的波束成形：

1、PVI波束成形

基站直接应用由用户设备反馈的码本中的预编码向量，即所使用的发射波束成形权重 $v_{k_q}=w_{k_q},$ 可以通过下式表示基站处的发射信号y(t)：

$y\left(t\right)=\underset{q=1}{\overset{Q}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{P}{Q}{v}_{k_q}{s}_{k_q}---\left(18\right)$

2、迫零波束成形

基站通过迫零预处理确定发射波束成形权重，在该迫零预处理中，应用于第k_q个用户

的权重为以下矩阵中的第q列：

$Z=[w_{k_1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;w_{k_Q}]*{\left({[w_{k_1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;w_{k_Q}]}^H[w_{k_1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;w_{k_Q}]\right)}^{-1}*[w_{k_1},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;w_{k_Q}]---\left(19\right)$

根据本发明的第一实施例，用户设备将产生最大SNR的PVI和对应于该PVI的CQI值反馈给基站，基站基于从用户设备反馈的PVI和CQI值，以系统的有效总SNR最大的方式从多个用户设备中选择至少一个用户。通过这种配置，可以合适地对用户进行调度，从而优化系统效率。

(第二实施例)

在第一实施例中，调度单元35基于活动用户集的有效总SNR判断迭代是否结束，而在第二实施例中，调度单元35基于总容量确定活动用户集。

第二实施例将详细描述如下。第二实施例中的SU-MIMO通信系统的结构与第一实施例中的结构相同，第二实施例与第一实施例的不同之处在于基站的调度单元的调度处理。在下文中，采用了第一实施例中的标号，省略了相同部分的描述，并且将重点放在不同部分。

与第一实施例相同，每个用户终端对其自身的信道状态信息进行估计，然后根据接收信噪比(SNR)的最大化在码本的N^b位集合中选择最佳的预编码向量，并且计算信道质量指示符(CQI)值，并且将各自所选择的预编码向量索引和CQI值反馈给基站。

图8例示了第二实施例中的调度处理的流程图。

如图8所示，在步骤ST21中，调度单元35确定从用户设备反馈的CQI中的最大CQI，并且将对应的用户设备k₁添加到活动用户集中。

在步骤ST22中，调度单元35计算仅包含用户k₁的活动用户集的容量，该容量记为C₁。

在步骤ST23中，调度单元35将第n个(n>1)用户k_n添加到活动用户集中，使活动用户集的总CQI最大。

在步骤ST24中，调度单元35计算活动用户集的总容量，该总容量记为C_n。

在步骤ST25中，调度单元35判断包含n个用户的活动用户集的总容量(C_n)是否小于包含n-1个用户的活动用户集的总容量(C_n-1)。

如果判定为C_n<C_n-1，则包括n-1个用户的活动用户集比包括n个用户的活动用户集更好，处理进入步骤ST16，调度单元35将新添加的用户k_n从活动用户集中去掉，从而使活动用户集包括用户k₁～k_n-1。然后结束调度单元35的调度处理。

另一方面，如果在步骤ST25中判定为C_n不小于C_n-1，则处理进行到步骤ST27。在步骤ST27中，判断包含在活动用户集中的用户数量是否等于K(基站的天线数量，也就是允许同时传输的用户数量)。如果判定为n<K，则n加1，并且处理返回到步骤ST23以重复下列步骤。然而，如果在步骤ST27中判定为n不小于K，换句话说n＝K，则结束调度处理，并且活动用户集包括用户1～n。

现在将提供更具体的例子。

首先，调度单元35选择具有最大CQI值的第一用户k₁以进行下行传输，即：

$k_1=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }({\mathrm{CQI}}_j*\left|\right|w_j\left|\right|)---\left(20\right)$

将仅仅包含第一用户k₁的活动用户集的总容量C₁计算为：

$C_1=\log 2(1+P*{\mathrm{CQI}}_{k_i}/{\mathrm{\&sigma;}}_n^2)---\left(21\right)$

其中P是总发射功率，而σ_n是噪声功率。

接下来调度单元35基于每个用户的CQI值选择第二用户k₂，使包括用户k₁和k₂的活动用户集的总CQI最大，如下式所示：

$k_2=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }(({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_j\left|\right|)---\left(22\right)$

假定这两个用户之间没有功率分配。将包括这两个用户(k₁，k₂)的活动用户集的总容量计算如下：

$C_2=\log 2(1+\frac{P/2*{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^2+P/2{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2})+$

$\log 2(1+\frac{P/2*{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^2+P/2{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2})---\left(23\right)$

调度单元35判断总容量C₂是否小于C₁。如果C₂小于C₁，则调度单元35确定调度处理已经完成，并且活动用户集仅包含用户k₁。另一方面，如果C₂不小于C₁，并且K>2，则调度单元35继续选择第三用户。

类似地，调度单元以包含用户k₁、k₂和k₃的活动用户集的总CQI最大的方式选择进行下行传输的第三用户k₃，如下式所示：

$k_3=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }(({\mathrm{CQI}}_{k_1}+{\mathrm{CQI}}_{k_2}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\left|\right|w_{k_1}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{w_{k_1}}^{\&perp;}{w}_{k_2}\left|\right|\&CenterDot;\left|\right|P_{[w_{k_1},w_{k_2}]}^{\&perp;}{w}_j\left|\right|)---\left(24\right)$

由下式给出这三个用户的总容量：

$C_3=\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_1}^H{w}_{k_1}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_1}^H{w}_{k_1}\right)}^H\left(H_{k_1}^H{w}_{k_3}\right)\left|\right|}^2})+$

$\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_2}^H{w}_{k_2}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_2}^H{w}_{k_2}\right)}^H\left(H_{k_2}^H{w}_{k_3}\right)\left|\right|}^2})$

$\log 2(1+\frac{P/3*{\left|\right|H_{k_3}^H{w}_{k_3}\left|\right|}^4}{{\mathrm{\&sigma;}}_n^2{\left|\right|H_{k_3}^H{w}_{k_3}\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_3}^H{w}_{k_3}\right)}^H\left(H_{k_3}^H{w}_{k_1}\right)\left|\right|}^2+P/3{\left|\right|{\left(H_{k_3}^H{w}_{k_3}\right)}^H\left(H_{k_3}^H{w}_{k_2}\right)\left|\right|}^2})$

                                                  (25)

然后，调度单元35判断C₃是否小于C₂。如果C₃小于C₂，则调度单元35确定完成了调度处理，并且活动用户集仅仅包含用户k₁和k₂。另一方面，如果C₃不小于C₂，并且K>3，则调度单元35继续选择第四用户。

如上所述，从一般意义上讲，通过下式选择第Q个用户：

$k_Q=\arg \underset{j=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,K}{\max }((\underset{q=1}{\overset{Q-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{CQI}}_{k_q}+{\mathrm{CQI}}_j)\&CenterDot;\mathrm{Volume}\left(Q\right))---\left(26\right)$

可按类似于公式(25)的方式计算出这k_q个用户的对应总容量，并且将其记为C_Q。

在确定第Q个用户之后，判断是否C_Q<C_Q-1，如果判定为C_Q<C_Q-1，则调度处理结束，并且活动用户集包括用户k₁～k_Q-1，并且总容量为C_Q-1。另一方面，如果C_Q>C_Q-1并且K>Q，则继续选择第(Q+1)个用户。

基站接下来的处理与在第一实施例中描述的处理相同，因此不再对其进行详细描述。

根据本发明的第二实施例，用户设备将产生最大SNR的PVI和对应于该PVI的CQI值反馈给基站，基站基于从用户设备反馈的PVI和CQI值、以系统的总容量最大的方式从多个用户设备中选择至少一个用户。通过这种配置，可以合适地对用户进行调度，从而优化系统效率。

(其它实施例)

在上述第一个和第二实施例中，将OFDM无线通信系统作为通信系统的一个例子。然而，本发明并不限于OFDM系统，相反，本发明与复用方案无关，而可以应用于任何MIMO通信系统。

在上述第一个和第二实施例中，将用户设备的接收天线的数量例示为1，然而，发明与用户设备的接收天线的数量无关，并且本发明可以应用于具有一个以上接收天线的用户设备。

虽然已经参考特定的实施例描述了本发明，本领域技术人员应当理解：在不脱离本发明范围的情况下可以做出各种变化并且可以进行各种等同替换。此外，在不脱离本发明范围的情况下可以做出许多修改，以使本发明适应于具体的情形或者材料。因此，本发明并不限于所公开的特定实施例，相反地本发明将包括所有落入后附权利要求范围之内的实施例。

Claims (18)

1、一种在多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统中对用户进行调度的方法，其中所述MU-MIMO无线通信系统包括至少一个基站和至少一个用户设备，所述基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，所述方法包括：

所述多个用户设备中的每一个：

基于从所述基站发送来的导频信号进行信道估计，以获得信道信息；

基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该码字的信道质量指示符(CQI)值；并且

将该码字和CQI值反馈给基站；

所述基站：

基于从所述用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，使所述系统的预定性能指标最大。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述性能指标为所述活动用户集的有效总SNR。

3、根据权利要求2所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括：

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一有效总SNR；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n有效总SNR；

c)重复步骤b)，直到第n有效总SNR小于第(n-1)有效总SNR。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述性能指标为所述活动用户集的总容量。

5、根据权利要求4所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括：

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一总容量；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n总容量；

c)重复步骤b)，直到第n总容量小于第(n-1)总容量。

6、根据权利要求1-5中任何一项所述的方法，其中所述性能指标包括所述活动用户集中的用户的码字之间的正交性。

7、一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统，其中所述MU-MIMO无线通信系统包括至少一个基站和至少一个用户设备，所述基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，其中

所述多个用户设备中的每一个包括：

被配置成基于从所述基站发送来的导频信号进行信道估计以获得信道信息的信道估计单元；

被配置成基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该PVI的信道质量指示符(CQI)值的确定单元；和

被配置成将该码字和CQI值反馈给所述基站的发送单元，并且

所述基站包括：

调度单元，其被配置成基于从所述用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，使得系统的预定性能指标最大。

8、根据权利要求7所述的MU-MIMO无线通信系统，其中所述性能指标为所述活动用户集的有效总SNR。

9、根据权利要求8所述的MU-MIMO无线通信系统，其中所述调度单元进一步被配置成

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一有效总SNR；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n有效总SNR；

c)重复步骤b)，直到第n有效总SNR小于第(n-1)有效总SNR。

10、根据权利要求7所述的MU-MIMO无线通信系统，其中所述性能指标为所述活动用户集的总容量。

11、根据权利要求10所述的MU-MIMO无线通信系统，其中所述调度单元进一步被配置成

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一总容量；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n总容量；

c)重复步骤b)，直到第n总容量小于第(n-1)总容量。

12、根据权利要求7-11中任何一项所述的MU-MIMO无线通信系统，其中所述性能指标包括所述活动用户集中的用户的码字之间的正交性。

13、一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统中的基站，其中该基站能够通过基于码本进行预编码而容纳多个用户设备，所述多个用户设备中的每一个包括：被配置成基于从所述基站发送来的导频信号进行信道估计以获得信道信息的信道估计单元；被配置成基于所述信道信息确定产生最大信噪比(SNR)的码字和对应于该码字的信道质量指示符(CQI)值的确定单元；和被配置成将该码字和CQI值反馈给所述基站的反馈单元，

所述基站包括：

调度单元，其被配置成基于所述用户设备反馈的码字和CQI值建立包括至少一个被允许下行传输的用户的活动用户集，使得系统的预定性能指标最大。

14、根据权利要求13所述的基站，其中所述性能指标为所述活动用户集的有效总SNR。

15、根据权利要求14所述的基站，其中所述调度单元进一步被配置成

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一有效总SNR；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n有效总SNR；

c)重复步骤b)，直到第n有效总SNR小于第(n-1)有效总SNR。

16、根据权利要求13所述的基站，其中所述性能指标为所述活动用户集的总容量。

17、根据权利要求16所述的基站，其中所述调度单元进一步被配置成

a)将具有最大CQI值的用户添加到所述活动用户集中，并且计算所述活动用户集的第一总容量；

b)将用户添加到所述活动用户集中，使得所述活动用户集包括n个用户，并且使得所述活动用户集的总CQI值最大，并且基于从所述多个用户设备反馈的码字和CQI值计算所述活动用户集的第n总容量；

c)重复步骤b)，直到第n总容量小于第(n-1)总容量。

18、根据权利要求13-17中任何一项所述的基站，其中所述性能指标包括所述活动用户集中的用户的码字之间的正交性。

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