CN101496439A - 反馈装置、反馈方法、调度装置以及调度方法 - Google Patents

Abstract

一种MIMO控制台中的调度装置，该调度装置用于在SU－MIMO模式与MU－MIMO模式之间进行切换，该调度装置从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息。该调度装置包括：SU－MIMO选择单元，其在所有终端中选择具有SU－MIMO最优性能指标的终端；MU－MIMO选择单元，其将这些终端分为至少一个组，并且选择具有MU－MIMO最优性能指标的一组终端；以及切换单元，其将所述SU－MIMO最优性能指标与所述MU－MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU－MIMO模式与所述MU－MIMO模式之间进行切换。

Description

反馈装置、反馈方法、调度装置以及调度方法

技术领域

本发明涉及无线通信，具体地说，涉及多输入多输出(MIMO)通信系统中的反馈装置、反馈方法、调度(scheduling)装置以及调度方法。

背景技术

通过利用控制台和终端处的天线阵列而创建的MIMO无线信道有望提供高容量和高质量无线通信链路。当蜂窝网络中部署了多个终端时，MIMO方案不仅要考虑一个终端的数据流之间的干扰，而且要考虑不同终端之间的数据流的干扰。在诸如IEEE 802.16E(文献1)的当前工业无线通信标准中，有限反馈设计已经深入地阐明了如何控制MIMO中的单用户(即，SU-MIMO(均利用多天线在一个控制台与一个终端之间进行通信的单用户MIMO))的数据流之间的干扰这一问题。

对于针对MIMO中的多用户(即，MU-MIMO(均利用多天线在一个控制台与多个终端之间进行通信的多用户MIMO))的发送控制，在方法描述方面尚未达成共识。然而，在3GPPLTE的研究项目中已经有了关于如何在同一MIMO信道上支持多用户发送的许多提案(文献2-6)。

基本上，根据控制台处的信道状态信息可用性，可以将这些方法分成两类。一类称为“基于码本”的方法，其中，控制台不需要完全的信道信息，而仅需要(以信道矢量索引反馈形式的)量化信道矢量。另一类称为“非基于码本”的方法，其中，借助于可能的上行链路探测(sounding)方法，控制台需要完全的信道信息。

目前，在3GPP LTE中，在基于码本的方案下主要有针对MU-MIMO的两类提议，即，酉阵预编码(unitary precoding)(文献3)和非酉阵预编码(non-unitary precoding)。这里，酉阵预编码是指码本(例如，以DFT矩阵形式的码本)中的码字正交，而非酉阵预编码是指码本中的码字不正交。

在基于码本的方案中，在MIMO控制台和MIMO终端处维持码本。码本包括预定义的加权矢量，即码字，每个码字都与码字索引相关联。在操作中，MIMO终端确定最佳CQI(信道质量指示符)并且根据该最佳CQI从码本中选择最合适的码字。MIMO终端将该CQI和所选择码字的索引发送至MIMO控制台，作为反馈信息。MIMO控制台将根据多个MIMO终端的CQI来调度这些终端的用户信号，确定与来自被调度终端的索引相对应的加权矢量，并且在向MIMO终端发送该用户信号之前，将所确定的加权矢量应用于该用户信号以进行预编码。

对于MU-MIMO通信来说，在酉阵预编码中，可以通过一些基本数学规则来构造具有正交矢量的码本，例如，大小为N(＝2^B)的DFT矩阵的前n_T行可以是这种码本，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，B是用于表示码本大小的比特数(对于具有四个码字的码本，B为2)；j是虚数；f_n(l)是第n个矢量的第l个元素，而n_T和N分别是发送天线数量和码本大小。在酉阵预编码中，码本是基于酉阵，即，N个矢量组成了P＝N/M个酉阵，其中，M是发送数据流，而第p个酉阵被表示为Fp＝[f_p，f_p+P，f_p+2P，…](p＝0，…，P-1)，f_p是第p个矢量。在酉阵预编码中，在控制台(节点B)和终端(UE侧)两处都采用基于同一酉阵的码本。在酉阵预编码中，CQI可以被计算为：

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

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。应注意到，CQI计算包括除了其本身的干扰以外的来自其他预编码矢量的所有干扰。在这种情况下，CQI被严重低估，致使整个多用户吞吐量没有被充分利用。

另一方面，对于非酉阵预编码来说，CQI被计算为：

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

这里，F是来自非正交码本的加权矩阵。尽管CQI计算已经考虑了来自其他数据流的干扰，但其不能保证该预编码索引是控制台(基站)所选择的用户在该CQI计算中真正使用的预编码索引。因此，CQI计算还可能与现实容量不匹配。

通过使得在每个终端处具有多接收天线，基站可以针对每个时隙仅选择一个用户进行发送，其中秩(rank)大于一，或者针对每个时隙选择多用户进行空间复用，其中针对每个用户秩均为一。为了使控制台做出适当决策，用户必须反馈足够的但并不过大的信道信息，即，反馈机制必须能够便于BS以有限开销在SU-MIMO与MU-MIMO之间做出决策。

在当前的3GPP LTE工作组中，SU-MIMO与MU-MIMO之间的切换尚未得到深入阐述，这是因为这两种方法的CQI生成被假设为对于每种方法的自身优化而言是不同的，或者在战略上被独立地不同地加以考虑。

现有技术文献：

文献1---Part 16：Air Interface for Fixed Broadband Wireless AccessSystems，IEEE P802.16(2007年3月草案)，Revision of IEEE Std802.16-2004，as amended by Std 802.16f-2005和IEEE 802.16e-2005。

文献2---3GPP RI-072422，NTT DoCoMo，“Investigating 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 between MU-MIMOcodebook-based channel reporting techniques for LTE downlink”。

文献6---3GPP，R1-071510，Freescale Semiconductor Inc.，“Details ofzero-forcing MU-MIMO for DL EUTRA”。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于从MIMO终端向MIMO控制台提供反馈信息的方法，该方法针对SU-MIMO和MU-MIMO生成统一的反馈信息。

本发明的另一目的是，提供一种MIMO终端中的反馈装置，该反馈装置生成针对SU-MIMO和MU-MIMO的统一反馈信息。

本发明的另一目的是，提供一种MIMO控制台中的调度装置，该调度装置能够根据来自终端的反馈信息在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间进行切换。

本发明的又一目的是，提供一种MIMO控制台中的调度方法，该调度方法能够根据来自终端的反馈信息在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间进行切换。

本发明的又一目的是，提供一种包括用于执行MIMO终端中的反馈方法的代码的计算机程序产品，该反馈方法生成针对SU-MIMO和MU-MIMO的统一反馈信息。

本发明的又一目的是，提供一种包括用于执行MIMO控制台中的调度方法的代码的计算机程序产品，该调度方法能够根据来自MIMO终端的反馈信息在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间进行切换。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于从MIMO终端向MIMO控制台提供反馈信息的方法，该MIMO终端在接收多个数据流时作为工作在多用户MIMO(MU-MIMO)模式下的一组MIMO终端中的一个，该方法包括以下步骤：计算分别与所述多个数据流相对应的多个CQI；根据码本确定能够获得优选的SU-MIMO性能指标的码字；以及向所述MIMO控制台发送所述确定的码字的预编码矢量索引(PVI)及其对应的CQI。

此外，在该反馈方法中，SU-MIMO性能指标是SU-MIMO容量。

此外，在该反馈方法中，确定所述码字的步骤确定了使得SU-MIMO容量最大化的码字。

此外，在该反馈方法中，使用线性或非线性MIMO检测方法来执行计算CQI的步骤。

此外，在该反馈方法中，通过使用线性ZF或MMSE MIMO检测方法来执行计算CQI的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种MIMO终端中的反馈装置，该MIMO终端在接收多个数据流时作为工作在多用户MIMO(MU-MIMO)模式下的一组MIMO终端中的一个，与MIMO控制台进行通信，该反馈装置包括：CQI计算单元，其确定分别与所述多个数据流相对应的多个CQI；PVI选择单元，其根据码本确定能够获得优选的SU-MIMO性能指标的码字；以及发送单元，其向所述MIMO控制台发送所述确定的码字的PVI及其对应的CQI。

此外，在该反馈装置中，SU-MIMO性能指标是SU-MIMO容量。

此外，在该反馈装置中，由PVI选择单元选择的码字是使得SU-MIMO容量最大化的码字。

此外，在该反馈装置中，CQI计算单元使用线性或非线性MIMO检测方法来计算CQI。

此外，在该反馈装置中，CQI计算单元使用线性ZF或MMSE MIMO检测方法来计算CQI。

根据本发明的又一方面，提供了一种MIMO控制台中的调度方法，该调度方法用于在单用户MIMO(SU-MIMO)模式与多用户MIMO(MU-MIMO)模式之间进行切换，该方法包括以下步骤：从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息，该反馈信息包括PVI和对应的CQI；确定在所有MIMO终端中具有SU-MIMO最优性能指标的终端；将这些终端分为至少一个组，每个组中的终端具有彼此匹配的码字，并且选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端；以及将所述SU-MIMO最优性能指标与所述MU-MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU-MIMO模式与所述MU-MIMO模式之间进行切换。

此外，在该调度方法中，SU-MIMO最优性能指标是最大SU-MIMO容量，而MU-MIMO最优性能指标是最大MU-MIMO容量。

此外，在该调度方法中，选择该组终端使得来自该组中每个终端的预编码码字的列是来自该组中另一不同终端的预编码码字的置换后的版本。

此外，在该调度方法中，通过使用来自该组中每个终端的最佳CQI来执行选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端的步骤。

此外，在该调度方法中，当处于SU-MIMO模式时，该组中包括的终端的数量等于数据流的数量。

此外，在该调度方法中，计算SU-MIMO最优性能指标的步骤和计算MU-MIMO最优性能指标的步骤中的至少一个步骤通过将加权系数应用于由CQI反映的数据速率来计算加权最优性能指标。

此外，在该调度方法中，在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间进行切换的步骤包括以下步骤：如果SU-MIMO最优性能指标大于MU-MIMO最优性能指标，则切换到SU-MIMO模式，反之则切换到MU-MIMO模式。

此外，该调度方法在比较步骤之后进一步包括以下步骤：在SU-MIMO模式下为所选择的终端分配数据速率，或者在MU-MIMO模式下为所选择的该组终端分配数据速率。

此外，在该调度方法中，当切换到SU-MIMO模式时，基于容量或错误率准则，从所选择的终端反馈的CQI来映射该终端的数据速率；当切换到MU-MIMO模式时，基于容量或错误率准则，从所选择的该组终端反馈的CQI来映射该组中每个终端的数据速率。

此外，该调度方法包括以下步骤：向有关终端发送在比较步骤中确定的信息。

此外，在该调度方法中，发送信息的步骤包括以下步骤：在所选择的组中广播所有终端的PVI。

根据本发明的又一方面，提供了一种MIMO控制台中的调度装置，该调度装置用于在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间进行切换，该调度装置从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息，该反馈信息包括PVI和对应的CQI，该调度装置包括：SU-MIMO选择单元，其在所有终端中选择具有SU-MIMO最优性能指标的终端；MU-MIMO选择单元，其将这些终端分为至少一个组，每个组中的终端具有彼此匹配的码字，并且选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端；以及切换单元，其将所述SU-MIMO最优性能指标与所述MU-MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU-MIMO模式与所述MU-MIMO模式之间进行切换。

此外，在该调度装置中，SU-MIMO最优性能指标是最大SU-MIMO容量，而MU-MIMO最优性能指标是最大MU-MIMO容量。

此外，在该调度装置中，MU-MIMO选择单元选择该组终端使得来自该组中每个终端的预编码码字的列是来自该组中另一不同终端的预编码码字的置换后的版本。

此外，在该调度装置中，MU-MIMO选择单元在选择具有所述MU-MIMO最优性能指标的该组终端时使用来自该组中每个终端的最佳CQI。

此外，在该调度装置中，当处于SU-MIMO模式时，该组中包括的终端的数量等于数据流的数量。

此外，在该调度装置中，SU-MIMO选择单元和MU-MIMO选择单元中的至少一个包括加权单元，该加权单元通过将加权系数应用于由CQI反映的数据速率来计算加权最优性能指标。

此外，在该调度装置中，如果SU-MIMO最优性能指标大于MU-MIMO最优性能指标，则切换单元切换到SU-MIMO模式，反之则切换到MU-MIMO模式。

此外，该调度装置包括速率匹配单元，该速率匹配单元在在SU-MIMO模式下为所选择的终端分配数据速率，或者在MU-MIMO模式下为所选择的该组终端分配数据速率。

此外，在该调度装置中，当切换到SU-MIMO模式时，基于容量或错误率准则，从所选择的终端反馈的CQI来映射该终端的数据速率；当切换到MU-MIMO模式时，基于容量或错误率准则，从所选择的该组终端反馈的CQI来映射该组中每个终端的数据速率。

此外，该调度装置进一步包括向有关终端发送在切换单元中确定的信息的发送单元。

此外，在该调度装置中，该发送单元在所选择的组中广播所有终端的PVI。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括代码的计算机程序产品，该代码用于使处理器执行从多输入多输出(MIMO)终端向MIMO控制台提供反馈信息的方法，该MIMO终端在接收多个数据流时作为工作在多用户MIMO(MU-MIMO)模式下的一组MIMO终端中的一个，该方法包括以下步骤：确定分别与所述多个数据流相对应的多个信道质量指示符(CQI)；根据码本确定能够获得优选的单用户MIMO(SU-MIMO)性能指标的码字；以及向所述MIMO控制台发送所述确定的码字的预编码矢量索引(PVI)及其对应的CQI。

根据本发明的另一方面，一种包括代码的计算机程序产品，该代码用于使处理器执行多输入多输出(MIMO)控制台中的调度方法，以在单用户MIMO(SU-MIMO)模式与多用户MIMO(MU-MIMO)模式之间进行切换，该方法包括以下步骤：从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息，该反馈信息包括预编码矢量索引(PVI)和对应的信道质量指示符(CQI)；确定在所有终端中具有SU-MIMO最优性能指标的终端；将这些终端分为至少一个组，每个组中的终端具有彼此匹配的码字，并且选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端；以及将所述SU-MIMO最优性能指标与所述MU-MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU-MIMO模式与所述MU-MIMO模式之间进行切换。

当结合附图阅读时，本发明的其他目的、特征和优点将在下面对本发明的详细描述中得到具体阐述或者将变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的OFDM-MIMO终端的框图；

图2是图1所示反馈单元17的框图；

图3是示出由反馈单元17所执行的处理的流程图；

图4是根据本发明一个实施方式的MIMO通信中的控制台30的框图；

图5是图4所示调度单元35的框图；以及

图6是示出由调度单元35执行的处理的流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图对本发明进行更充分的描述，在附图中示出了本发明的优选实施方式。然而，本发明可以按许多不同形式来具体实施，并且不应视为限于在此阐述的实施方式；而是提供这些实施方式是为了充分和完整地公开，并且向本领域技术人员充分转达本发明的范围。通篇利用相同的标号来指代相同的部件。

图1是根据本发明一个实施方式的OFDM-MIMO终端的框图。如图1所示，OFDM-MIMO终端10包括：N个Rx天线11、CP(循环前缀)去除单元12、FFT(快速傅立叶变换)单元13、信道估计单元14、MIMO检测单元15、DEMOD & DEC单元16，以及反馈单元17。然而，终端10不一定是OFDM终端，因此，在某些情况下，可以省略CP去除单元12和FFT单元13。

N个Rx天线11接收多个复用数据流。当在OFDM情况下时，CP去除单元12从通过天线11接收到的数据流中去除CP部分。当在OFDM情况下时，FFT单元13对去除了CP之后的数据流执行FFT处理。信道估计单元14利用包括在数据流中的导频分量对信道(数据流)进行估计，并且将估计出的信道矩阵提供给反馈单元17。MIMO检测单元15对经过FFT单元13处理后的数据流进行检测。DEMOD & DEC单元16将经过MIMO检测单元15处理后的数据解调，并将解调后的数据解码成用户数据。

反馈单元17具有码本(未示出)，该码本存储有用于对从控制台(例如，基站)发送的数据流进行预编码的码字。利用估计出的信道矩阵，每个终端都可以计算每个数据流的后处理SINR，作为用于反馈的CQI。该后处理SINR是在假设控制台处存在预编码加权，并且在终端处也存在某种MIMO解码方法(如ZF(迫零)或MMSE(最小均方误差)或其他方法)的情况下计算出。如下确定预编码加权矢量。

针对每个数据流，从码本中选择适当的预编码码字，以获得诸如使得后处理SINR的总速率(sum rate)最大化的优选性能指标。该选择过程可以基于总速率最大化、或BLER最小化、或其他准则。借助于对于控制台和终端而言都已知的一些映射规则，PVI对应于码本中的一个码字。

此外，所确定的码字的PVI以及CQI通过反馈单元17被反馈至控制台。

图2是图1所示反馈单元17的框图。反馈单元17包括：CQI计算单元18、PVI选择单元19、码本20以及发送单元21。

这里，我们利用在控制台处具有四个Tx数据流而在终端10处具有两个Rx数据流的MIMO系统来例示本专利。然而，本发明不限于2个Rx和4个Tx的MIMO的情况，而是适用于任何数量的接收天线和发送天线。

针对多个数据流中的每一个数据流，CQI计算单元18按以下方式计算多个SINR值：

当假设控制台发送由某个预编码码字进行加权的数据时，可以根据下式(4)来表达由终端10接收到的信号Y(k)：

$Y\left(k\right)=H\left(k\right)W\left(k\right)X\left(k\right)+n\left(k\right)$

$=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{11}\left(k\right)& h_{12}\left(k\right)& h_{13}\left(k\right)& h_{14}\left(k\right)\\ h_{21}\left(k\right)& h_{22}\left(k\right)& h_{23}\left(k\right)& h_{24}\left(k\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{w}_{11}\left(k\right)& w_{21}\left(k\right)\\ w_{12}\left(k\right)& w_{22}\left(k\right)\\ w_{13}\left(k\right)& w_{23}\left(k\right)\\ w_{14}\left(k\right)& w_{24}\left(k\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\left(k\right)\\ x_2\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\left(k\right)\\ n_2\left(k\right)\end{array}\right]$

(4)

在式(4)中，k是终端的索引，H(k)是信道矩阵，W(k)是预编码矩阵，X(k)是应用预编码矩阵之前的发送信号，而n(k)是终端10处的噪声。

h₁₁(k)表示第一Tx天线与第一Rx天线之间的信道矢量，h₁₂(k)表示第二Tx天线与第一Rx天线之间的信道矢量，…，h₂₄(k)表示第四Tx天线与第二Rx天线之间的信道矢量。预编码矩阵W(k)是码本20中的码字，其中，w₁₁(k)～w₁₄(k)表示应用于终端10的发送信号x₁(k)的预编码矢量，而w₂₁(k)～w₂₄(k)表示应用于终端10’的发送信号x₂(k)的预编码矢量。n₁(k)和n₂(k)分别表示第一Rx天线和第二Rx天线的噪声分量。

可以将式(4)重写为式(5)：

$Y\left(k\right)=\hat{H}\left(k\right)X\left(k\right)+n\left(k\right)$

$=\left[\begin{array}{cc}{\hat{h}}_{11}\left(k\right)& {\hat{h}}_{12}\left(k\right)\\ {\hat{h}}_{21}\left(k\right)& {\hat{h}}_{22}\left(k\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\left(k\right)\\ x_2\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\left(k\right)\\ n_2\left(k\right)\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中，是 $\hat{H}\left(k\right)=H\left(k\right)W\left(k\right)$ 是等效信道。当终端10得到该接收到的矢量Y(k)时，假设MIMO检测单元15使用某种检测方法，如ZF或MMSE、或其他方法，我们将检测每个数据流。这里，假设MIMO检测单元15使用MMSE方法，其将接收到的信号Y(k)与在MMSE准则下确定的矩阵

相乘，如式(6)所示：

$\hat{Y}\left(k\right)={({\hat{H}}^T\left(k\right)\hat{H}\left(k\right)+{\mathrm{\&sigma;}}^2{I}_{2\&times;2})}^{-1}{\hat{H}}^T\left(k\right)Y\left(k\right)$

$=\left[\begin{array}{c}{r}_{11}\left(k\right)x_1\left(k\right)+r_{12}\left(k\right)x_2\left(k\right)+n_1^{\&prime;}\left(k\right)\\ r_{12}\left(k\right)x_1\left(k\right)+r_{22}\left(k\right)x_2\left(k\right)+n_2^{\&prime;}\left(k\right)\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中， $\hat{H}\left(k\right)=H\left(k\right)W\left(k\right)$ 是等效信道，

是检测到的信号矢量，

是的共轭变换，σ²是噪声功率，I_2×2是2×2的单位矩阵，是矩阵

的逆矩阵。r₁₁(k)是数据流x₁(k)的加权因子，r₂₂(k)是数据流x₂(k)的加权因子，而r₁₂(k)和r₂₁(k)是由于MMSE的干扰消除不理想而引起的交叉因子。另一方面，对于ZF方法，r₁₂(k)和r₂₁(k)为零。n′₁(k)和n′₂(k)是通过矩阵

而加权的噪声。

随后，可以由式(7)得到这两个数据流的两个SINR值：

${\mathrm{SINR}}_1\left(k\right)=\frac{{\left|\right|r_{11}\left(k\right)\left|\right|}^2}{{\left|\right|r_{12}\left(k\right)\left|\right|}^2+E\left({\left(n_1^{\&prime;}\left(k\right)\right)}^2\right)};$ ${\mathrm{SINR}}_2\left(k\right)=\frac{{\left|\right|r_{22}\left(k\right)\left|\right|}^2}{{\left|\right|r_{21}\left(k\right)\left|\right|}^2+E\left({\left(n_2^{\&prime;}\left(k\right)\right)}^2\right)}---\left(7\right)$

其中，E((n′₁(k))²)和E((n′₂(k))²)分别是加权噪声n′₁(k)和n′₂(k)的统计期望。

应当注意的是，这两个SINR值实际上反映了每个数据流的信号质量，因此而决定了每个数据流可支持的数据速率。

PVI选择单元19选择码字，以获得例如使得数据容量最大化或者使得发送错误率最小化的某种优选的性能指标。优选的性能指标不一定是最佳的性能指标(例如，最大性能指标或最小性能指标)，而可能是由系统适当地确定的相对较好的性能指标。这里，例示了当从码本20中选择码字时，利用用于使得这两个数据流的容量总和最大化的容量最大化准则的最优处理：

$\{w_1\left(k\right),w_2\left(k\right)\}=\underset{w_1,w_2\&Element;W}{\arg \max }(\log (1+{\mathrm{SINR}}_1\left(k\right))+\log (1+{\mathrm{SINR}}_2\left(k\right)))---\left(8\right)$

其中，w₁和w₂是从码本20中选择的码字W的两个列，每一列对应于一个数据流的一个加权因子。随后，可以基于所选择的码字以及CQI通过各种方法来确定该终端的SU-MIMO容量，这里，列出了计算理论SU-MIMO容量的一个例子：

${\mathrm{Cap}}_{\mathrm{SU}-\mathrm{MIMO}}\left(k\right)=\log (1+{\mathrm{SINR}}_1\left(k\right))+\log (1+{\mathrm{SINR}}_2\left(k\right)){|}_{W=[w_1,w_2]}---\left(9\right)$

其中，W＝[w₁，w₂]是式(8)中选择的码字。

随后，发送单元21向控制台发送所选择的码字的索引以及对应的SINR，作为反馈信息。

图3是示出反馈单元17执行的处理的流程图。在步骤S1中，CQI计算单元18根据上式(4)-(7)，计算由终端10接收到的两个数据流的两个性能指标(例如，SINR值)。在步骤S2中，PVI选择单元19从码本20中确定能够实现这两个数据流的优选性能指标的码字，例如，该码字根据上式(8)而使得这两个数据流的SINR的SU-MIMO容量最大化。该选择过程应当考虑码本20中的所有码字，迭代地执行步骤S1和S2，直到找到满足式(8)的码字为止。在步骤S3中，发送单元21向控制台发送所选择的码字的索引以及对应的SINR，作为反馈信息。

应当注意的是，在MU-MIMO的情况下，当假设每个终端都知晓所确定的调度组中的其他终端的预编码矢量时，可以利用与现有技术中的SU-MIMO模式通信的情况下相同的方法来计算SINR，因此，对于SU-MIMO和MU-MIMO模式来说，用于计算终端10处的SINR值的方法是相同的。换句话说，本发明通过采用与现有技术中的方法不同的方法来计算MU-MIMO中的CQI值，从而统一了SU-MIMO与MU-MIMO之间的反馈信息的形式。

图4是根据本发明一个实施方式的MIMO通信中的控制台30的框图。如图4所示，控制台(基站)30包括：M个Tx天线31、M个CP添加单元32、M个IFFT(快速傅立叶逆变换)单元33(应注意到，当用在非OFDM系统的其他系统中时，可以省略CP添加单元32和IFFT单元33)、预编码单元34以及调度单元35。

调度单元35从多个MIMO终端获取(retrieve)反馈信息，该反馈信息包括PVI和对应的CQI(如SINR值)。对于所有的终端而言，调度单元35针对SU-MIMO模式和MU-MIMO模式分别执行终端选择。调度单元35具有码本，该码本包含与所有MIMO终端中的内容相同的内容。

对于SU-MIMO模式来说，调度单元35从所有MIMO终端当中选择具有如式(9)所示最大SU-MIMO容量的终端，该最大SU-MIMO容量可以表示为：

${\mathrm{Cap}}_{\mathrm{SU}}=\underset{k\&Element;K}{\mathrm{Max}}\left({\mathrm{Cap}}_{\mathrm{SU}-\mathrm{MIMO}}\left(k\right)\right)---\left(10\right)$

这里，Cap_SU-MIMO(k)是终端k的SU-MIMO容量，K是系统中等待发送的终端集合。随后，可以将该终端和对应的容量作为工作在SU-MIMO模式下时的终端和容量。

对于MU-MIMO模式来说，调度单元35将所有终端中的具有匹配的码字的一些终端分为一组，这意味着对于这些分组在一起的终端而言，它们的码字列在任何类型的列置换(column permutation)之后是相同的。例如，考虑2个Rx天线的情况，如果存在具有以下反馈码字的两个终端，则终端1反馈由两个矢量组成的码字1，而终端2反馈也由两个矢量组成的码字2。

应当注意的是，从码本(称为SU-MIMO码本)中选择的码字总是由两个矢量列组成，每个矢量列当在MU-MIMO情况下使用时都可以是一个码字(将所有这些矢量列称为MU-MIMO码字)，这意味着可以通过从MU-MIMO码本中选择矢量列来形成SU-MIMO码本。这样，可以减少码本所需的存储量。在这种情况下，假设用户1使用的码字1由来自MU-MIMO码本的矢量2和矢量3组成(这里，假设这些矢量是根据SINR排序的，这意味着将具有最佳SINR的矢量作为第一矢量，等等)，而终端2使用的码字2由来自MU-MIMO码本的矢量3和矢量2组成。在这些假设下，可以称用户1和用户2具有匹配的码字，这是因为在改变任何一个码字的两个矢量列的顺序之后，可以得到两个相同的码字。类似的是，可以将这种方法应用于具有两个以上终端的情况。

应当注意的是，不一定如上所述地按照SINR对矢量进行排序，尽管这种排序提供了更好的调度精确度。

一旦存在其列元素在置换之后相同的多个终端，就可以将这些终端分为一组。在得到一个或更多个组(可能存在各自具有不同列元素的多个组)之后，可以计算每个组的MU-MIMO容量。假设控制台针对所选择的组中的所有这些终端来广播由所有终端使用的码字，则这种容量计算将非常简单。因为对于每个终端来说，它知晓所有的其他预编码矢量列，因此它可以使用ZF或MMSE或其他方法来检测它的信号，而将来自其他终端的其他信号将视为与其本身不同的数据流，唯一区别在于不检测来自其他终端的其他信号。

在这种情况下，SINR计算与SU-MIMO中相同，唯一不同之处在于，对于MU-MIMO来说仅需要一个SINR，而对于SU-MIMO来说，需要多个SINR。应当注意的是，每个组的终端的数量应当等于由SINR的数量或CQI的数量反馈的数据流的数量。选择使得MU-MIMO容量最大化的一组终端。接着，调度单元35将SU-MIMO模式的容量与MU-MIMO模式的容量进行比较，以使确定选择哪一种模式进行通信以及针对哪个(哪些)终端进行通信。

预编码单元34从调度单元35获得所选择的码字的信息和CQI的信息，并且可以确定针对每个所选择的用户的发送速率，并且还将所选择的码字应用于每个所选择的用户的数据流，以进行预编码。IFFT单元33对预编码单元34预编码后的数据流执行IFFT处理。在通过Tx天线31向对应终端发送从IFFT单元33输出的数据流之前，CP添加单元32将CP部分添加到这些数据流中的每个数据流上。应当注意的是，当这两个单元(22和23)用在除了OFDM系统以外的其他系统中时可以被省略。

图5是图4所示调度单元35的框图。调度单元35包括：SU-MIMO选择单元36、MU-MIMO选择单元37、码本38、切换单元39以及发送单元40。调度单元35可以进一步包括速率匹配单元41。码本38与终端中的码本相同。

这里，再次以具有四个Tx天线和两个Rx天线的多MIMO系统为例，并且总计存在K个终端。

SU-MIMO选择单元36基于反馈SINR₁(k)和SINR₂(k)来计算SU-MIMO容量，并随后根据式(11)和(12)选择具有最大SU-MIMO容量的终端：

Cap_SU＝log(1+SINR₁(k))+log(1+SINR₂(k))          (11)

$k=\underset{j\&Element;\{1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;K\}}{\arg \max }(\log (1+{\mathrm{SINR}}_1\left(j\right))+\log (1+{\mathrm{SINR}}_2\left(j\right)))---\left(12\right)$

其中，Cap_SU是当工作在SU-MIMO情况下时的SU-MIMO容量，而k表示所选择的终端的索引。

MU-MIMO选择单元37根据下面的规则或特性将两个终端分为一组，假设存在两个终端i和j：

w₁(i)＝w₂(j)以及w₂(i)＝w₁(j)                     (13)

其中，w₁和w₂指代码字中的两个矢量。

接着，假设这两个终端中的每一个都能够知晓另一终端使用的码字，这可以通过在控制台对这两个终端的码字进行广播来实现，当假设向每个终端仅发送一个数据流时，由式(14)计算每个终端的SINR：

${\mathrm{SINR}}_1\left(i\right)=\frac{{\left|\right|r_{11}\left(i\right)\left|\right|}^2}{{\left|\right|r_{12}\left(i\right)\left|\right|}^2+E\left({\left(n_1^{\&prime;}\left(i\right)\right)}^2\right)};$ ${\mathrm{SINR}}_1\left(j\right)=\frac{{\left|\right|r_{11}\left(j\right)\left|\right|}^2}{{\left|\right|r_{12}\left(j\right)\left|\right|}^2+E\left({\left(n_1^{\&prime;}\left(j\right)\right)}^2\right)}---\left(14\right)$

应当注意的是，在该实施方式中，优选的是，SINR和对应的码字矢量在反馈时被排序，以使SINR₁大于SINR₂。因此，在式(14)中，每个所选择的终端的SINR是该终端的两个反馈SINR中较大的那一个。然而，不使用较大SINR也可以实现本发明。

随后，根据式(15)计算该对终端的MU-MIMO容量：

Cap_MU＝log(1+SINR₁(i))+log(1+SINR₁(j))                 (15)

可能存在具有这种特性的许多个组，那么，MU-MIMO选择单元37从所有可能的组中选择具有一对终端的一个组，因此，这些所选择的终端具有最大MU-MIMO容量。

切换单元39根据下面的表达式确定SU-MIMO与MU-MIMO之间的通信模式。

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{SU}-\mathrm{MIMO},& {\mathrm{Cap}}_{\mathrm{SU}}>{\mathrm{Cap}}_{\mathrm{MU}}\\ \mathrm{MU}-\mathrm{MIMO},& {\mathrm{Cap}}_{\mathrm{SU}}<{\mathrm{Cap}}_{\mathrm{MU}}\end{array}\right.$

一旦切换单元39将通信模式确定为SU-MIMO或MU-MIMO，发送单元40就可以向有关终端发送确定信息。具体来说，如果确定为SU-MIMO模式，则发送单元40可以发送所选择的终端的标识、每个数据流的数据速率以及用于该终端进行预编码的PVI。可以由速率匹配单元41根据容量准则或发送错误率准则或任何其他准则，基于所选择的终端的SINR来确定每个数据流的数据速率。然而，如果确定为MU-MIMO模式，则发送单元40可以发送该对(组)终端的标识、每个终端的数据速率以及用于该对(组)终端进行预编码的PVI，类似的是，可以由速率匹配单元41根据容量准则或发送错误率准则或任何其他准则，基于每个终端的SINR来确定每个数据流的数据速率。速率匹配单元41不一定设置在调度单元35中，而可以设置在诸如预编码单元34的其他单元中。

图6是示出调度单元35执行的处理的流程图。在步骤S10中，调度单元35接收来自所有终端的反馈信息，该反馈信息包括PVI和对应的CQI。在步骤S11中，确定假设工作在SU-MIMO模式下时的SU-MIMO容量，并且选择这些终端中具有最大SU-MIMO容量的终端。在步骤S12中，确定假设工作在MU-MIMO模式下时的MU-MIMO容量，将这些终端分为至少一个组，其中，每个组中的终端的预编码矢量列在任意列置换之后是相同的。在步骤S13中，选择使得MU-MIMO容量最大化的一组终端作为用于MU-MIMO通信的候选。在步骤S14中，将步骤S11中获得的最大SU-MIMO容量与步骤S13中获取的最大MU-MIMO容量进行比较，以在SU-MIMO模式与MU-MIMO模式之间做出选择。随后，在步骤S15中，向有关终端广播确定信息。

应当注意的是，尽管图6中例示了流程图，但可以在计算MU-MIMO容量的处理(步骤S12和S13)之后执行计算SU-MIMO容量(步骤S11)的处理，此外，甚至可以同时地并行执行这两个处理。

如前所述，本发明并不限于上述实施方式。在本发明的技术原理的范围内，本发明可以具有各种修改例。

在这些实施方式中，当在调度单元35中计算总容量时，总容量仅仅是CQI的组合，而不考虑其他问题。为了更灵活地调度，可以代之以采用加权总容量算法。

具体地说，可以在调度单元35中设置加权单元，以在计算总容量时，将加权系数应用于由CQI反映的速率。该加权系数可以根据用户的优先级以及任何其他问题来选择。在实现加权总容量方案时，可以使用特定的调度算法，例如比例公平调度算法。

此外，在这些实施方式中，为了更清楚地描述本发明，用于在调度单元35中计算SU-MIMO模式下的CQI的该组终端具有两个数据流，对应地，在MU-MIMO模式下选择的终端的数量也为2。然而，本领域技术人员根据本说明书可以理解的是，本发明不限于这些实施方式，而是适用于在SU-MIMO模式下数据流数量多于两个的情况，或者适用于在MU-MIMO模式下可以选择多个两个终端的情况。

另外，在计算CQI(SINR)和总容量时涉及的公式仅是用于说明相关计算过程的实施例，并且可以将具有类似功能的各种其他公式应用于本发明。例如，使总容量最大化可以用使得两个数据流的最小容量最大化来代替，两个数据流的最小容量在某种程度上描述了由更差数据流所决定的错误率。性能指标的其他示例包括将来自高层的QoS信息组合为物理层容量等等。通常，本发明适用于可以获取MIMO终端的最优性能指标的各种适当的算法。

此外，虽然在实施方式中说明了线性后处理SINR以表示CQI，但可以类似地利用其他参数作为CQI来实现本发明，例如非线性后处理SINR(MLD方法或其他非线性方法)。

本发明可以采用硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。本发明可以按集中式方式在至少一个计算机系统中实现，或者按其中不同部件分布在几个互连计算机系统中的分布式方式来实现。适于执行在此描述的方法的任何类型的计算机系统或其他装置都是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，该计算机程序在被加载并执行时控制该计算机系统以使它执行在此描述的方法。

本发明还可以被嵌入到计算机程序产品中，该计算机程序产品包括使得能够实现在此描述的方法的全部特征，并且其在被加载到计算机系统中时能够执行这些方法。当前上下文中的计算机程序是指以任何语言、代码或符号对一组指令的表达，该组指令用于使具有信息处理能力的系统直接地或者在以下两个步骤中的一个步骤之后或者在这两个步骤之后，执行特定功能，这两个步骤为：a)将该组指令转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式再现该组指令。

虽然参照特定实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明做出各种改变并且可以用等同物来替代。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，本发明不限于公开的特定实施方式，而是本发明包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (10)

1、一种从多输入多输出(MIMO)终端向MIMO控制台提供反馈信息的方法，该MIMO终端在接收多个数据流时作为工作在多用户MIMO(MU-MIMO)模式下的一组MIMO终端中的一个，该方法包括以下步骤：

计算分别与所述多个数据流相对应的多个信道质量指示符(CQI)；

根据码本来确定能够获得优选的单用户MIMO(SU-MIMO)性能指标的码字；以及

向所述MIMO控制台发送所述确定的码字的预编码矢量索引(PVI)及其对应的CQI。

2、一种多输入多输出(MIMO)终端中的反馈装置，该MIMO终端在接收多个数据流时作为工作在多用户MIMO(MU-MIMO)模式下的一组MIMO终端中的一个，与MIMO控制台进行通信，该反馈装置包括：

信道质量指示符(CQI)计算单元，其确定分别与所述多个数据流相对应的多个CQI；

预编码矢量索引(PVI)选择单元，其根据码本来确定能够获得优选的单用户MIMO(SU-MIMO)性能指标的码字；以及

发送单元，其向所述MIMO控制台发送所述确定的码字的PVI及其对应的CQI。

3、一种多输入多输出(MIMO)控制台中的调度方法，该调度方法用于在单用户MIMO(SU-MIMO)模式与多用户MIMO(MU-MIMO)模式之间进行切换，该方法包括以下步骤：

从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息，该反馈信息包括预编码矢量索引(PVI)和对应的信道质量指示符(CQI)；

确定在所有终端中具有SU-MIMO最优性能指标的终端；

将这些终端分为至少一个组，每个组中的终端具有彼此匹配的码字，并且选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端；以及

将所述SU-MIMO最优性能指标与所述MU-MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU-MIMO模式与所述MU-MIMO模式之间进行切换。

4、根据权利要求3所述的调度方法，其中，所述SU-MIMO最优性能指标是最大SU-MIMO容量，而所述MU-MIMO最优性能指标是最大MU-MIMO容量。

5、根据权利要求3所述的调度方法，其中，选择所述一组终端，使得来自该组中每个终端的预编码码字的列是来自该组中另一不同终端的预编码码字的置换后的版本。

6、根据权利要求3所述的调度方法，其中，选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端的所述步骤是使用来自该组中每个终端的最佳CQI来执行。

7、一种多输入多输出(MIMO)控制台中的调度装置，该调度装置用于在单用户MIMO(SU-MIMO)模式与多用户MIMO(MU-MIMO)模式之间进行切换，该调度装置从多个MIMO终端中的每一个接收反馈信息，该反馈信息包括预编码矢量索引(PVI)和对应的信道质量指示符(CQI)，该调度装置包括：

SU-MIMO选择单元，其在所有终端中选择具有SU-MIMO最优性能指标的终端；

MU-MIMO选择单元，其将这些终端分为至少一个组，每个组中的终端具有彼此匹配的码字，并且选择具有MU-MIMO最优性能指标的一组终端；以及

切换单元，其将所述SU-MIMO最优性能指标与所述MU-MIMO最优性能指标进行比较，以在所述SU-MIMO模式与所述MU-MIMO模式之间进行切换。

8、根据权利要求7所述的调度装置，其中，所述SU-MIMO最优性能指标是最大SU-MIMO容量，而所述MU-MIMO最优性能指标是最大MU-MIMO容量。

9、根据权利要求7所述的调度装置，其中，所述MU-MIMO选择单元选择所述一组终端，使得来自该组中每个终端的预编码码字的列是来自该组中另一不同终端的预编码码字的置换后的版本。

10、根据权利要求7所述的调度装置，其中，所述MU-MIMO选择单元在选择具有MU-MIMO最优性能指标的所述一组终端时使用来自该组中每个终端的最佳CQI。

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