CN101615935A - 一种用户选择方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用户选择方法、装置和系统，包括：分别在基站侧和用户终端侧存储根据正交原则分组后的码本；用户终端对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站；基站根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。该基站包括存储模块、用户分组模块、用户组选择模块和用户选择模块。该系统包括用户终端和基站。应用本发明能够在保证系统性能的前提下，降低用户选择的复杂度。

Description

一种用户选择方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及移动通信领域的多输入多输出(MIMO)预编码技术领域，尤其涉及一种用户选择方法、装置和系统。

背景技术

目前，在MIMO系统中，进行用户选择的方法主要分为两大类。方法一主要应用在时分复用(TDD)系统中，基站端根据上下行信道的互易性完全获知所有用户的信道状态信息，然后对所有用户进行轮询，按照既定准则对用户进行选择；方法二主要应用在频分复用(FDD)系统中，基站端不进行信道的估计，只是通过用户端的反馈信息对用户进行选择，这是结合有限反馈的预编码方法提出的单用户速率控制(Per User Unitary Rate Control，PU2RC)方法。

下面对上述两种方法分别进行详细介绍。

图1是现有技术中方法一进行用户选择的详细流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，基站从所有用户构成的用户集合Ф中选出用户k₁作为选定的第一个用户，并设定已选用户集合Ψ。

本步骤中，将用户集合Ф中信道状态信息模值最大的用户选定为用户k₁，即 $\left|\right|h_1\left|\right|=\arg \underset{k\∈\mathrm{\Φ}}{\max }\left|\right|h_k\left|\right|,$ 其中，h_k是用户集合Ф中第k个用户的信道状态信息。

步骤102，根据k₁对应的信道状态h₁，利用Gram-Schmidt正交化找到与用户k₁对应的一组正交基W，其中，W由W(i)组成，i＝1......M，M是基站端的天线数，W(1)＝h₁＝h₁/‖h₁‖。

步骤103，遍历已选用户集合Ψ在所有用户集合Ф中的补集Ф-Ψ，从该补集Ф-Ψ中选出一组用户，使得系统性能最优。

本步骤中，需要选出的用户数是M-1。

具体地，遍历补集Ф-Ψ中的每个用户，计算所述每个用户的信噪比(SINR)，将SINR最大的用户选入已选用户集合Ψ中，即可以采用如下的程序选择用户：

i＝2，....，M

$\mathrm{set}{\mathrm{SINR}}_{\max }^i=0$

loop

$\mathrm{fork}=1,....,K,k\∉\mathrm{\Ψ}$

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{{\left|\right|h_k\left|\right|}^2{\mathrm{\ρ}}_k^2}{{\left|\right|h_k\left|\right|}^2(1-{\mathrm{\ρ}}_k^2)+P/M},$ ρ_k＝|h_kW(i)|

$\mathrm{if}{\mathrm{SINR}}_k>{\mathrm{SINR}}_{\max }^i$

${\mathrm{SINR}}_k\→{\mathrm{SINR}}_{\max }^i,$ and，k_i＝k

k_i→Ψ

其中，K是集合Ф-Ψ中的用户数。

图2是现有技术中方法二进行用户选择的详细流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤201，根据码本正交性对码本进行分组，将码本按组存储到基站和用户终端中。

本步骤中，不同的系统可以有不同的码本及其分组方法。对于用户单天线基站多天线的系统，当采用长期演进(LTE)系统提供的码本表时，一般将码本分成四组，每组四个码本向量，并且每组的码本向量之间相互正交。

步骤202，用户终端根据信道估计结果计算信道质量指示(ChannelQuality Indicator，CQI)并选择码本，将计算出的CQI和选出的码本的PVI反馈给基站。

本步骤中，用户终端完成对信道的估计，根据估计出的信道信息计算用户终端存储的每个码本对应的CQI，找出各个码本中对应的CQI最大的码本，将该最大的CQI和该码本的预编码向量指示(Precoding Vector Indicator，PVI)反馈给基站。

本步骤中， ${\mathrm{CQI}}_k^i={\mathrm{SINR}}_k^i=\frac{{\left|\right|h_k\left|\right|}^2{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_k^i}{{\left|\right|h_k\left|\right|}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_k^i+P/M},$ i＝1，...，N

其中， $\cos {\mathrm{\θ}}_k^i=\left|h_k{u}_i\right|/\left|\right|h_k\left|\right|,$ i＝1，...，N，U＝[u₁，...，u_N]是存储在用户端的码本集合，N是码本个数，P是基站发射的总能量。

步骤203，基站根据用户反馈的PVI信息对用户进行分组，根据用户反馈的CQI选择用户。

本步骤中，基站根据各个用户反馈的CQI和PVI，确定每个码本对应的最大CQI值，以及反馈最大CQI值的用户。基站根据用户反馈的PVI对用户进行分组，即，将反馈的PVI属于同一码本组的用户归为一组。按照码本分组将每个码本组中各个码本对应的最大CQI值相加，比较各个码本组的相加结果，找出相加结果最大的码本组，找出该相加结果最大的码本组中的各个码本对应的最大CQI值，将反馈所述最大CQI值的用户确定为所要选择的用户。

由上述技术方案可见，方法一利用上下行信道的互易性来获得完全的信道状态信息，可以达到最优的系统性能，但由于方法一需要对所有用户进行轮询，在用户数目较多的情况下，算法复杂度非常高，难于应用在实际系统中。方法二利用码本的正交性将用户进行了归类，根据用户反馈的CQI值选择用户，降低了用户选择算法的复杂度，但由于有限反馈中量化误差的存在，即由于PVI信息对信道状态的描述存在较大误差，因此大大降低了系统的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种用户选择方法、装置和系统，使得在保证系统性能的前提下，降低用户选择的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种用户选择方法，该方法包括：

分别在基站侧和用户终端侧存储根据正交原则分组后的码本；

用户终端对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站；

基站根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

一种基站，该基站包括存储模块、用户分组模块、用户组选择模块和用户选择模块；

所述存储模块，存储根据正交原则分组后的码本，以及用户终端反馈的信道估计信息和根据所述信道估计信息选出的码本信息；

所述用户分组模块，根据码本的分组情况和所述码本信息对用户终端进行分组；

所述用户组选择模块，根据所述信道估计信息选择用户组；

所述用户选择模块，在所述用户组选择模块选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

一种系统，该系统包括用户终端和基站；

所述用户终端，存储有根据正交原则分组后的码本，对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站；

所述基站，根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

由上述技术方案可见，本发明先由用户终端向基站反馈信道估计信息和码本信息，然后基站根据所述码本信息对用户进行分组，根据信道估计信息选出用户组后，在选出的用户组内，根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。与现有技术一相比，本发明预先对用户进行了分组，只需要轮询选出的用户组中的用户即可，不需要对所有用户进行轮询，从而降低了用户选择的复杂度；与现有技术二相比，本发明在选出的用户组内选择用户时，根据用户的信道估计信息来选择用户，这与直接根据用户反馈的码本信息选择用户相比，由于信道估计信息比码本信息更能准确地反映用户的信道状态，因此，采用本发明选出的用户更能保证系统的性能。

附图说明

图1是现有技术中方法一进行用户选择的详细流程图；

图2是现有技术中方法二进行用户选择的详细流程图；

图3是本发明提供的用户选择方法流程图；

图4是对表一中的码本进行分组后的码本组示意图；

图5是本发明提供的基站多天线用户单天线的TDD系统进行用户选择的方法流程图；

图6是对本发明方法和现有方法一及方法二进行仿真的效果图；

图7是本发明提供的基站的结构图；

图8是本发明提供的系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图3是本发明提供的用户选择方法流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤301，分别在基站侧和用户终端侧存储根据正交原则分组后的码本。

步骤302，用户终端对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站。

本步骤中，用户终端根据所述信道估计信息计算每个码本对应的SINR值或CQI值，选择最大SINR值或最大CQI值对应的码本。根据信道估计信息计算信道向量模平方的量化值，将计算出的量化值和选出的码本的编号(PVI)反馈给基站。

步骤303，基站根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

本步骤中，基站将各个用户中信道向量模平方值最大的用户作为选定的第一个用户，并将该第一个用户所在的用户组作为选出的用户组，遍历选出的该用户组中所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个所述未被选定的用户的SINR，选定SINR最大的用户，返回遍历选出的该用户组中所有未被选定的用户的步骤，直至选出预定数目的用户。所述预定数目是根据通信系统的网络规划预先确定的，通常所述预定数目等于基站的天线数。

下面以基站多天线用户单天线的TDD系统为例，对图3提供的用户选择方法进行举例说明。

表一是预先存储在用户终端侧和基站侧的码本表。

表一

图4是对表一中的码本进行分组后的码本组示意图。

由图4可见，表一中的16个码本被分为4组，每组4个码本向量，且每个码本组内的4个码本向量之间相互正交。

在用户终端侧和基站侧，按照图4的码本分组，预先存储各个码本组。

在用户终端和基站的通信过程中，首先由用户终端对下行信道进行估计，根据估计出的下行信道信息选择码本，根据估计出的下行信道信息计算下行信道向量模平方值(‖h‖²)的量化值，将计算出的量化值和选出的码本的PVI反馈给基站，然后由基站根据上下行信道的互易性以及用户反馈的下行信道信息，获得所有用户的上行信道信息，根据码本分组和用户反馈的PVI对用户进行分组，找出‖h‖²值最大的用户作为选定的第一个用户，将该第一个用户所在的用户组作为选出的用户组，在该用户组中，按照一定的优化准则，例如和容量最大准则，根据用户的上行信道信息轮询出一组最优的用户来完成通信。

图5是本发明提供的基站多天线用户单天线的TDD系统进行用户选择的方法流程图。如图5所示，该方法包括：

步骤501，按照图4对表一所示码本进行分组，将分组后的码本按照码本组存储在用户终端中和基站中。

步骤502，用户终端对下行信道进行估计，根据估计出的下行信道信息计算信道向量模平方值‖h‖²以及每个码本在该信道状态下对应的SINR值或CQI值，确定最大SINR值或最大CQI值对应的码本PVI，将‖h‖²的量化值和确定出的PVI反馈给基站。

步骤503，基站根据上下行信道的互易性以及用户反馈的下行信道信息，获得每个用户的上行信道向量，并根据用户反馈的PVI将用户分配到不同的用户组中。

本步骤中，将反馈的PVI代表的码本属于同一码本组的用户分配到相同的用户组中。

步骤504，基站将信道向量模平方值‖h‖²最大的用户作为选定的第一个用户，从该第一个用户所在的用户组中，按照预定的准则，例如和容量最大准则，轮询出其他需要选择的用户。

根据和容量最大准则，从用户组中轮询其他用户的方法与图1所示方法相同，具体包括：

步骤1：根据选定的第一个用户k₁的信道状态信息h₁，利用Gram-Schmidt正交化找到与该第一个用户k₁的信道状态信息h₁对应的一组正交基W，其中，W由W(i)组成，i＝1......M，M是基站端的天线数，W(1)＝h₁＝h₁/‖h₁‖。

步骤2：遍历选出的用户组中所有未被选定的用户，从中选出一组用户，保证系统性能。

本步骤中，需要选出的用户数是M-1，M是基站侧天线数。

具体地，遍历选出的用户组中所有未被选定的用户，计算所述每个用户的信噪比，选定信噪比最大的用户，之后返回遍历所有未被选定的用户的操作，直至选出M-1个用户，具体可以采用如下的程序选择用户：

i＝2，....，M

set SINR_max ⁱ＝0

loop

for j＝1，....，J，j∈Θ

${{\mathrm{SINR}}^{\′}}_j=\frac{{\left|\right|h_j^{\′}\left|\right|}^2{{\mathrm{\ρ}}^{\′}}_j^2}{{\left|\right|h_j^{\′}\left|\right|}^2(1-{{\mathrm{\ρ}}^{\′}}_j^2)+P/M},$ ρ′_j＝|h′_jW(i)|

$\mathrm{if}{{\mathrm{SINR}}^{\′}}_j>{\mathrm{SINR}}_{\max }^i$

${{\mathrm{SINR}}^{\′}}_j\→{\mathrm{SINR}}_{\max }^i,$ and，k_i＝j

k_i→Ψ

其中，Θ是选出用户组中没有被选定的用户的集合，h′_j是集合Θ中第j个用户的信道状态信息，h′_j＝h′_j/‖h′_j‖。

本发明给出的用户选择方法，根据码本的正交性预先对用户进行了分组，从而缩小了用户选择的范围，与现有技术方法一中需要对所有用户进行轮询相比，本发明需要轮询的用户数大约只有现有技术方法一需要轮询的用户数的1/4。另外，本发明根据上下行信道的互易性获得上行信道状态信息，根据上行信道状态信息来选择用户，与现有技术方法二中根据用户反馈的PVI选择用户相比，可以避免由于PVI的量化误差导致的系统性能下降。总的来说，本发明通过预先对用户进行分组，然后在选出的用户组内利用用户反馈的信息选择用户，以较小的系统开销换来运算复杂度的大大降低。

本申请的发明人还对本发明方法以及现有方法一和方法二的性能进行了仿真，具体请见图6。

图6是对本发明方法和现有方法一及方法二进行仿真的效果图。

图6的仿真条件参见表二：

参数	取值
		基站发射天线数	4
用户接收天线数	1
		信道类型	平坦瑞利衰落信道
用户数目	200

表二

图6是以和容量作为系统性能的衡量准则得到的仿真效果图，横坐标是dB，纵坐标是bit/s/Hz，其中曲线1是采用现有方法一得到的系统和容量曲线，曲线3是采用现有方法二得到的系统和容量曲线，曲线2是采用本发明方法得到的系统和容量曲线。

由图6可见，在30dB时，现有方法一的和容量是14bit/s/Hz，现有方法二的和容量是8.5bit/s/Hz，本发明的和容量是12.5bit/s/Hz，可见，本发明相比现有方法二，系统性能得到了很大改善。

另外，从算法复杂度角度，现有方法一在选定第一个用户后，对第二个用户的选择需要轮询计算199个用户的信道向量对应正交向量的投影值，对第三和第四个用户的选择，分别需要计算198个用户和197个用户对应正交向量的投影值。本发明根据用户反馈的码本信息来对用户分组，从统计意义上说，分出的用户组内的各个用户是服从均匀分布的。通过将用户分为四组，使得在选定第一个用户之后，需要轮询的用户数缩小为现有方法一需要轮询的用户数的1/4，由于缩小了需要轮询的用户数范围，因此本发明算法复杂度相比现有方法一大大降低。

可以说，本发明是在通过上下行信道互易性获得信道状态信息的基础上，结合码本正交性而提出的，是对实现复杂度和系统性能指标的折中方案。

下面根据上述方法实施例，给出本发明的装置实施例和系统实施例。

图7是本发明提供的基站的结构图，如图7所示，该基站包括存储模块701、用户分组模块702、用户组选择模块703和用户选择模块704。

存储模块701，存储根据正交原则分组后的码本，以及用户终端反馈的信道估计信息和根据所述信道估计信息选出的码本信息。

用户分组模块702，根据码本的分组情况和所述码本信息对用户终端进行分组。

用户组选择模块703，根据所述信道估计信息选择用户组。

用户选择模块704，在所述用户组选择模块选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

用户组选择模块702，将各个用户中信道向量模平方值最大的用户作为选出的用户组。

用户选择模块704，遍历选出的用户组中所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个未被选定的用户的信噪比，选定信噪比最大的用户。

图8是本发明提供的多输入多输出系统结构图，如图8所示，该系统包括用户终端801和基站802。

用户终端801，存储有根据正交原则分组后的码本，对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站802。

基站802，根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

用户终端801，根据所述信道估计信息计算每个码本对应的信噪比SINR值或信道质量指示CQI值，选择最大SINR值或最大CQI值对应的码本，将信道向量模平方的量化值和选出的码本的编号PVI反馈给基站802。

基站802，将各个用户中信道向量模平方值最大的用户作为选定用户，并将该信道向量模平方值最大的用户所在的用户组作为选出的用户组，遍历所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个未被选定的用户的信噪比，选定信噪比最大的用户。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种用户选择方法，其特征在于，该方法包括：

分别在基站侧和用户终端侧存储根据正交原则分组后的码本；

用户终端对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站；

基站根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据信道估计信息选择码本包括：

根据所述信道估计信息计算每个码本对应的信噪比SINR值或信道质量指示CQI值，选择最大SINR值或最大CQI值对应的码本。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站包括：

将信道向量模平方的量化值和选出的码本的编号PVI反馈给基站。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组包括：

将各个用户中信道向量模平方值最大的用户作为选定用户，并将该信道向量模平方值最大的用户所在的用户组作为选出的用户组。

5、如权利要求1至4任一权项所述的方法，其特征在于，所述在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户包括：

遍历所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个未被选定的用户的信噪比，选定信噪比最大的用户。

6、一种基站，其特征在于，该基站包括存储模块、用户分组模块、用户组选择模块和用户选择模块；

所述存储模块，存储根据正交原则分组后的码本，以及用户终端反馈的信道估计信息和根据所述信道估计信息选出的码本信息；

所述用户分组模块，根据码本的分组情况和所述码本信息对用户终端进行分组；

所述用户组选择模块，根据所述信道估计信息选择用户组；

所述用户选择模块，在所述用户组选择模块选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

7、如权利要求6所述的基站，其特征在于，

所述用户组选择模块，将所有用户中信道向量模平方值最大的用户所在的用户组作为选出的用户组。

8、如权利要求6所述的基站，其特征在于，

所述用户选择模块，遍历选出的用户组中所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个未被选定的用户的信噪比，选定信噪比最大的用户。

9、一种多输入多输出系统，其特征在于，该系统包括用户终端和基站；

所述用户终端，存储有根据正交原则分组后的码本，对信道进行估计，根据信道估计信息选择码本，并将信道估计信息和选出的码本信息反馈给基站；

所述基站，根据码本的分组情况和用户终端反馈的码本信息对用户终端进行分组，根据用户终端反馈的信道估计信息选择用户组，在选出的用户组中根据该用户组中各个用户的信道估计信息选择用户。

10、如权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述用户终端，根据所述信道估计信息计算每个码本对应的SINR值或CQI值，选择最大SINR值或最大CQI值对应的码本，将信道向量模平方的量化值和选出的码本的预编码向量指示PVI反馈给基站。

11、如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，

所述基站，将各个用户中信道向量模平方值最大的用户作为选定用户，并将该信道向量模平方值最大的用户所在的用户组作为选出的用户组，遍历所有未被选定的用户，根据信道估计信息计算每个未被选定的用户的信噪比，选定信噪比最大的用户。

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