CN101867399B - 一种多输入多输出系统中的多用户调度方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多输入多输出系统中的多用户调度方法及装置。在该方法中，各移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道，计算该量化信道对应的信道质量信息，并上报给基站；基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵；将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户。本发明的方案能够有效地提高多输入多输出系统性能。

Description

一种多输入多输出系统中的多用户调度方法及装置

技术领域

本发明涉及多用户（Multi-User）-多输入多输出（Multiple-InputMultiple-Output）技术，尤其涉及MIMO系统中的多用户调度方法及装置。

背景技术

多天线技术的发展促使MIMO技术从传统的点对点的单用户（Single-User）-MIMO系统扩展至点对多点的MU-MIMO系统。多用户同时传输的实现带来了诸多优点，例如：多天线所具有的分集增益能够提高误比特性能，多天线的复用增益能够扩大多用户的信道容量区域，多用户的调度提供多用户分集，等等。为了使得MIMO系统能够在相同的时间、频率以及码域资源上传输多个用户的信号，并且降低多用户共道干扰（Co-channelInterference），能够获得较大赋形增益的预编码技术被引入并且已成为MU-MIMO系统中的关键技术之一。

在基于码本的预编码技术中，基站和移动台均能够获知预先设置的内容固定的码本，移动台的用户根据自身的信道信息，从该码本中选择出一个最优的预编码向量，并计算出使用该预编码向量进行预编码所获得的信道质量信息（Channel Quality Information，CQI），然后将该预编码向量在码本中对应的序号以及计算出的CQI反馈至作为基站，基站根据所反馈的信息进行多用户调度，以便进行预编码。

目前存在两类基于码本的预编码技术：基于离散傅立叶变换（DiscreteFourier Transformation，DFT）码本的MU-MIMO预编码技术以及基于码本的迫零（Zero Forcing，ZF）MU-MIMO预编码技术。相应地，各类预编码技术对应的多用户调度方式也有所差异。

图1示出了现有的基于DFT码本的多用户调度的方法流程图。参见图1，该方法包括：

在步骤101中，预先设置基于DFT的酉码本。

假设酉码本为E，该码本中共包含L个预编码矩阵，则E＝{E⁰,...,E^L-1}；其中的第（l+1）个预编码矩阵E^l中包含与基站的发射天线数M_T相等数量的预编码向量，即而第（l+1）个预编码矩阵E^l中所包含的第（m+1）个预编码向量中包含M_T个元素，即并且其中的第（n+1）个元素为上述预编码矩阵E^l中所包含的各预编码向量两两正交，即从而多用户间的CCI能够得到有效的抑制。

例如，对于发射天线数M_T＝2、预编码向量数L=2的情况，该酉码本为：可见，预编码向量为M_T×M_T维的矩阵。

在步骤102中，移动台根据自身对应的信道矩阵计算码本中全部预编码矩阵所包含的各个预编码向量对应的信干噪比（Signal-Interference-NoiseRatio，SINR）。

以移动台的用户k采用预编码矩阵E^l中的预编码向量进行预编码为例，对应的SINR为：

${\mathrm{SINR}}_{l\_m}^k=\frac{p_k{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{e}_m^{\left(l\right)}\right|}^2/{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2{N}_0}{\underset{i=1,i\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{e}_i^{\left(l\right)}\right|}^2/{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2{N}_0},$

其中p_k为用户k的发射功率，H_k为用户k的信道矩阵，N₀为噪声功率，K为用户总数，为用户k处的线性检测向量并且 为用户k的信道矩阵H_k经过预编码后的结果，为中的第k列并且

${\tilde{h}}_k=H_k{e}_m^{\left(l\right)}={\left[{\tilde{H}}_k\right]}_k={\left[H_k{E}^l\right]}_k.$

对于包含有L个预编码矩阵的码本来说，用户k可针对每一个预编码矩阵E^l中的每一个预编码向量计算出一个SINR，那么当发射天线为M_T个时，每个用户都可以计算出M_T×L个SINR。

在步骤103中，移动台将SINR以及该SINR对应的预编码向量在码本中的序号一起反馈给基站。

本步骤中，移动台可以采用低反馈方式将SINR以及预编码向量序号上报给基站。以用户k为例，该用户从针对每个预编码矩阵计算出来的M_T×L个SINR中选择一个最大的SINR反馈给基站以及对应预编码向量的序号，反馈该序号需要的比特数为log₂(M_T×L)。

在步骤104中，基站根据系统容量最大化原则，利用接收到的各用户SINR和对应的预编码向量序号进行用户调度。

调度完成后，各个被调度用户的预编码向量序号需要指向同一个预编码矩阵的不同列向量。

至此，完成基于DFT码本的多用户调度流程。

这样，当等待调度用户数较少时，无法满足对预编码向量序号的限制条件。

对于基于码本的ZF多用户调度，主要包括仅支持移动台但天线设置的迫零等功率（Zero Forcing Equal Power，ZFEP）方式和支持移动台单天线和多天线设置的ZF-奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）方式。

图2示出了现有的基于ZFEP方式多用户调度的方法流程图。参见图2，该方法包括：

在步骤201中，移动台根据自身对应的信道矩阵从预先设置的预编码码本中选择预编码向量。

本步骤中，移动台首先测量得到信道矩阵，并进行归一化。以用户k为例，其归一化的信道矩阵为：h_k为用户k对应的信道矩阵；然后，依据归一化的信道矩阵与码本中预编码向量的相关性最大原则选择用户k对应的预编码向量，即 其中为量化的信道矩阵，c_n为选择的预编码向量，K为用户总数，(*)^H为对括号内的内容取共轭转置。

在步骤202中，移动台计算出所选择的预编码向量对应的CQI，并将所选择的预编码向量在码本中的索引和对应的CQI值反馈给基站。

本步骤中，可按照如下公式计算出用户k的CQI：

${\mathrm{CQI}}_k=\frac{\frac{P}{M_T}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_k}{1+\frac{P}{M_T}{\left|\right|h_k\left|\right|}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_k},$ ${\cos \mathrm{\θ}}_k=\left|{\tilde{h}}_k{\hat{h}}_k^H\right|,$ 其中的P为发射总功率，M_T为基站的发射天线数。

在步骤203中，基站根据各移动台的反馈选择被调度用户。

本步骤中，首先，基站根据接收到的预编码向量的索引重建出各个用户量化的信道矩阵然后，依照系统容量最大化原则，根据接收到的各用户的CQI确定被调度用户。

在步骤204中，基站通过迫零操作计算被调度用户的预编码矩阵。

假设基站所确定的被调度用户为：S＝{s₁,...,s_|S|}，则被调度用户的预编码矩阵为： $G\left(S\right)=F\left(S\right)\mathrm{diag}{\left(p\right)}^{1/2}=\hat{H}{\left(S\right)}^H{\left(\hat{H}\left(S\right)\hat{H}{\left(S\right)}^H\right)}^{-1}\mathrm{diag}{\left(p\right)}^{1/2},$ 其中G(S)为被调度用户的预编码矩阵，为量化的被调度用户的信道矩阵并且F(S)为对进行迫零操作的结果，p为预编码矩阵的归一化因子，并且对于等功率发射而言，P为发射总功率，f_k为F(S)的第k列向量，(*)^T为对括号内的内容取转置。

此后，基站利用计算出的预编码矩阵进行编码并利用特殊的参考信号（Dedicated Reference Signal，DRS）将该预编码矩阵通知给移动台。

至此，完成基于ZFEP方式的多用户调度过程。

另外，在ZF-SVD方式的多用户调度中，移动台通过对自身对应的信道矩阵进行SVD分解，并利用SVD分解得到的右奇异矩阵V确定出量化后的信道矩阵；然后移动台计算出量化后的信道矩阵对应的CQI并反馈给基站；基站利用全搜索方式或Greedy搜索方式对用户进行遍历，确定被调度用户；之后再通过ZF方式生成被调度用户的预编码矩阵；最后利用DRS信号将预编码矩阵通知给移动台。

从以上的描述可见，对于基于DFT码本的多用户调度，基站根据移动台反馈的用户对应的SINR值和对应的预编码向量序号进行用户调度，而被调度用户需要满足的条件包括：1、被调度用户的预编码向量序号属于同一预编码矩阵，2、被调度用的预编码向量序号对应于同一预编码矩阵中的不同向量。当被调度用户不满足以上任何一个条件时，就认为出现配对失败率。为了提高性能，会采用较多的DFT矩阵；另一方面，当DFT矩阵较多或者等待调度的用户数较少时，就可能会出现较高的配对失败率。对于出现配对失败的情况，基站只选择配对成功的用户或者选择单用户进行服务，此时的多用户分集增益有一定程度的减少，系统容量也就相应降低，从而导致系统性能不高。

对于ZF多用户调度，虽然每个移动台均选择对自身而言最优的量化后的信道矩阵作为基站进行用户调度的基础，但是这种技术中基站侧通过ZF操作得到预编码矩阵，该预编码矩阵与各用户的实际CQI相差较大，因此会导致系统性能不高。

发明内容

本发明提供一种MIMO系统中的多用户调度方法，能够提高MIMO系统性能。

在本发明的多用户调度方法中，包括：

各移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道，计算该量化信道对应的信道质量信息，并上报给基站；

基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵；

将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户。

其中，所述各移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道为：各移动台通过信道估计操作得到自身用户的信道矩阵，再从码本中选择与该信道矩阵相匹配的最优向量，作为对该用户的量化信道。

其中，所述从码本中选择与该信道矩阵相匹配的最优向量，作为对该用户的量化信道为：按照公式确定所述量化信道，其中为用户k对应的量化信道，index_u_k为量化信道在所述码本中的序号，v_i为码本中的第i个列向量，H_k为用户k的信道矩阵，||*||_F表示取范数操作，V为所述码本。

其中，所述计算该量化信道对应的信道质量信息为：

利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算各用户的信道质量信息。

其中，所述利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算各用户的信道质量信息为：

按照公式 ${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}$ 或者 ${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}$ 计算所述信道质量信息，

其中CQI_k为用户k的信道质量信息，或[Q_k]_i表示取对用户k的量化矩阵进行正交分解的结果中酉矩阵的第i列，为用户k线性检测时对应的检测向量，p₀为发射总功率，R为预先设置的被调度用户数门限值，N₀为噪声。

较佳地，该方法进一步包括：预先对所述码本中的各个向量进行正交分解并对正交分解的结果进行保存；

所述利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算各用户的信道质量信息之前，进一步包括：从所保存的正交分解结果中获得与所述每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果。

其中，所述上报给基站为：移动台将自身用户对应的量化信道序号以及信道质量信息反馈给基站；

所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之前，进一步包括：基站根据接收到的量化信道序号从所述预先设置的码本中恢复出各用户对应的量化信道。

其中，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户为：将信道质量最好的用户作为第一个被调度用户，或者将优先级最高的用户作为第一个被调度用户，或者将信道质量最好且优先级最高的用户作为第一个被调度用户。

较佳地，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之前，进一步包括：按照预先设置的信道质量信息选择数目门限值n，从移动台上报的各信道质量信息中选择出n个最好的信道质量信息，将每个被选出的信道质量信息对应的用户分别作为第一个被调度用户并分别放入各组中；

所述从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵为：从每组的第一个被调度用户对应的量化信道得到该组的酉矩阵；

所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户为：将与各组的酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为该组的其它被调度用户；

所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：分别计算每组的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

较佳地，所述通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵之后，进一步包括：将所述酉矩阵中的第一个列向量作为所述第一个被调度用户对应的列向量。

其中，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户为：

C11、判断已选择出的被调度用户数是否超过预先设置的被调度用户数门限值，如果是，则执行步骤C12；

C12、从所述酉矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户，作为当前被调度用户，并返回执行步骤C11。

其中，所述从所述酉矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量为：从所述未被确定相匹配用户的列向量中顺序选择一个列向量作为当前列向量，或者从所述未被确定相匹配用户的列向量中随机选择一个列向量作为当前列向量。

其中，所述根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户，作为当前被调度用户为：

设与当前列向量相匹配的等待调度用户在被加载后为第r个被调度用户schr，则按照公式 $\mathrm{schr}=\underset{j=1,\·\·\·,X,j\≠\mathrm{sch}1,\·\·\·,\mathrm{sch}(r-1)}{\max }{\mathrm{CQI}}_i\frac{{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_r^H{v}_j^{\mathrm{pot}}\right|}^2}{\underset{k=1}{\overset{r-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_k^H{v}_j^{\mathrm{opt}}\right|}^2+1}$ 确定当前被调度用户，其中r≤R，R为所述预先设置的被调度用户数门限，X为本次调度中的等待调度用户总数，为当前的列向量，表示之前已选择出的（r-1）个被调度用户中第k个被调度用户对应的列向量，表示第j个被调度用户的量化信道。

较佳地，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之后，进一步包括：计算仅加载所述第一个被调度用户的系统容量，再执行所述步骤C11；

步骤C12中所述确定与当前列向量相匹配的等待调度用户之后，进一步包括：计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量；并在加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高时，继续执行所述作为当前被调度用户的操作。

较佳地，所述计算仅加载所述第一个被调度用户的系统容量为：

按照公式计算所述仅加载第一个被调度用户的系统容量，其中C₁为仅加载第一个被调度用户时的系统容量，CQI_sch1为第一个被调度用户的信道质量信息，R为所述预先设置的被调度用户数门限值，η₁为仅加载第一个被调度用户的折算系数并且η₁＝1。

其中，所述计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量为：

设与当前列向量相匹配的等待调度用户在被加载后为第r个被调度用户schr，则按照公式计算所述加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量；

其中C_r为加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量，η_r为加载第r个被调度用户后的折算系数并且R为所述预先设置的被调度用户数门限值，为当前列向量，表示之前已选择出的（r-1）个被调度用户中第k个被调度用户对应的列向量，表示第j个被调度用户的量化信道。

其中，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量。

较佳地，将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量之前，进一步包括：

判断等待调度用户数是否小于预先设置的等待调度用户数门限，如果是，则对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量；否则，执行所述将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量的操作。

较佳地，所述对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量为：

按照公式W＝C(v)^H(C(v)C(v)^H)^-1和得到本次调度的预编码矩阵W，其中为第i个被调度用户的量化信道，K为本次调度的被调度用户数，并且1≤i≤K；

将所述本次调度的预编码矩阵W中的列向量作为对应被调度用户的预编码向量。

较佳地，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：

基站将各被调度用户的数据流用对应的预编码向量进行预编码并发送给对应的被调度用户；

基站将第一个被调度用户的量化信道序号以及被调度用户各自的预编码向量序号下发给对应的移动台。

其中，所述正交分解为奇异值分解SVD或者QR分解。

其中，其特征在于，所述预先设置的码本为Grassmannian码本，或者信道矢量化码本，或者基于离散傅立叶变换的码本，或者最大化最小矢量距离的其它码本。

本发明还提供一种MIMO系统中的多用户调度装置，能够提高MIMO系统性能。

在本发明的多用户调度装置中，包括：

信道量化模块、信道质量信息计算模块、调度模块和酉矩阵确定模块，其中，

所述信道量化模块用于从预先设置的码本中选择与移动台相匹配的最优向量作为量化信道；

所述信道质量信息计算模块用于计算量化信道对应的信道质量信息；

所述调度模块用于根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，并将与所述酉矩阵确定模块提供的酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户；

所述酉矩阵确定模块用于通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵。

较佳地，所述装置进一步包括：存储模块，用于保存预先设置的码本、预先设置的调度原则以及预先设置的被调度用户数门限值；

所述信道量化模块进一步从所述存储模块中读取预先设置的码本。

较佳地，所述信道质量信息计算模块利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算各用户的信道质量信息。

较佳地，所述存储模块中进一步保存预先对所述码本中的各个向量进行正交分解后得到的正交分解的结果；

所述信道质量信息计算模块进一步从存储模块中所保存的正交分解结果中获得与每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果。

较佳地，所述信道质量信息计算模块进一步将量化信道序号以及信道质量信息反馈给所述调度模块。

较佳地，所述调度模块包括用户选择子模块和计数子模块，其中，

所述用户选择子模块从所述存储模块中读取预先设置的码本，根据来自于所述信道质量信息计算模块的量化信道序号从读取到的码本中恢复出各用户对应的量化信道；从存储模块中读取预先设置的调度原则，根据该调度原则从等待调度用户中选择出第一个被调度用户，通知计数子模块开始对被调度用户进行计数；从来自酉矩阵确定模块的预编码矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，并根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，将与当前列向量相匹配的等待调度用户确定为当前被调度用户，并通知计数子模块将被调度用户数加1；在接收到计数子模块的通知后停止进行被调度用户的选择，反之继续执行前述选择当前被调度用户的操作。

所述计数子模块从所述存储模块中读取预先设置的被调度用户数门限值，在所述用户选择子模块的通知下对被调度用户计数，并在被调度用户数达到读取的被调度用户数门限值时，向用户选择子模块发出通知。

较佳地，所述用户选择子模块进一步在选择出第一个被调度用户之后，计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量；在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作；计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量，在加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高时，将该等待调度用户选择为当前被调度用户，执行前述通知计数子模块将被调度用户数加1的操作、以及在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作。

较佳地，所述存储模块进一步用于保存预先设置的信道质量信息选择数目门限值n；

所述用户选择子模块进一步从所述存储模块中读取预先设置的信道质量信息选择数目门限值n，从移动台上报的各信道质量信息中选择出n个最好的信道质量信息，将每个被选出的信道质量信息对应的用户分别作为第一个被调度用户并分别放入各组中，再执行确定每组的被调度用户的操作；

所述调度模块进一步包括结果确定子模块，用于在所述用户选择子模块确定出每组的被调度用户后，计算每组的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

较佳地，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的等待调度用户数门限；

所述装置进一步包括控制模块和迫零模块，其中，

所述控制模块用于从所述存储模块中读取预先设置的等待调度用户数门限，并在等待调度用户数小于读取到的等待调度用户数门限时，通知所述迫零模块开始启动；

所述迫零模块用于在控制模块的通知下，对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量。

其中，所述信道量化模块和信道质量信息计算模块位于移动台中，所述调度模块和酉矩阵确定模块位于基站中。

由上述方案可见，本发明能够有效地提高MIMO系统性能。

具体来说，本发明中各个移动台的用户均从预先设置的码本中选择与自身最为匹配的量化信道作为量化信道，以根据该量化信道计算得到的信道质量信息作为基站选择第一个被调度用户的基础；基站将最符合调度原则的用户选择为第一个被调度用户，并且其余的各个被调度用户均与第一个被调度用户对应酉矩阵的其余列向量相匹配。可见，即使用户数较少，本发明的多用户调度过程中也能够有效地避免基站侧用户配对失败的情况，从而能够有效地提高MIMO系统性能。另一方面，本发明中的预编码矩阵是经由正交分解方式所得到的，第一个被调度用户的CQI与该用户实际获得的SINR完全相同。当等待调度用户较多时，其余各个被调度用户能够较好地与预编码矩阵中的列向量相匹配时，针对这些用户计算所得的CQI与用户实际所获得的SINR也较为接近。因此与ZF多用户调度相比，本发明也能够有效地提高MIMO系统性能。

再者，本发明中各个移动台只需计算出量化信道的信道质量信息，而基于DFT码本的多用户调度中需要计算码本中全部预编码矩阵所包含的各个预编码向量对应的SINR，因此本发明中移动台侧的计算复杂度能够得到较大程度的降低；另外，本发明中基站侧只需依据针对第一个被调度用户得到的酉矩阵确定其余的被调度用户，而ZF多用户调度中则需要采用遍历的方法对每个可能的被调度用户组合进行ZF操作并计算获得的系统容量，才能够最终确定被调度用户及其预编码矩阵，可见本发明中基站比ZF多用户调度具有更低的复杂度。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有的基于DFT码本的多用户调度的方法流程图；

图2为现有的基于ZFEP方式的多用户调度的方法流程图；

图3为本发明中多用户调度方法的示例性流程图；

图4为本发明中多用户调度装置的示例性结构图；

图5为本发明实施例1中多用户调度方法的流程图；

图6为本发明实施例1中多用户调度装置的结构示意图；

图7为本发明实施例2中多用户调度方法的流程图；

图8为本发明实施例1中方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图；

图9为本发明实施例2中方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图；

图10为本发明中ZF与正交分解切换方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本发明在进行MIMO系统中的多用户调度时，依据预先设置的调度原则选择第一个被调度用户，针对第一个被调度用户确定预编码矩阵，再选择与该预编码矩阵中的列向量相匹配的其他被调度用户。

图3示出了本发明MIMO系统中多用户调度方法的示例性流程图。参见图3，该方法包括：

在步骤301中，移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道，计算该量化信道对应的信道质量信息，并上报给基站；

在步骤302中，基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵；

在步骤303中，将与酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户。

图4示出了本发明MIMO系统中多用户调度装置的示例性结构图。参见图4，该装置包括：信道量化模块、信道质量信息计算模块、调度模块和酉矩阵确定模块。

其中的信道量化模块用于从预先设置的码本中选择与所在移动台相匹配的量化信道作为量化信道；信道质量信息计算模块用于计算该量化信道对应的信道质量信息；调度模块用于根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，并将与酉矩阵确定模块提供的酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户；酉矩阵确定模块用于通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵。

本发明中信道量化模块和信道质量信息计算模块位于移动台中，而调度模块和酉矩阵确定模块位于基站中。

如上所述，本发明中各个移动台的用户均从预先设置的码本中选择与自身最为匹配的量化信道作为量化信道，以根据该量化信道计算得到的信道质量信息作为基站选择第一个被调度用户的基础；基站将最符合调度原则的用户选择为第一个被调度用户，并且其余的各个被调度用户均与第一个被调度用户对应酉矩阵的其余列向量相匹配。可见，即使用户数较少，本发明的多用户调度过程中也能够有效地避免基站侧用户配对失败的情况，从而能够有效地提高MIMO系统性能。另一方面，本发明中的预编码矩阵是经由正交分解方式所得到的，第一个被调度用户的CQI与该用户实际获得的SINR完全相同。当等待调度用户较多时，其余各个被调度用户能够较好地与预编码矩阵中的列向量相匹配时，针对这些用户计算所得的CQI与用户实际所获得的SINR也较为接近。因此与ZF多用户调度相比，本发明也能够有效地提高MIMO系统性能。

再者，本发明中各个移动台只需计算出量化信道的信道质量信息，而基于DFT码本的多用户调度中需要计算码本中全部预编码矩阵所包含的各个预编码向量对应的SINR，因此本发明中移动台侧的计算复杂度能够得到较大程度的降低；另外，本发明中基站侧只需依据针对第一个被调度用户得到的酉矩阵确定其余的被调度用户，而ZF多用户调度中则需要采用遍历的方法对每个可能的被调度用户组合进行ZF操作并计算获得的系统容量，才能够最终确定被调度用户及其预编码矩阵，可见本发明中基站比ZF多用户调度具有更低的复杂度。

以下将详细描述本发明中的多用户调度方案。

本发明中基站在进行用户调度时，可以采用固定用户数方式或者可变用户数方式；并且，在生成预编码矩阵时，还可以在ZF方式与本发明中对第一个被调度用户的量化信道进行正交分解的方式之间进行切换。

实施例1

本实施例中采用固定用户数方式来实现多用户调度。换言之，本实施例中预先设置被调度用户数门限值R，并且满足2≤R≤M_T，其中M_T为基站的发射天线数。

图5示出了本实施例中多用户调度方法的流程图。参见图5，该方法包括：

在步骤501中，移动台的用户根据自身的信道矩阵，从预先设置的码本中选择出与自身相匹配的最优向量作为量化信道。

本实施例中预先设置的码本可以是Grassmannian码本，或者信道矢量化码本，或者基于DFT的码本，或者最大化最小矢量距离的其它码本。无论采用何种码本，该码本中均包含有N_t个向量，每个向量的维度均为M_T×1，即该码本为M_T×N_t维矩阵。

本步骤中每个移动台对应一个用户，各移动台通过信道估计操作得到自身的信道矩阵，再从码本中选择与该信道矩阵相匹配的量化信道，作为对该移动台用户的量化信道。

以用户k为例，选择量化信道的条件满足：

$\{v_k^{\mathrm{opt}},\mathrm{index}\_u_k\}=\underset{v_i\∈V}{\arg \max }\left({\left|\right|H_k{v}_i\left|\right|}_F^2\right)$

其中为用户k对应的量化信道，index_u_k为量化信道在码本v中的序号，v_i为码本中的第i个列向量，H_k为用户k的信道矩阵，||*||_F表示取范数操作。

在步骤502中，对每个用户的量化信道进行正交分解，根据正交分解结果计算各用户的CQI。

本步骤中的正交分解可以是SVD分解或者QR分解。

对于SVD分解，取SVD分解得到的左奇异矩阵来计算用户的CQI，那么本步骤中计算CQI的操作包括：

1、对用户k的量化信道进行SVD分解，得到：其中为左奇异矩阵；

2、以左奇异矩阵的第一列向量作为用户k的预编码向量，计算用户k线性检测时对应的检测向量：

${\tilde{G}}_k={\tilde{h}}_k^H{({\tilde{H}}_k{\tilde{H}}_k^H+\frac{1}{\mathrm{\β}}{I}_{M_T})}^{-1}$

${\tilde{H}}_k=H_k{\tilde{U}}_k$

${\tilde{h}}_k=H_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_1$

$\mathrm{\β}=\frac{p_0}{R{N}_0}$

其中为用户k线性检测时对应的检测向量，表示取左奇异矩阵的第一列，p₀为发射总功率，R为被调度用户数门限值，即基站端最多同时传送的用户数，N₀为噪声。

3、根据用户线性检测时对应的检测向量、信道矩阵以及左奇异矩阵计算各用户的CQI：

${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}$

其中CQI_k为用户k的CQI，表示取左奇异矩阵的第i列。

对于QR分解，只需将前述的左奇异矩阵替换为Q矩阵即可，即

${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}.$

本步骤中对量化信道矩阵进行正交分解的操作可以预先执行，并对正交分解的结果进行保存，此情况下就可以直接从所保存的正交分解结果中获得与每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果。

在步骤503中，移动台将自身用户对应的量化信道序号以及CQI值反馈给基站。

对于包含N_t个向量的码本而言，本步骤中每个移动台需要占用log₂(N_t)比特来传输量化信道序号index_u_k。

在步骤504中，基站根据接收到的量化信道序号从预先设置的码本中恢复出各用户对应的量化信道。

在步骤505中，基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择出第一个被调度用户，并利用第一个被调度用户对应的量化信道确定出一酉矩阵，作为本次调度的预编码矩阵。

假设预先设置的调度原则为系统容量最大原则，则基站将信道质量最好，即CQI值最大的用户作为第一个被调度用户；若预先设置的调度原则为优先级原则，则基站将优先级最高的用户选择为第一个被调度用户。当然，还可以将前述的两个原则相结合，若CQI最大值对应多个用户，则选择CQI值最大且优先级最高的用户作为第一个被调度用户；若优先级最高的用户数大于或者等于2时，从优先级最高的用户中选择CQI值最大的用户作为第一个被调度用户。本实施例中还可以采用本领域中其他已知的调度原则来确定第一个被调度用户。

在选择出第一个被调度用户后，对该用户对应的量化信道进行正交分解，得到酉矩阵形式的预编码矩阵。具体来说，若前述步骤502中采用的是SVD分解，则本步骤中对第一个被调度用户sch1对应的量化信道进行SVD分解，将得到的左奇异矩阵作为本次调度中各被调度用户的预编码矩阵；若前述步骤502中采用的是QR分解，则本步骤中对第一个被调度用户sch1对应的量化信道进行QR分解，将得到的矩阵Q_sch1作为本次调度中各被调度用户的预编码矩阵。上述的矩阵和Q均为酉矩阵。

此时，还可以将酉矩阵形式的预编码矩阵中的第一个列向量直接确定为第一个被调度用户的预编码向量。

在步骤506中，判断选择出的被调度用户数是否达到预先设置的被调度用户数门限值，如果是，则结束本多用户调度流程；否则，执行步骤507。

若已被选择出的被调度用户数小于或者等于被调度用户数门限值R，则继续执行后续步骤以确定被调度用户；反之，若此时的被调度用户数已等于R，则可以不再继续选择被调度用户的操作。

在步骤507～508中，从酉矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，并根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户，作为当前被调度用户，并返回执行步骤506。

这里选择当前列向量时可以采用顺序或随机的方式。在顺序方式下，若当前要选择第r个被调度用户，则将酉矩阵中的第r个列向量作为当前列向量；在随机方式下，可以从酉矩阵中未与已选择出的被调度用户对应的列向量中任意选择一个列向量作为当前列向量。

这里可以按照以下公式确定当前被调度用户：

$\mathrm{schr}=\underset{j=1,\·\·\·,X,j\≠\mathrm{sch}1,\·\·\·,\mathrm{sch}(r-1)}{\max }{\mathrm{CQI}}_i\frac{{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_r^H{v}_j^{\mathrm{pot}}\right|}^2}{\underset{k=1}{\overset{r-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_k^H{v}_j^{\mathrm{opt}}\right|}^2+1}$

其中schr表示当前为第r个被调度用户并且r≤R，X为本次调度中的等待调度用户总数，为当前被调度用户的列向量，表示之前已选择出的（r-1）个被调度用户中第k个被调度用户的列向量，表示第j个被调度用户的量化信道。

在经过上述各步骤的操作后，本实施例共选择出R个被调度用户并且将每个被调度用户对应的列向量直接确定为预编码向量。此后，基站完成调度，并可以将各个被调度用户的数据流用对应的预编码向量进行编码后发送给对应的被调度用户。此外，基站还需要将第一个被调度用户的量化信道序号以及被调度用户各自的预编码向量序号下发给对应的移动台。

至此，结束本实施例中的多用户调度流程。

图6示出了本实施例中多用户调度装置的结构示意图。参见图6，该装置包括：存储模块、信道量化模块、信道质量信息计算模块、调度模块和酉矩阵确定模块，并且调度模块包括用户选择子模块和计数子模块。换言之，图6在图4的基础上增加了存储模块，并对调度模块进行了细化。

具体来说，本实施例中的存储模块用于保存预先设置的码本、预先设置的调度原则以及预先设置的被调度用户数门限值。该存储模块可以作为一个单独的网络实体存在，也可以一部分位于移动台中、另一部分位于基站中。

信道量化模块从存储模块中读取预先设置的码本，并根据所在移动台的信道矩阵，从读取到的码本中选择出与该移动台用户相匹配的最优向量作为量化信道。

信道质量信息计算模块对来自信道量化模块的量化信道进行正交分解，根据正交分解结果计算所在移动台用户的CQI，并将量化信道序号以及CQI值反馈给基站。当存储模块中保存有预先对所述码本中的各个向量进行正交分解后得到的正交分解的结果时，该信道质量信息计算模块可以进一步从存储模块中所保存的正交分解结果中获得与每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果，而无需执行正交分解操作。

调度模块中的用户选择子模块从存储模块中读取预先设置的码本，根据来自于基站侧信道质量信息计算模块的量化信道序号从读取到的码本中恢复出各用户对应的量化信道；从存储模块中读取预先设置的调度原则，根据该调度原则从等待调度用户中选择出第一个被调度用户，通知计数子模块开始对被调度用户进行计数；从来自酉矩阵确定模块的预编码矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，并根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，将与当前列向量相匹配的等待调度用户确定为当前被调度用户，并通知计数子模块将被调度用户数加1；在接收到计数子模块的通知后停止进行被调度用户的选择，反之继续执行前述选择当前被调度用户的操作。

调度模块中的计数子模块从存储模块中读取预先设置的被调度用户数门限值，在用户选择子模块的通知下对被调度用户计数，在被调度用户数达到读取的被调度用户数门限值时，向用户选择子模块发出通知。

酉矩阵确定模块利用第一个被调度用户对应的量化信道确定本次调度的预编码矩阵。

由于本实施例中首先确定第一个被调度用户以及本次调度中的预编码矩阵，再由预编码矩阵中的列向量出发，逐步寻找其余的被调度用户，这样在完成用户调度后，所有被调度用户的预编码向量均位于该预编码矩阵中，加上该预编码矩阵是经过正交分解而得到的酉矩阵，因此本实施例能够有效地保证多用户情况下的配对成功率，从而保证较高的系统性能。

再者，本实施例中每个移动台均只需计算出其量化信道对应的一个CQI，相比于DFT多用户调度中每个移动台计算(M_T×L)个SINR以及线性检测向量，本实施例中移动台侧的计算复杂度大大降低，这一点对于码本较大的情况较为明显。在基站处，本实施例逐个选择被调度用户，而无需进行所有用户配对的遍历就能够获得较高的系统容量，而ZF多用户调度中只有进行全部用户组合的遍历才能够找到最好的用户配对作为被调度用户，可见本实施例中基站的计算复杂度也得到可有效地降低。

而且，本实施例中基站直接将第一个被调度用户的量化信道序号以及被调度用户各自的预编码向量序号下发给对应的移动台，移动台可以自行确定自身的预编码向量，而无需任何DRS的辅助，因此本实施例中基站与移动台间交互的信息量较少，从而使得系统开销较低。当然，本实施例中也可以使用DRS在基站与移动台之间传输上述的信息。

此外，本实施例中可以采用多种方式确定当前被调度用户，方式灵活，易于操作。

本实施例中的调度原则还可以是容量和（sumrate）最大原则，具体来说，预先设置CQI选择数目门限值n，在步骤505中首先将移动台上报的所有CQI进行排列，再按照该CQI选择数目门限值选择出数值最大的n个CQI，将每个CQI对应的用户分别作为第一个被调度用户并放入各组中，例如，CQI最大值对应的用户作为第一组的第一个被调度用户，CQI次大值对应的用户作为第二组的第一个被调度用户，...，第n大CQI值对应的用户作为第n组的第一个被调度用户，等等。然后，对于每个组，均按照前述步骤505的方式确定出酉矩阵形式的预编码矩阵，再按照步骤506至508的操作分布确定出每组的被调度用户。此后，计算出每组对应的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户最终确定为本次调度中的被调度用户。

这种情况下，调度模块中的用户选择子模块进一步从存储模块中读取预先设置的CQI选择数目门限值n，并对移动台上报的所有CQI进行排序，再按照该CQI选择数目门限值选择出数值最大的n个CQI，将每个对应的用户分别作为第一个被调度用户并放入各组中，再执行前述的操作确定出每组的被调度用户。相应地，调度模块进一步包括结果确定子模块，该子模块在调度模块确定出每组的被调度用户后，计算出每组对应的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

当采用容量和最大的原则进行调度时，从多个由被调度用户形成的组中选择出容量和最大的组作为本次调度的被调度用户集合，这样的方案中虽然复杂度与之前的单组多用户调度相比有所增加，但是系统性能能够得到大幅度的提高。

实施例2

本实施例中采用可变用户数方式来实现多用户调度。换言之，本实施例中虽然预先设置被调度用户数门限值R，并且满足2≤R≤M_T，其中M_T为基站的发射天线数，但是若加载与当前预编码向量相匹配的等待调度用户后，系统容量有所提升且已确定的被调度用户与该等待调度用户之和未超过被调度用户数门限值R，则将该等待调度用户加载为被调度用户。

图7示出了本实施例中多用户调度方法的流程图。参见图7，该方法包括：

在步骤701～703中，移动台的用户根据自身的信道矩阵，从预先设置的码本中选择出与自身相匹配的最优向量作为量化信道；对每个用户的量化信道进行正交分解，根据正交分解结果计算各用户的CQI；移动台将自身用户对应的量化信道序号以及CQI值反馈给基站。

在步骤704～705中，基站根据接收到的量化信道序号从预先设置的码本中恢复出各用户对应的量化信道；基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择出第一个被调度用户，并利用第一个被调度用户对应的量化信道确定出一酉矩阵，作为本次调度的预编码矩阵。

以上的操作与实施例1中步骤501至505的操作相同。

在步骤706中，计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量。

由于本实施例中每次调度中的被调度用户数是以系统容量为主要条件、以被调度用户数门限值为辅助条件，因此本步骤中计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量，以便作为此后确定是否加载其他用户的基础。

本步骤中按照以下公式计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量：

$C_1={\log }_2(1+{\mathrm{\η}}_1{\mathrm{CQI}}_{\mathrm{sch}1})+{\log }_2\left(\frac{R}{1}\right),$

其中C₁为仅加载第一个被调度用户时的系统容量，CQI_sch1为第一个被调度用户的CQI，R为被调度用户数门限值，η₁为仅加载第一个被调度用户的折算系数并且η₁＝1。

需要说明的是，由于移动台在计算自身的CQI时是假设发射功率等功率分配在R个用户上，因此若只为第一个被调度用户sch1服务，则需要折算出发射功率全部加载在该用户上时所能获得的系统容量，因此这里通过折算系数η₁和来进行折算。

在步骤707中，判断选择出的被调度用户数是否达到预先设置的被调度用户数门限值，如果是，则结束本多用户调度流程；否则，执行步骤708。

在步骤708～709中，从预编码矩阵中选择一个未被确定匹配用户的列向量作为当前列向量，并根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户。

这里确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作与实施例1的操作相同。换言之，若与当前列向量相匹配的等待调度用户被选择，则为第r个被调度用户，则按照以下公式确该等待调度用户：

$\mathrm{schr}=\underset{j=1,\·\·\·,X,j\≠\mathrm{sch}1,\·\·\·,\mathrm{sch}(r-1)}{\max }{\mathrm{CQI}}_i\frac{{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_r^H{v}_j^{\mathrm{pot}}\right|}^2}{\underset{k=1}{\overset{r-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_k^H{v}_j^{\mathrm{opt}}\right|}^2+1}$

其中X为本次调度中的等待调度用户总数，被当前被调度用户的列向量，表示之前已选择出的（r-1）个被调度用户中第k个被调度用户的列向量。

在步骤710中，计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前预编码向量相匹配的等待调度用户后的系统容量。

本步骤中，假设可以按照以下公式计算此时的系统容量：

$C_r=\underset{i=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+{\mathrm{\η}}_r{\mathrm{CQI}}_{\mathrm{schi}})+\underset{r=1}{\overset{r}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2\left(\frac{R}{r}\right)$

其中C_r为加载与当前预编码向量相匹配的等待调度用户后的系统容量，η_r为加载第r个被调度用户后的折算系数并且 表示第j个被调度用户的量化信道。

在步骤711～712中，判断加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量是否比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高，如果是，则将该等待调度用户选择为当前被调度用户，并返回执行步骤707；否则，结束被多用户调度流程。

若在加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量未提高，即C_r≤C_r-1，则不会将该等待调度用户选择为被调度用户，那么本次调度中被调度用户的总数就等于（r-1）。

与实施例1相似，在完成以上的操作之后，本实施例中基站也可以将各个被调度用户的数据流用对应的预编码向量进行编码后发送给对应的被调度用户，并将第一个被调度用户的量化信道序号以及被调度用户各自的预编码向量序号下发给对应的移动台。

至此，结束本实施例中的多用户调度流程。

本实施例仍然可以采用图6示出的结构来构建多用户调度装置，只是调度模块的处理在实施例1的基础上略有改变。

具体来说，本实施例调度模块中的用户选择子模块进一步在选择出第一个被调度用户之后，计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量；在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作；计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量并判断加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量是否比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高，如果是，则将该等待调度用户选择为当前被调度用户，执行前述通知计数子模块将被调度用户数加1的操作以及前述在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作。

本实施例中也可以采用容量和最大的原则进行调度，区别在于本实施例中在确定各组的第一个被调度用户及对应的酉矩阵形式的预编码矩阵后，按照前述步骤706至712的操作分别确定出每组的被调度用户，然后再将容量和最大的组作为选定组，并将该选定组中的被调度用户最终确定为本次调度中的被调度用户。

相应地，此时本实施例中调度模块中的用户选择子模块所增加的功能与实施例1中相同，并且该调度模块中也需要增加与实施例1中相同的结果确定子模块。

本实施例除了具有实施例1的各种优点之外，还由于以系统容量为根本出发点选择出可变数量的被调度用户，从而使得本实施例的方案更为灵活。

以上方案中基站都是直接将正交分解得到的酉矩阵作为本次调度的预编码矩阵，即该预编码矩阵为：但是，本发明中基站在确定预编码矩阵时，还可以在ZF方式与对第一个被调度用户的量化信道进行正交分解的方案之间进行切换。

具体来说，基站可以在等待调度用户数小于预先设置的等待调度用户数门限的情况下，进一步在通过实施例1中步骤501至508的操作确定了固定数量的被调度用户以后，采用ZF方式来为所确定的被调度用户生成最终的预编码矩阵。

可以按照如下公式对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行ZF操作，生成ZF方式下的预编码矩阵：W＝C(v)^H(C(v)C(v)^H)^-1，其中W为本次调度的预编码矩阵， 为第i个被调度用户的量化信道，K为本次调度的被调度用户数，并且1≤i≤K。而后将矩阵W中的列向量作为对应用户的预编码向量。

在该切换方案中，可以在图6的多用户调度装置基础上增加控制模块和ZF模块。控制模块用于从存储模块中读取预先设置的等待调度用户数门限，并在等待调度用户数小于读取到的等待调度用户数门限时，通知ZF模块开始启动。ZF模块用于在控制模块的通知下，对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量。相应地，存储模块中还需要保存预先设置的等待调度用户数门限。

在这种切换方案中，在等待调度用户数较少时，采用ZF方案得到的矩阵作为预编码矩阵能保证系统仍具有较好性能；而在等待调度用户数较多时，则通过上述实施例1或实施例2的操作，在复杂度较低的同时保证系统性能。

图8示出了本发明实施例1中方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图。在图8中，发射天线数位4、每个移动台的用户具有1根接收天线，采用Grassmannian码本以及4比特来反馈预编码向量序号，被调度用户数门限值为2。从图8可见，带有方框的线条表示基于DFT码本的多用户调度方案，带有星号的线条表示ZFEP多用户调度方案，带有菱形的线条表示ZF-SVD多用户调度方案，带有圆圈的线条表示本发明实施例1中的多用户调度方案。当等待调度用户数较多时，例如10个等待调度用户，本发明实施例1中的平均系统性能优于其它三种多用户调度方案。

图9示出了本发明实施例2中方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图。图9仿真中的条件和线条与图8类似，不同的是，图9中采用可变用户数方式，并且带有圆圈的线条表示本发明实施例2中的多用户调度方案。从图9可见，从等待调度用户数等于8开始，本发明实施例2中的平均系统性能就优于其他三种多用户调度方案。

图10示出了本发明中ZF与正交分解切换方案与基于DFT码本的多用户调度以及两种ZF多用户调度下性能比较仿真图。图10仿真中的条件和线条与图8类似，不同的是，图10中带有圆圈的线条表示本发明切换方案的多用户调度方案。从图10可见，从等待调度用户数等于4开始，本发明的平均系统性能就优于其他三种多用户调度方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (31)

1.一种多输入多输出系统中的多用户调度方法，其特征在于，该方法包括：

预先对码本中的各个向量进行正交分解并对正交分解的结果进行保存；

各移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道，从所保存的正交分解结果中获得与每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果，利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算该量化信道对应的信道质量信息，并上报给基站；

基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵；

将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各移动台从预先设置的码本中选择与自身相匹配的最优向量作为量化信道为：各移动台通过信道估计操作得到自身用户的信道矩阵，再从码本中选择与该信道矩阵相匹配的最优向量，作为对该用户的量化信道。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从码本中选择与该信道矩阵相匹配的最优向量，作为对该用户的量化信道为：按照公式确定所述量化信道，其中为用户k对应的量化信道，index_u_k为量化信道在所述码本中的序号，v_i为码本中的第i个列向量，H_k为用户k的信道矩阵，||*||_F表示取范数操作，V为所述码本。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算各用户的信道质量信息为：

按照公式 ${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[{\tilde{U}}_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}$ 或者 ${\mathrm{CQI}}_k=\frac{{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_1\right|}^2}{\underset{i=2}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\tilde{G}}_k{H}_k{\left[Q_k\right]}_i\right|}^2+{\left|\right|{\tilde{G}}_k\left|\right|}_2^2\frac{1}{\mathrm{\β}}}$ 计算所述信道质量信息，

其中CQIk为用户k的信道质量信息，或[Q_k]_i表示取对用户k的量化矩阵进行正交分解的结果中酉矩阵的第i列，为用户k线性检测时对应的检测向量，p₀为发射总功率，R为预先设置的被调度用户数门限值，N₀为噪声。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上报给基站为：移动台将自身用户对应的量化信道序号以及信道质量信息反馈给基站；

所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之前，进一步包括：基站根据接收到的量化信道序号从所述预先设置的码本中恢复出各用户对应的量化信道。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户为：将信道质量最好的用户作为第一个被调度用户，或者将优先级最高的用户作为第一个被调度用户，或者将信道质量最好且优先级最高的用户作为第一个被调度用户。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之前，进一步包括：按照预先设置的信道质量信息选择数目门限值n，从移动台上报的各信道质量信息中选择出n个最好的信道质量信息，将每个被选出的信道质量信息对应的用户分别作为第一个被调度用户并分别放入各组中；

所述从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵为：从每组的第一个被调度用户对应的量化信道得到该组的酉矩阵；

所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户为：将与各组的酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为该组的其它被调度用户；

所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：分别计算每组的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

8.如权利要求1、6、7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵之后，进一步包括：将所述酉矩阵中的第一个列向量作为所述第一个被调度用户对应的列向量。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户为：

C11、判断已选择出的被调度用户数是否超过预先设置的被调度用户数门限值，如果是，则执行步骤C12；

C12、从所述酉矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户，作为当前被调度用户，并返回执行步骤C11。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述从所述酉矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量为：从所述未被确定相匹配用户的列向量中顺序选择一个列向量作为当前列向量，或者从所述未被确定相匹配用户的列向量中随机选择一个列向量作为当前列向量。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，确定与当前列向量相匹配的等待调度用户，作为当前被调度用户为：

设与当前列向量相匹配的等待调度用户在被加载后为第r个被调度用户schr，则按照公式 $\mathrm{schr}=\underset{j=1,...,X,j\≠\mathrm{sch}1,...,\mathrm{sch}(r-1)}{\max }{\mathrm{CQI}}_j\frac{{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{csh}1}\right]}_r^H{v}_j^{\mathrm{opt}}\right|}^2}{\underset{k=1}{\overset{r-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\left[{\tilde{U}}_{\mathrm{sch}1}\right]}_k^H{v}_j^{\mathrm{opt}}\right|}^2+1}$ 确定当前被调度用户，其中r≤R，R为所述预先设置的被调度用户数门限，X为本次调度中的等待调度用户总数，为当前的列向量，表示之前已选择出的(r-1)个被调度用户中第k个被调度用户对应的列向量，表示第j个被调度用户的量化信道。

12.如权利要求9至11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述基站根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户之后，进一步包括：计算仅加载所述第一个被调度用户的系统容量，再执行所述步骤C11；

步骤C12中所述确定与当前列向量相匹配的等待调度用户之后，进一步包括：计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量；并在加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高时，继续执行所述作为当前被调度用户的操作。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述计算仅加载所述第一个被调度用户的系统容量为：

按照公式计算所述仅加载第一个被调度用户的系统容量，其中C₁为仅加载第一个被调度用户时的系统容量，CQI_sch1为第一个被调度用户的信道质量信息，R为所述预先设置的被调度用户数门限值，η₁为仅加载第一个被调度用户的折算系数并且η₁＝1。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量为：

设与当前列向量相匹配的等待调度用户在被加载后为第r个被调度用户schr，则按照公式计算所述加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量；

其中C_r为加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量，η_r为加载第r个被调度用户后的折算系数并且R为所述预先设置的被调度用户数门限值，为当前列向量，表示之前已选择出的(r-1)个被调度用户中第k个被调度用户对应的列向量，表示第j个被调度用户的量化信道。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量之前，进一步包括：

判断等待调度用户数是否小于预先设置的等待调度用户数门限，如果是，则对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量；否则，执行所述将所述酉矩阵确定为本次调度中被调度用户的预编码矩阵，将该酉矩阵中的列向量确定为与该列向量相匹配的被调度用户的预编码向量的操作。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量为：

按照公式w=C(v)^H(C(v)C(v)^H)^-1 得到本次调度的预编码矩阵W，其中为第i个被调度用户的量化信道，K为本次调度的被调度用户数，并且1≤i≤K；

将所述本次调度的预编码矩阵W中的列向量作为对应被调度用户的预编码向量。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将与所述酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户之后，进一步包括：

基站将各被调度用户的数据流用对应的预编码向量进行预编码并发送给对应的被调度用户；

基站将第一个被调度用户的量化信道序号以及被调度用户各自的预编码向量序号下发给对应的移动台。

19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正交分解为奇异值分解SVD或者QR分解。

20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置的码本为Grassmannian码本，或者信道矢量化码本，或者基于离散傅立叶变换的码本，或者最大化最小矢量距离的其它码本。

21.一种多输入多输出系统中的多用户调度装置，其特征在于，该装置包括：存储模块、信道量化模块、信道质量信息计算模块、调度模块和酉矩阵确定模块，其中，

所述存储模块用于保存预先对码本中的各个向量进行正交分解后得到的正交分解的结果；

所述信道量化模块用于从预先设置的码本中选择与移动台相匹配的最优向量作为量化信道；

所述信道质量信息计算模块用于从存储模块中所保存的正交分解结果中获得与每个用户的量化信道一致的向量所对应的正交分解的结果，利用对每个用户的量化信道进行正交分解的结果计算量化信道对应的信道质量信息；

所述调度模块用于根据预先设置的调度原则从等待调度用户中选择第一个被调度用户，并将与所述酉矩阵确定模块提供的酉矩阵中除第一个列向量之外的其余列向量匹配的用户确定为其它被调度用户；

所述酉矩阵确定模块用于通过正交分解方式，从第一个被调度用户对应的量化信道得到酉矩阵。

22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的码本、预先设置的调度原则以及预先设置的被调度用户数门限值；

所述信道量化模块进一步从所述存储模块中读取预先设置的码本。

23.如权利要求21或22所述的装置，其特征在于，所述信道质量信息计算模块进一步将量化信道序号以及信道质量信息反馈给所述调度模块。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述调度模块包括用户选择子模块和计数子模块，其中，

所述用户选择子模块从所述存储模块中读取预先设置的码本，根据来自于所述信道质量信息计算模块的量化信道序号从读取到的码本中恢复出各用户对应的量化信道；从存储模块中读取预先设置的调度原则，根据该调度原则从等待调度用户中选择出第一个被调度用户，通知计数子模块开始对被调度用户进行计数；从来自酉矩阵确定模块的预编码矩阵中选择一个未被确定相匹配用户的列向量作为当前列向量，并根据已选择出的所有被调度用户对应的列向量，将与当前列向量相匹配的等待调度用户确定为当前被调度用户，并通知计数子模块将被调度用户数加1；在接收到计数子模块的通知后停止进行被调度用户的选择，反之继续执行前述选择当前被调度用户的操作；

所述计数子模块从所述存储模块中读取预先设置的被调度用户数门限值，在所述用户选择子模块的通知下对被调度用户计数，并在被调度用户数达到读取的被调度用户数门限值时，向用户选择子模块发出通知。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述用户选择子模块进一步在选择出第一个被调度用户之后，计算仅加载第一个被调度用户时的系统容量；在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作；计算在已选择的被调度用户基础上加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量，在加载与当前列向量相匹配的等待调度用户后的系统容量比未加载该等待调度用户时的系统容量有所提高时，将该等待调度用户选择为当前被调度用户，执行前述通知计数子模块将被调度用户数加1的操作、以及在未接收到计数子模块的通知时，执行所述选择当前列向量和确定与当前列向量相匹配的等待调度用户的操作。

26.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的信道质量信息选择数目门限值n；

所述用户选择子模块进一步从所述存储模块中读取预先设置的信道质量信息选择数目门限值n，从移动台上报的各信道质量信息中选择出n个最好的信道质量信息，将每个被选出的信道质量信息对应的用户分别作为第一个被调度用户并分别放入各组中，再执行确定每组的被调度用户的操作；

所述调度模块进一步包括结果确定子模块，用于在所述用户选择子模块确定出每组的被调度用户后，计算每组的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的信道质量信息选择数目门限值n；

所述用户选择子模块进一步从所述存储模块中读取预先设置的信道质量信息选择数目门限值n，从移动台上报的各信道质量信息中选择出n个最好的信道质量信息，将每个被选出的信道质量信息对应的用户分别作为第一个被调度用户并分别放入各组中，再执行确定每组的被调度用户的操作；

所述调度模块进一步包括结果确定子模块，用于在所述用户选择子模块确定出每组的被调度用户后，计算每组的容量和，并将容量和最大的组作为选定组，将该选定组中的被调度用户确定为本次调度中的被调度用户。

28.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的等待调度用户数门限；

所述装置进一步包括控制模块和迫零模块，其中，

所述控制模块用于从所述存储模块中读取预先设置的等待调度用户数门限，并在等待调度用户数小于读取到的等待调度用户数门限时，通知所述迫零模块开始启动；

所述迫零模块用于在控制模块的通知下，对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量。

29.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的等待调度用户数门限；

所述装置进一步包括控制模块和迫零模块，其中，

所述控制模块用于从所述存储模块中读取预先设置的等待调度用户数门限，并在等待调度用户数小于读取到的等待调度用户数门限时，通知所述迫零模块开始启动；

所述迫零模块用于在控制模块的通知下，对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量。

30.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述存储模块进一步用于保存预先设置的等待调度用户数门限；

所述装置进一步包括控制模块和迫零模块，其中，

所述控制模块用于从所述存储模块中读取预先设置的等待调度用户数门限，并在等待调度用户数小于读取到的等待调度用户数门限时，通知所述迫零模块开始启动；

所述迫零模块用于在控制模块的通知下，对各被调度用户对应的量化信道组成的矩阵进行迫零操作，生成本次调度的预编码矩阵以及各被调度用户的预编码向量。

31.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述信道量化模块和信道质量信息计算模块位于移动台中，所述调度模块和酉矩阵确定模块位于基站中。