CN101925166B - 扇区间的协作调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扇区间的协助调度方法和系统。其中，该方法包括随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率；利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；根据每个下行波束的发射顺序和每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；判断相邻两次迭代的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并继续执行确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤，否则，迭代结束。

Description

扇区间的协作调度方法和系统

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，更具体地，涉及一种扇区间的协作调度方法和系统。

背景技术

人们对通信的需求日益增加，无线频谱资源越来越紧张。频谱资源的重复使用是移动蜂窝系统的必然选择。在下一代移动通信系统中，相邻小区的资源复用因子可能达到1，即，相邻小区有可能重复使用相同的资源，因此小区间干扰成为一个严重的问题。现有技术中解决小区间干扰的几种方法也均存在各自的缺陷：

(1)根据预先设定的优先级次序进行波束调度的方法不能根据网络实时情况进行自适应处理，并且对波束的发射功率缺乏调度处理。

(2)多个小区形成簇，簇中心统筹各小区波束调度的方法使得簇中心需要较大的计算量，并且该方法也没有考虑波束的功率分配问题。

总体而言，现有的波束协作调度方法存在以下缺陷：

(a)需要一个簇中心控制下属小区的波束调度，对簇中心计算资源的要求比较高；

(b)只考虑不同波束的选择，没有考虑波束发射功率的分配。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种扇区间的协作调度方法，能够同时考虑波束的选择和波束的发射功率以降低扇区间的干扰。

本发明提供了一种扇区间的协作调度方法，包括在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域；基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；根据确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并继续执行利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤，否则，迭代结束。

根据本发明方法的一个实施例，约束条件包括：在调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限。

根据本发明方法的另一实施例，在调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。

根据本发明方法的又一实施例，调度周期包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

根据本发明方法的再一实施例，该方法还包括：确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度。

根据本发明方法的再一实施例，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤包括：利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

根据本发明方法的再一实施例，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率的步骤包括：利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；根据使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

根据本发明方法的再一实施例，计算调度区域内所有用户的总吞吐量的步骤包括：根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角

计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

并将信道增益

反馈给基站；根据信道增益

计算用户k在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；根据扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；根据每个扇区在调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

本发明的扇区间的协作调度方法，以相邻扇区为一个调度区域，通过在一个调度周期内对该区域的各扇区内的下行波束的发射顺序进行选择以及调整不同波束的发射功率来降低扇区间的干扰，以实现调度区域的吞吐量最大化。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种扇区间的协作调度系统，能够同时考虑波束的选择和波束的发射功率以降低扇区间的干扰。

本发明提供了一种扇区间的协作调度系统，包括初始化模块，用于在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域；波束发射顺序计算模块，与初始化模块相连，用于基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；波束发射功率计算模块，与波束发射顺序计算模块相连，用于基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；吞吐量计算模块，与波束发射顺序计算模块和波束发射功率计算模块相连，用于根据波束发射顺序计算模块确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和波束发射功率计算模块计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；判断模块，与吞吐量计算模块相连，用于判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并转到波束发射顺序计算模块，否则，迭代结束。

根据本发明系统的一个实施例，约束条件包括：在调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限。

根据本发明系统的另一实施例，在调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。

根据本发明系统的又一实施例，调度周期包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

根据本发明系统的再一实施例，该系统还包括：波束设置模块，与初始化模块相连，用于确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度。

根据本发明系统的再一实施例，波束发射顺序计算模块包括：计算单元，利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；比较单元，与计算单元相连，用于比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

根据本发明系统的再一实施例，波束发射功率计算模块包括：求导单元，用于利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；功率确定单元，与求导单元相连，用于根据使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

根据本发明系统的再一实施例，吞吐量计算模块包括：信道增益获取单元，用于根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

并将信道增益

反馈给基站；SINR计算单元，与信道增益获取单元相连，用于根据信道增益

计算用户k在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；资源分配单元，与SINR计算单元相连，用于基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；时隙吞吐量计算单元，与SINR计算单元和资源分配单元相连，用于根据扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；总吞吐量计算单元，与时隙吞吐量计算单元相连，用于根据每个扇区在调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

本发明的扇区间的协作调度系统，以相邻扇区为一个调度区域，通过在一个调度周期内对该区域的各扇区内的下行波束的发射顺序进行选择以及调整不同波束的发射功率来降低扇区间的干扰，以实现调度区域的吞吐量最大化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是本发明方法的第一实施例的流程示意图。

图2是本发明方法的第二实施例的流程示意图。

图3是调度区域及波束设置示意图。

图4是调度周期内某一时隙的下行波束使用示意图。

图5是本发明系统的第一实施例的结构示意图。

图6是本发明系统的第二实施例的结构示意图。

图7是本发明系统的第三实施例的结构示意图。

图8是本发明系统的第四实施例的结构示意图。

图9是本发明系统的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

本发明以所有扇区(即，调度区域)总吞吐量最大化为目标，相邻扇区间的下行波束的发射顺序和下行波束的发射功率为决策变量。

图1是本发明方法的第一实施例的流程示意图。

如图1所示，该实施例可以包括以下步骤：

S102，在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率(即，初始化每个下行波束的发射功率)，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个相邻互干扰扇区构成一个协作调度区域，约束条件为在调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限；

S104，基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序，其中，调度区域内所有用户的总吞吐量是由用户信道参数、下行波束的发射顺序以及下行波束的发射功率决定的；

S106，基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；

S108，根据S104中确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和S106中计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；

S110，判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并继续返回执行S104，否则，迭代结束。

在一个调度周期的开始执行一次上述调度算法，根据当前用户位置信息和信道增益确定各扇区在当前调度周期内每个下行波束的发射顺序和发射功率，当所有下行波束完成一次发射后进入下一个调度周期。

该实施例以多个小区的相邻扇区为一个调度区域，通过在一个调度周期内对该区域的各扇区内的下行波束的发射顺序进行选择以及调整不同波束的发射功率来降低扇区间的干扰，以实现调度区域的吞吐量最大化。

另外，上述实施例还可以通过基站之间的数据通信接口交换信息(例如，信道增益、用户的位置信息等)，允许每个扇区在本地计算自己所使用的波束顺序和功率调度。

图2是本发明方法的第二实施例的流程示意图。

如图2所示，该实施例可以包括以下步骤：

S202，确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度，如图3所示，例如每个扇区由4种不同的下行波束均匀覆盖扇区，则每个下行波束的张角为30度；

S204，在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域，如图3所示，一个调度区域可以包括3个扇区；

S206，基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；

S208，基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；

S210，根据S206中确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和S208中计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；

S212，判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并继续执行S206，否则，迭代结束。

图4是调度周期内某一时隙的下行波束使用示意图。

如图4所示，在上述实施例的调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。并且调度周期可以包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

在本发明方法的第三实施例中，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤包括：

由于每个扇区内的下行波束的数目确定，并且在一个调度周期内每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1，所以在每个扇区内的每个下行波束的发射功率固定的情况下可以利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；

比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

该实施例可以通过比较简单的穷举法确定满足调度区域内所有用户的总吞吐量最大的每个扇区内的下行波束的发射顺序，显著降低了运算量。

在本发明方法的第四实施例中，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率的步骤包括：

因为下行波束的发射功率取值连续，所以在每个扇区内的每个下行波束的发射顺序确定的情况下，可以利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；

根据使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

即，利用迭代求解的方式在每次迭代中，先对吞吐量函数求导，得到使吞吐量增加的方向，再以一定步长向该方向前进，从而可以得到每个下行波束的发射功率。

该实施例在获得每个下行波束的发射功率的过程中，将复杂的非线性运算简化为线性运算，显著提高了系统的工作效率。

在本发明方法的第五实施例中，计算调度区域内所有用户的总吞吐量的步骤包括：

步骤一，根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角

计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益并将信道增益

反馈给基站；

例如，假设用户的位置为(x1，y1)，由勾股定理可以求出用户--基站中心点连线与水平直线(0度)之间的夹角，由于波束发射天线是固定的，波束发射天线与水平直线的角度也固定，所以根据用户--基站中心点连线与水平直线(0度)之间的夹角、波束发射天线与水平直线之间的夹角可以求出用户与任一波束之间的夹角(按逆时针方向，角度由0度增加到360度)，接下来利用下述公式(1)得到用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

$G_{k,m}^A=\frac{S_0^A*G_0^A*A\left({\mathrm{\θ}}_{k,m}^A\right)}{L\left(d_k^A\right)}---\left(1\right)$

其中，

为阴影衰落因子，典型取值是均值为0、标准偏差值为8dB的高斯随机变量；

为用户到每个扇区的电缆损耗等剩余损耗因子之和，典型取值为0dB；

为用户k所获得的扇区A内第m个下行波束的天线增益，可以按照下述公式(2)获得：

$A\left({\mathrm{\θ}}_{k,m}^A\right)=-\min (12*{\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{k,m}^A}{{\mathrm{\θ}}_{3\mathrm{dB}}}\right)}^2,A_m)---\left(2\right)$

由于该实施例中假设一个扇区包含4个下行波束，所以每个固定波束的张角为30°，天线增益衰减到3dB的角度θ_3dB为17.5°，天线增益的最大衰减绝对值A_m为20dB。

为用户的路径损耗因子，可以通过下述公式(3)获得：

$L\left(d_k^A\right)=128.1+37.6{\log }_{10}\left(d_k^A\right)---\left(3\right)$

其中，为用户k距扇区A的距离，其单位为千米。

步骤二，根据信道增益计算用户k在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；

${\mathrm{SINR}}_k\left(n\right)=\frac{p_A\left(n\right)\·G_{k,n}^A}{\mathrm{No}\·w+p_B\left(n\right)\·G_{k,n}^B+p_C\left(n\right)\·G_{k,n}^B}---\left(4\right)$

其中，No表示噪声的功率谱密度，w表示带宽，p_A(n)、p_B(n)和p_C(n)分别表示扇区A在时隙n上发射的下行波束的功率、扇区B在时隙n上发射的下行波束的功率以及扇区C在时隙n上发射的下行波束的功率，

和

分别表示用户k在扇区A中使用时隙n上的下行波束时产生的信道增益、用户k在扇区B中使用时隙n上的下行波束时产生的信道增益以及用户k在扇区C中使用时隙n上的下行波束时产生的信道增益。

步骤三，基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；

其中，t_A(n)为A扇区在时隙n上所使用的下行波束；

最大载干比原则仅根据用户的信道质量进行资源分配，如果用户的信道质量好就可以获得多的资源块，反之，如果用户的信道质量差就获得少的资源块，具体分配思路见上述公式(5)。与其他算法相比，采用“最大载干比调度算法”不考虑用户的公平性，而是使扇区的总吞吐量最大。

步骤四，根据香农定理、扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；

其中，t_A(n)为A扇区在时隙n上所使用的下行波束；

步骤五，根据每个扇区在调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

在本发明方法的第六实施例中，各个扇区的可供选择的下行波束数目确定，并且各波束的角度也确定。例如图3中的调度区域有3个扇区，每个扇区有4种不同的波束，均匀覆盖各扇区。

调度区域的基站之间存在数据通信接口，调度区域内的扇区可以通过数据通信接口将用户的相关信息，例如，信道增益、位置等发送给相邻扇区。

协助调度算法每隔一段时间触发一次，两次触发之间的间隔称为调度周期，一个调度周期包含若干个时隙。每个扇区在一个时隙内选择一个下行波束发射。在调度周期开始时，扇区运行调度算法确定本扇区在该调度周期内每个下行波束的发射顺序。

在调度周期内，一个扇区不同发射时隙的功率可以不同，但一个调度周期内所有下行波束的平均功率小于预先设定的功率门限。

该调度算法采用约束优化模型，具有以下特征：

优化目标为最大化吞吐量，所述吞吐量指调度区域内所有用户的吞吐量之和。用户的吞吐量可以通过用户信道参数、波束发射次序以及波束发射功率计算得到，其中，用户信道参数由用户估计得到，并通过上行信道反馈给基站。

其中，约束条件1定义为扇区在一个调度周期内所有下行波束的平均功率小于预先设定的功率门限。

约束条件2定义为扇区在一个调度周期内使用某个波束的次数不能超过1。

调度算法的求解采用以下步骤：

步骤一，选择一组功率初始值；

步骤二，由当前波束功率分配计算参与协作调度的所有扇区的下行波束的发射顺序，该发射顺序将以所有扇区的总吞吐量最大化为目标；

步骤三，固定所有扇区的下行波束的发射顺序，计算更优的下行波束的功率分配，该下行波束的功率分配以所有扇区的总吞吐量最大化为目标；

转步骤二进行迭代，当相邻两次迭代的吞吐量之差小于预先设定的吞吐量门限，或超过预先设定的最大迭代次数时，停止迭代，输出结果。

该实施例具有以下特点：

(a)将功率作为协作调度的一项内容。因为在实际网络中用户在小区内的分布经常是不均匀的，通过功率的调度，可以使得用户多的波束使用较大的功率，而用户少甚至没有用户的波束降低发射功率甚至功率为零，从而可以进一步提高功率资源的使用效率，增加系统的吞吐量。

(b)可以实现更灵活地调度。如果网络中存在簇中心，则簇中心可收集每个用户的信道信息，计算得到各扇区的调度结果后再发给各基站。如果不存在簇中心，则基站通过相互之间的数据接口交换用户信息，各扇区可以独立地计算出调度结果。

在本发明方法的第七实施例中，如图3所示，假设协助调度区域包含3个扇区，每个扇区有N＝4种不同波束，则每个调度周期包含4个时隙。令N×1矢量t_A，t_B，t_C分别表示3个扇区在一个调度周期内的下行波束的发射顺序，N×1矢量p_A，p_B，p_C分别表示各下行波束的发射功率。

进一步假设用户的地理位置已知，因此可以得到用户与任一下行波束之间的夹角，令

表示用户k与A小区第m个波束之间的夹角，则用户k在小区A使用第m个波束时的信道增益可以表示为上述公式(1)中的

同理可以计算得到

这两者为用户k在扇区B和C中类似的信道增益。对给定的波束发射顺序及其功率，协作调度区域在一个时隙内的吞吐量可以按以下方法计算。

首先根据用户返回的信道增益，计算其SINR。在第n个时隙，扇区A使用第t_A(n)个波束、扇区B使用第t_B(n)个波束、扇区C使用第t_C(n)个波束，仅当A扇区选中波束t_A(n)时，用户k才能获得服务，这时用户k在第n个时隙的SINR可以通过上述公式(4)获得。

采用最大载干比调度算法为用户分配资源，假设所有扇区的复用因子为1，即，所有扇区有相同的总资源数。假设用户k有足够多的数据占用x_k(n)个资源块，则用户k占用的资源数可以通过上述公式(5)获得。

根据用户的SINR和为其分配的资源数，可以根据上述公式(6)计算出A扇区在时隙n的吞吐量F_A(n)，同理可以计算出B、C扇区在n时隙的吞吐量，最终系统在一个调度周期内的总吞吐量作为t_A，t_B，t_C，p_A，p_B，p_C的函数关系可以用下述公式(7)表示：

F(t_A，t_B，t_C，p_A，p_B，p_C)＝F_A(n)+F_B(n)+F_C(n)(7)

最优的波束发射顺序和功率分配可以通过求解上述函数关系的最大值得到，如下：

$\{t_A^{*},t_B^{*},t_C^{*},p_A^{*},p_B^{*},p_C^{*}\}=\arg \max F(t_A,t_B,t_C,p_A,p_B,p_C)---\left(4\right)$

约束条件为：

$\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_A\left(i\right)\≤P_A;\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_B\left(i\right)\≤P_B;\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_C\left(i\right)\≤P_C;---\left(9\right)$

p_A(i)≥0；p_B(i)≥0；p_C(i)≥0；i＝1，2，...N    (10)

t_A，t_B，t_C∈{1，2，...N}                       (11)

其中，式(9)表示A、B、C扇区在一个调度周期内下行波束的平均发射功率受限；式(10)表示功率为非负值；式(11)表示下行波束的发射顺序取值为整数，并且在1～N之间。

上述优化约束模型是一个混合的非线性规划问题，t_A，t_B，t_C描述了波束使用顺序，取值是整数，而功率的取值为实数。直接求解上述最优化问题存在较大的难度。该实施例提出的迭代方式将其简化为一个整数规划问题和一个实数规划问题。具体可以通过以下步骤求解：

步骤一，随机选取一组符合约束条件的功率分配作为p_A，p_B，p_C的初始值，并设系统的吞吐量初始值为0；

步骤二，在p_A，p_B，p_C确定的情况下求解t_A，t_B，t_C的最优解，这时的问题是整数规划问题，因为t_A，t_B，t_C的所有取值为有限多个，可以采用穷尽法求解；

步骤三，在t_A，t_B，t_C确定的情况下求解p_A，p_B，p_C的最优解，这时的问题是连续可导函数的约束优化问题，可以使用经典的梯度下降法求解；

步骤四，计算当前系统的吞吐量，如果其与前一次迭代吞吐量的差小于吞吐量门限或迭代次数大于等于最大迭代次数，则停止迭代，输出结果，否则转步骤二进行迭代。

图5是本发明系统的第一实施例的结构示意图。

如图5所示，该实施例的系统包括：

初始化模块11，用于在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域，约束条件可以包括在调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限；

波束发射顺序计算模块12，与初始化模块11相连，用于基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序，其中，调度区域内所有用户的总吞吐量是由用户信道参数、下行波束的发射顺序以及下行波束的发射功率决定的；

波束发射功率计算模块13，与波束发射顺序计算模块12相连，用于基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；

吞吐量计算模块14，与波束发射顺序计算模块12和波束发射功率计算模块13相连，用于根据波束发射顺序计算模块确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和波束发射功率计算模块计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；

判断模块15，与吞吐量计算模块14相连，用于判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且迭代次数是否小于最大迭代次数，如果差值大于吞吐量门限并且迭代次数小于最大迭代次数，则更新迭代次数并转到波束发射顺序计算模块，否则，迭代结束。

该实施例以多个小区的相邻扇区为一个调度区域，通过在一个调度周期内对该区域的各扇区内的下行波束的发射顺序进行选择以及调整不同波束的发射功率来降低扇区间的干扰，以实现调度区域的吞吐量最大化。

在上述实施例的调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。

调度周期可以包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

图6是本发明系统的第二实施例的结构示意图。

如图6所示，与图5中的实施例相比，该实施例的系统还包括：

波束设置模块21，与初始化模块11相连，用于确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度，例如图3所示，每个扇区由4种不同的下行波束均匀覆盖扇区，则每个下行波束的张角为30度。

图7是本发明系统的第三实施例的结构示意图。

如图7所示，与图5中的实施例相比，该实施例的系统中的波束发射顺序计算模块31包括：

计算单元311，利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；

比较单元312，与计算单元311相连，用于比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

该实施例可以通过比较简单的穷举法确定满足调度区域内所有用户的总吞吐量最大的每个扇区内的下行波束的发射顺序，显著降低了运算量。

图8是本发明系统的第四实施例的结构示意图。

如图8所示，与图5中的实施例相比，该实施例的系统中的波束发射功率计算模块41包括：

求导单元411，用于利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；

功率确定单元412，与求导单元411相连，用于根据使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

该实施例在获得每个下行波束的发射功率的过程中，将复杂的非线性运算简化为线性运算，显著提高了系统的工作效率。

图9是本发明系统的第五实施例的结构示意图。

如图9所示，与图5中的实施例相比，该实施例的系统中的吞吐量计算模块51包括：

信道增益获取单元511，用于根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

并将信道增益

反馈给基站；

SINR计算单元512，与信道增益获取单元511相连，用于根据信道增益计算用户k在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；

资源分配单元513，与SINR计算单元512相连，用于基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；

时隙吞吐量计算单元514，与SINR计算单元512和资源分配单元513相连，用于根据扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；

总吞吐量计算单元515，与时隙吞吐量计算单元514相连，用于根据每个扇区在调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

关于该实施例的具体实例可以参照上述方法的第五实施例，在此就不再重复。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种扇区间的协作调度方法，其特征在于，所述方法包括：

在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域；

基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；

基于所述调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；

根据确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；

判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且所述迭代次数是否小于最大迭代次数，如果所述差值大于所述吞吐量门限并且所述迭代次数小于所述最大迭代次数，则更新迭代次数并继续执行所述利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤，否则，迭代结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括：

在所述调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度周期包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序的步骤包括：

利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；

比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率的步骤包括：

利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；

根据所述使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算调度区域内所有用户的总吞吐量的步骤包括：

根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角

计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

并将所述信道增益

反馈给基站；

根据信道增益计算用户k在所述调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；

基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；

根据扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在所述调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在所述调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；

根据每个扇区在所述调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算所述调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

9.一种扇区间的协作调度系统，其特征在于，所述系统包括：

初始化模块，用于在调度周期开始时，根据约束条件随机地确定参与协作调度的每个扇区内的每个下行波束的发射功率，并初始化迭代次数，其中，参与协作调度的多个扇区构成调度区域；

波束发射顺序计算模块，与所述初始化模块相连，用于基于调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用每个扇区内的每个下行波束的发射功率确定每个扇区内的每个下行波束的发射顺序；

波束发射功率计算模块，与所述波束发射顺序计算模块相连，用于基于所述调度区域内所有用户的总吞吐量最大的原则，利用确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序计算每个扇区内的每个下行波束的发射功率；

吞吐量计算模块，与所述波束发射顺序计算模块和波束发射功率计算模块相连，用于根据所述波束发射顺序计算模块确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序和所述波束发射功率计算模块计算出的每个扇区内的每个下行波束的发射功率计算调度区域内所有用户的总吞吐量；

判断模块，与所述吞吐量计算模块相连，用于判断相邻两次迭代的调度区域内所有用户的总吞吐量的差值是否大于吞吐量门限并且所述迭代次数是否小于最大迭代次数，如果所述差值大于所述吞吐量门限并且所述迭代次数小于所述最大迭代次数，则更新迭代次数并转到所述波束发射顺序计算模块，否则，迭代结束。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述约束条件包括：

在所述调度周期内，每个扇区内的多个下行波束的平均功率小于预定功率门限。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述调度周期内，每个扇区内的每个下行波束的发射次数为1。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述调度周期包括一个以上的时隙，在每个时隙内每个扇区选择一个下行波束进行发射。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

波束设置模块，与所述初始化模块相连，用于确定每个扇区内的下行波束的数目，并确定每个扇区内的每个下行波束的发射角度。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述波束发射顺序计算模块包括：

计算单元，利用穷举法计算每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量；

比较单元，与所述计算单元相连，用于比较每种下行波束发射顺序下的调度区域内所有用户的总吞吐量的大小，将最大吞吐量所对应的下行波束发射顺序作为确定的每个扇区内的每个下行波束的发射顺序。

15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述波束发射功率计算模块包括：

求导单元，用于利用梯度法得到使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向；

功率确定单元，与所述求导单元相连，用于根据所述使调度区域内所有用户的总吞吐量增加的方向确定每个扇区内的每个下行波束的发射功率。

16.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述吞吐量计算模块包括：

信道增益获取单元，用于根据用户k的位置与扇区A中第m个下行波束之间的夹角计算用户k在扇区A中使用第m个下行波束时产生的信道增益

并将所述信道增益

反馈给基站；

SINR计算单元，与所述信道增益获取单元相连，用于根据信道增益计算用户k在所述调度周期内的第n个时隙上的信干噪比SINR_k(n)；

资源分配单元，与所述SINR计算单元相连，用于基于最大载干比原则为用户k分配资源块数x_k(n)；

时隙吞吐量计算单元，与所述SINR计算单元和所述资源分配单元相连，用于根据扇区A内每个用户的资源块数和扇区A内每个用户在所述调度周期内的第n个时隙上的信干噪比计算扇区A在所述调度周期内的第n个时隙上的吞吐量F_A(n)；

总吞吐量计算单元，与所述时隙吞吐量计算单元相连，用于根据每个扇区在所述调度周期内的每个时隙上的吞吐量计算所述调度区域内所有用户在整个调度周期内的总吞吐量F。

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