CN101958736B - 多用户调度方法和装置以及多用户波束赋形方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户调度方法和装置以及多用户波束赋形方法和装置。在多用户调度方法中，包括：选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。此后，可以利用多用户调度方法中选择的被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。本发明能够以较低的复杂度来保证良好的性能。

Description

多用户调度方法和装置以及多用户波束赋形方法和装置

技术领域

本发明涉及多输入多输出(Multiple-inputMultiple-output，MIMO)技术，尤其涉及高阶MIMO系统中的多用户调度方法和装置以及多用户波束赋形方法和装置。

背景技术

通信技术的发展使得人们在传输速率、性能和系统业务容量等方面对无线通信系统提出了更高的要求。基于MIMO的移动通信系统，即MIMO系统在发送端和接收端都采用多天线结构，其系统容量、数据传输的可靠性以及频谱利用率均可以成倍地增长、满足高传输速率和大系统业务容量的要求，从而能够充分地利用空间分集或者复用增益来提高通信系统的性能。因此，与MIMO系统有关的技术，即MIMO技术已经成为目前移动通信领域的研究热点之一。

MIMO系统中，在基站到多个用户的下行传输过程中，作为发射端的基站通常采用波束赋形技术来实现多用户空分复用的目的。所谓波束赋形技术，是指通过调整阵列天线各阵元的激励，来使天线波束方向调整为指定的波束形状。以时分双工(TimeDivisionDuplex，TDD)系统中的迫零波束赋形为例，基站根据已知的信道信息，选择一组最优的用户，而后对所选择的用户进行波束赋形，以便实现系统容量的最大化。可见，如何从多个用户中选择出被调度的用户，即多用户调度技术，是MIMO系统中迫零波束赋形技术的核心所在。

随机波束赋形算法是一种较为基本的迫零波束赋形方法。在该算法中，每次均以随机方式从所有用户中选择出M个用户进行调度，以形成波束，其中M为基站的发射天线数。这种算法的优点在于每个用户被调度的机会是相等的，即公平性较好，并且基本上无需在用户选择上消耗复杂度；但是，由于随机方式的用户调度，并没有考虑用户的信道条件因素，因此这种算法的性能较差。

贪婪算法也是一种常用的迫零波束赋形方法。在该算法中，首先根据信道增益最大原则找到最优用户，作为第一个被调度用户；而后从第一个被调度用户开始，找出与已选择出的被调度用户构成最优组合的后续被调度用户，并在系统容量降低的情况下，结束用户调度。此后，利用选择出的被调度用户进行波束赋形。图1示出了现有基于贪婪算法的迫零波束赋形方法流程图。参见图1，该方法包括：

在步骤101中，根据信道增益最大原则选择最优用户，作为第一个被调度用户。

本步骤中，首先根据信道信息计算出每个用户的信道增益，并找出信道增益最优用户作为第一个被调度用户s₁，即其中h_i为第i个用户的信道向量，(*)^H表示对括号内的内容取共轭转置，K为等待调度的用户数目，并且1≤i≤K。

在步骤102中，从未被选择的用户中确定与已选择的被调度用户构成最优组合的用户，作为当前选择的被调度用户，组成当前被调度用户集合。

假设当前应该选择第k个被调度用户，则该第k个被调度用户应该满足与前(k-1)个被调度用户组成的组合能够获得最大的系统容量。此时得到的当前被调度用户集合为：S_k＝{s₁,...,s_k}。

在步骤103中，判断当前被调度用户集合对应的系统容量是否大于等于前一被调度用户集合对应的系统容量，如果是，则返回执行步骤102；否则，执行步骤104。

本步骤中，假设R(S_k)为当前被调度用户集合对应的系统容量，R(S_k-1)为前一被调度用户集合对应的系统容量，若R(S_k)≥R(S_k-1)，则表明在加入当前被调度用户后，系统容量有所增加，那么可以继续执行多用户调度，反之，则停止多用户调度。

在步骤104中，根据所选择的被调度用户进行基于迫零的波束赋形操作。

至此，结束基于贪婪算法的迫零波束赋形流程。

从以上的描述可见，在基于贪婪算法的迫零波束赋形方法中，每次均需要对未被选择的用户进行遍历，计算每个未被选择的用户与已选择出的被调度用户一起对应的系统容量，再选择出最大系统容量所对应的那个用户，作为第k个被调度用户。然而，系统容量与用户的信道向量和预编码矩阵之积取模后的平方有关，每选择一个被调度用户都要计算一次系统容量，这样的计算会导致较高的复杂度。

因此，目前需要一种性能和复杂度能够取得均衡的多用户调度方法和波束赋形方法。

发明内容

本发明提供一种多用户调度方法，能够以较低的复杂度来保证良好的性能。

在本发明的多用户调度方法中，包括：

选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；

针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；

将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组；

其中，所述选择至少一个待调度用户，作为组领导用户为：

根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数；

选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

其中，所述根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数为：

按照信道增益对所述待调度用户进行降序排列并计算出所有待调度用户的总信道增益；

根据确定所述候选用户组数，其中J为所述候选用户组数且J为区间[1,M)内的整数，M为发射天线数，E_i为排序后第i个待调度用户的信道增益，E为所有待调度用户的总信道增益，Threshold为预先设置的门限值，其取值范围为M≤Threshold≤K，K为待调度用户数。

其中，所述从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组为：

B1.从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户；

B2.从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合；

B3.根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员；

B4.在当前被选择的备选组员带来系统容量的增加时，将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，并从备选组员集合中删除；

B5.在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数未达到最大用户数时，返回执行步骤B3。

其中，步骤B2所述从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合为：

利用除当前组领导用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与当前组领导用户的信道向量，构成各待调度用户对应的临时矩阵；

对各待调度用户对应的临时矩阵进行正交分解，利用正交分解得到的酉矩阵中与各待调度用户的信道向量在其对应的临时矩阵中所在列数分别相同的列，计算各待调度用户对应的正交信道增益值；

假设所述预定数量为L，将正交信道增益值最大的L个待调度用户选择出来，作为当前组领导用户对应的备选组员集合，其中M≤L<K，M为发射天线数，K为待调度用户数。

其中，步骤B3所述根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员为：

利用当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户的信道向量构建第一辅助矩阵其中至为所述组员用户的信道向量，(*)^T为对括号内的内容取转置；

将第一辅助矩阵B与当前组领导用户对应的备选组员集合中的每个备选组员的信道向量hk分别组成一个第二辅助矩阵

对每个第二辅助矩阵都进行正交分解，利用正交分解得到的酉矩阵中与备选组员用户的信道向量在其对应的第二辅助矩阵中所在列数分别相同的列，计算各备选组员用户对应的正交信道增益值；

将正交信道增益值最大的备选组员用户选择为最优备选组员。

较佳地，所述步骤B5进一步包括：在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到最大用户数时，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则返回执行步骤B1；否则，执行所述将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

较佳地，所述步骤B4进一步包括：在当前被选择的备选组员未带来系统容量的增加时，执行所述判断是否存在未确定组员用户的组领导用户。

本发明还提供一种多用户调度装置，能够以较低的复杂度来保证良好的性能。

在本发明的多用户调度装置中，包括：组领导选择模块、搜索模块以及比较模块，其中，

所述组领导选择模块用于选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；

所述搜索模块用于针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；

所述比较模块用于将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组；

其中，所述组领导选择模块根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数，并且选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

其中，所述搜索模块包括：备选组员集合构建子模块和组员用户确定子模块，其中，

所述备选组员集合构建子模块从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户，从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合；

所述组员用户确定子模块根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员；在当前被选择的备选组员带来系统容量的增加时，将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，从备选组员集合中删除，并在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数未达到最大用户数时，返回执行前述从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员。

较佳地，所述组员用户确定子模块进一步用于在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到最大用户数时，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则通知所述备选组员集合构建子模块执行所述从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户；否则，将候选用户组提供给比较模块。

较佳地，所述组员用户确定子模块进一步用于在当前被选择的备选组员未带来系统容量的增加时，执行所述判断是否存在未确定组员用户的组领导用户。

本发明还提供一种多用户波束赋形方法，能够以较低的复杂度来保证良好的性能。

在本发明的多用户波束赋形方法中，包括：

根据权利要求1至5中任意一项所述的方法确定被调度用户组；

利用所述被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。

本发明又提供一种波束赋形装置，能够以较低的复杂度来保证良好的性能。

在本发明的多用户波束赋形装置中，包括：

根据权利要求8至11中任意一项所述的组领导选择模块、搜索模块和比较模块，以及，

波束赋形模块，用于利用所述比较模块选择的被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。

较佳地，所述装置位于基站中。

由上述方案可见，本发明针对每个组领导用户，仅搜索预定数量的待调度用户来确定组员用户，而无需对所有的待调度用户进行遍历，因此与贪婪算法中的多用户调度相比，本发明方案的复杂度有了较大程度的降低，特别是在待调度用户较多的情况下，这种优势尤为明显；此外，本发明中针对每个组领导用户都根据系统容量来找到对应的组员用户并组成候选用户组，而后将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组，这样的分组操作能够充分利用组分集，从而充分地保证系统性能；再者，本发明中的分组操作以及被搜索的待调度用户的数量的确定均可以根据实际需要而配置，灵活性较高。

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为现有基于贪婪算法的迫零波束赋形方法流程图；

图2为本发明中多用户调度方法的示例性流程图；

图3为本发明中多用户调度装置的示例性结构图；

图4为本发明实施例中多用户调度方法的流程图；

图5为本发明实施例中多用户调度装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中多用户波束赋形装置的结构示意图；

图7为随机波束赋形、基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的性能比较仿真图；

图8为随机波束赋形、基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的复杂度比较仿真图。

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。

本发明在进行多用户调度时，首先建立至少一个候选用户组，而后再从所建立的候选用户组中选择系统容量最大的组，将所选择的候选用户组中的用户作为被调度用户。此后，可以根据被调度用户进行基于迫零的波束赋形操作。

图2示出了本发明中多用户调度方法的示例性流程图。参见图2，该方法包括：

在步骤201中，选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；

在步骤202中，针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；

在步骤203中，将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

图3示出了本发明中多用户调度装置的示例性结构图。参见图3，该装置包括：组领导选择模块、搜索模块以及比较模块。其中，组领导选择模块用于选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；搜索模块用于针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；比较模块用于将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

从以上描述可见，本发明中针对每个组领导用户，仅搜索预定数量的待调度用户来确定组员用户，而无需对所有的待调度用户进行遍历，因此与贪婪算法中的多用户调度相比，本发明方案的复杂度有了较大程度的降低，特别是在待调度用户较多的情况下，这种优势尤为明显；此外，本发明中针对每个组领导用户都根据系统容量来找到对应的组员用户并组成候选用户组，而后将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组，这样的分组操作能够充分利用组分集，从而充分地保证系统性能；再者，本发明中的分组操作以及被搜索的待调度用户的数量的确定均可以根据实际需要而配置，灵活性较高。

以下将详细描述本发明的具体方案。

图4为本发明实施例中多用户调度方法的流程图。参见图4，该方法包括：

在步骤401中，根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数。

假设待调度用户的数目为K，本步骤中首先按照信道增益对待调度用户进行降序排列，即 ${\left[\begin{array}{ccc}{\hat{h}}_1^T& ...& {\hat{h}}_K^T\end{array}\right]}^T=\mathrm{ranking}\left({\left[\begin{array}{ccc}{h}_1^T& ...& h_K^T\end{array}\right]}^T\right),$ 这里h_i为第i个待调度用户的信道向量，为经过排序后的第i个待调度用户的信道向量，(*)^T表示对括号内的内容取转置，ranking(*)表示对括号内的内容进行降序排列。

然后，根据以下公式计算所有待调度用户的总信道增益：

并且其中E为待调度用户的总信道增益，E_i为排序后第i个待调度用户对应的信道增益，(*)^H为对括号内的内容取共轭转置，||为取模操作。

假设候选用户组数为J，J为区间[1,M)内的整数，M为发射天线数，则须满足如下条件：

其中Threshold为预先设置的门限值，其取值范围为M≤Threshold≤K，M为作为发射端的基站的发射天线数目，K为待调度用户数。换言之，前(J-1)个组领导用户的信道增益和小于待调度用户的平均信道增益与门限值之积，而所有组领导用户的信道增益和大于待调度用户的平均信道增益与门限值之积。这种方式可以被称为信道增益窗选择法。经过仿真，这里的门限值Threshold可以优选等于1，5和10。

由于每个候选用户组只具有一个组领导用户，因此候选组领导用户的数目就等于候选用户组的数目，即组领导用户数也等于J。

在步骤402中，选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

由于步骤401中已按照信道增益对待调度用户进行了排序，那么本步骤中只需从排序后的待调度用户中选择前J个用户，每个被选择出的用户都是一个候选用户组中的组领导用户。

在步骤403中，从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户。

在步骤404中，从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合。

这里，由于未开始为当前组领导用户搜索对应的组员用户，因此其所在的候选用户组中仅包含一个用户，即当前组领导用户。将当前组领导用户所在的候选用户组表示为S_j，当前组领导用户可以看作为该候选用户组中的第一个组员用户s_j1，则S_j＝{s_j1}。

而后，利用除当前组领导用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与当前组领导用户的信道向量，构成各待调度用户对应的临时矩阵，具体来说，第k个待调度用户对应的临时矩阵为：此后再对各待调度用户对应的临时矩阵进行正交分解，例如QR分解，Q_kR_k＝A_k；利用矩阵Q_k中与第k个待调度用户的信道向量在其对应的临时矩阵中所在列数相同的列a_k，计算第k个待调度用户对应的正交信道增益值也就是说，a_k为酉矩阵Q_k中的第2列；最后，假设预定数量为L，将正交信道增益值最大的L个待调度用户选择出来，作为当前组领导用户对应的备选组员，这些备选组员构成了当前组领导用户对应的备选组员集合，其中M≤L<K，M为发射天线数，K为待调度用户数。

本步骤中，确定备选组员集合的操作实际上是将除了当前组领导用户之外的所有待调度用户均投影到当前组领导用户所在的候选用户组S_j的正交空间上，从中选择L个投影最长的待调度用户。

在步骤405中，根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员。

本步骤中实质上是选择当前组领导用户的组员用户，当这里所选择的备选组员在后续步骤中被确定选中后，即可成为当前组领导用户所在候选用户组中的组员用户。

具体来说，本步骤中首先利用当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户的信道向量构建第一辅助矩阵其中至为所述组员用户的信道向量，(*)^T为对括号内的内容取转置，再将第一辅助矩阵B与当前组领导用户对应的备选组员集合中的每个备选组员的信道向量h_k均组成一个第二辅助矩阵然后，对每个第二辅助矩阵都进行正交分解，以QR分解为例，Q_kR_k＝C_k；利用酉矩阵Q_k中与备选组员用户的信道向量在其对应的临时矩阵中所在列数相同的列c_k，即矩阵Q_k中的第i列，计算各备选组员用户对应的正交信道增益值最后，将正交信道增益值最大的备选组员用户选择为最优备选组员，即

当选择当前组领导用户所在候选用户组中的第二个组员s_j2时，候选用户组中所包含的组员用户仅有当前组领导用户，此时的第一辅助矩阵第二辅助矩阵可见第二辅助矩阵即为前述步骤404中的临时矩阵A_k，那么_ρk为步骤404中计算出来的正交信道增益值。当选择当前组领导用户所在候选用户组中的第三个组员用户s_j3时，候选用户组中所包含的组员用户为当前组领导用户和第二个组员用户s_j2，此时的第一辅助矩阵 $B=[h_{s_{j1}}^T,h_{s_{j2}}^T],$ 第二辅助矩阵 $C_k=[h_{s_{j1}}^T,h_{s_{j2}}^T,h_k^T].$

在步骤406～407中，判断当前被选择的备选组员是否带来系统容量的增加，如果是，则将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，并从备选组员集合中删除，再执行步骤408；否则，执行步骤409。

在确定当前被选择的备选组员后，利用当前被选择的备选组员对应的正交矩阵计算当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户的系统容量以及将当前被选择的备选组员加入该候选用户组后的系统容量其中， $R_{s_{j(i-1)}}=\underset{i=s_{j1}}{\overset{s_{j(i-1)}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\log }_2(1+{\left|h_i{F}_i\right|}^2),R_{s_{\mathrm{ji}}}=\underset{i=s_{j1}}{\overset{s_{\mathrm{ji}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\log }_2(1+{\left|h_i{F}_i\right|}^2).$ 如果 $R_{s_{\mathrm{ji}}}>R_{s_{j(i-1)}},$ 则表明当前被选择的备选组员带来了系统容量的增加，则该备选组员可以作为一个组员用户加入到当前组领导用户所在的候选用户组中；反之，若则不会将该备选组员选择为组员用户，并且也不会再为当前组领导用户所在的候选用户组增加组员用户，即结束该候选用户组的组员用户选择。

在步骤408中，判断当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数是否达到最大用户数，如果是，则执行步骤409；否则，返回执行步骤405。

本实施例中基站的发射天线数为M，则本步骤中的最大用户数也等于M。若当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到M，则表明针对当前组领导用户的组员用户选择结束。

在步骤409中，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则返回执行步骤403；否则，执行步骤410。

在存在未确定组员用户的组领导用户的情况下，从前述步骤403的选择当前组领导用户开始，为其他组领导用户选择组员用户；若全部的组员用户都拥有自己的组员用户，则表明本实施例中的候选用户组全部构建完毕。

在步骤410中，将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

在完成全部候选用户组的构建后，共存在J个候选用户组，那么以系统容量最大为原则，将最优的候选用户组选择出来，确定为被调度用户组。

至此，本实施例中的多用户调度流程结束。

此后，可以利用被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。具体来说，波束赋形矩阵为：W(S_o)＝H(S_o)^H(H(S_o)H(S_o)^H)-¹。其中，S_o为被调度用户组，W(S_o)为波束赋形矩阵，H(S_o)为被调度用户组S_o对应的信道矩阵。

本实施例步骤403至步骤408中对于各个候选用户组的构建过程既可以采用一个候选用户组接着一个候选用户组的串行方式，又可以采用多个候选用户组一起执行的并行方式。

图5示出了本发明实施例中多用户调度装置的结构示意图。参见图5，该装置包括：组领导选择模块、搜索模块和比较模块。这里将图3中的搜索模块细化为包括备选组员集合构建子模块和组员用户确定子模块。

具体来说，组领导选择模块根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数，并且选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

搜索模块中的备选组员集合构建子模块从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户，从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合。搜索模块中的组员用户确定子模块根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员；在当前被选择的备选组员带来系统容量的增加时，将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，从备选组员集合中删除，并在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数未达到最大用户数时，返回执行前述从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员。进一步，该组员用户确定子模块在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到最大用户数时，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则通知所述备选组员集合构建子模块执行所述从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户；否则，将候选用户组提供给比较模块。而且，组员用户确定子模块还在当前被选择的备选组员未带来系统容量的增加时，执行所述判断是否存在未确定组员用户的组领导用户。

比较模块将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

图6示出了本发明实施例中多用户波束赋形装置的结构示意图。参见图6，该装置包括：组领导选择模块、搜索模块、比较模块和波束赋形模块。组领导选择模块、搜索模块、比较模块与前述图3和图5中的对应模块相同，波束赋形模块用于利用比较模块选择的被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。

本发明中的多用户调度和波束赋形操作均可以在基站中进行。

图7示出了随机波束赋形、基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的性能比较仿真图。这里的仿真参数为：发射天线数M＝8，每个用户的接收天线数为1，预编码方案为迫零方式，待调度用户数K＝10～100，信噪比为10dB，信道类型为平衰落信道。

参见图7，带有方框的线条表示基于贪婪算法的波束赋形，带有实心点的线条表示随机波束赋形，带有短竖线的线条表示1个候选用户组的本实施的波束赋形，带有三角形的线条表示3个候选用户组的本实施的波束赋形，带有圆圈的线条表示7个候选用户组的本实施的波束赋形。从图7可见，本实施例中的波束赋形方案的性能远好于随机波束赋形，并且该方案在候选用户组数越多的情况下，整体的系统容量越大，性能越好，当候选用户组数为7时其性能就已经与基于贪婪算法的波束赋形方案十分接近。

图8示出了随机波束赋形、基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的复杂度比较仿真图。这里的仿真参数与图7的仿真参数相同。参见图8，带有圆圈的线条表示现有基于最优穷尽搜索的波束赋形，带有短竖线的线条表示基于贪婪算法的波束赋形，带有菱形的线条表示1个候选用户组的本实施的波束赋形，带有实心点的线条表示3个候选用户组的本实施的波束赋形，不带任何标记的线条表示7个候选用户组的本实施的波束赋形。从图8可见，在待调度用户数相同的情况下，本实施例的波束赋形方案的复杂度随着候选用户组数的增加而增加，但是即使在候选用户数为7时，本实施例的波束赋形方案的复杂度也远低于基于最优穷尽搜索的波束赋形方案和基于贪婪算法的波束赋形方案。

综上，本实施例中的多用户调度和波束赋形方案引入了分组思想，在构建每个候选用户组时仅对一部分待调度用户进行搜索，有效地降低了复杂度；而且，分组操作的实施能够充分利用组分集，在降低复杂度的同时充分保证系统性能，而且还能够根据实际需要实现候选用户组和备选用户数的灵活配置。

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 (14)

1.一种多用户调度方法，其特征在于，该方法包括：

选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；

针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出带来系统容量增加的用户，作为该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；

将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组；

其中，所述选择至少一个待调度用户，作为组领导用户为：

根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数；

选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数为：

按照信道增益对所述待调度用户进行降序排列并计算出所有待调度用户的总信道增益；

根据确定所述候选用户组数，其中J为所述候选用户组数且J为区间[1,M)内的整数，M为发射天线数，E_i为排序后第i个待调度用户的信道增益，E为所有待调度用户的总信道增益，Threshold为预先设置的门限值，其取值范围为M≤Threshold≤K，K为待调度用户数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出带来系统容量增加的用户，作为该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组为：

B1.从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户；

B2.从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合；

B3.根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员；

B4.在当前被选择的备选组员带来系统容量的增加时，将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，并从备选组员集合中删除；

B5.在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数未达到最大用户数时，返回执行步骤B3。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B2所述从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合为：

利用除当前组领导用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与当前组领导用户的信道向量，构成各待调度用户对应的临时矩阵；

对各待调度用户对应的临时矩阵进行正交分解，利用正交分解得到的酉矩阵中与各待调度用户的信道向量在其对应的临时矩阵中所在列数分别相同的列，计算各待调度用户对应的正交信道增益值；

假设所述预定数量为L，将正交信道增益值最大的L个待调度用户选择出来，作为当前组领导用户对应的备选组员集合，其中M≤L<K，M为发射天线数，K为待调度用户数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B3所述根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员为：

利用当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户的信道向量构建第一辅助矩阵其中至为所述组员用户的信道向量，(*)^T为对括号内的内容取转置；

将第一辅助矩阵B与当前组领导用户对应的备选组员集合中的每个备选组员的信道向量hk分别组成一个第二辅助矩阵

对每个第二辅助矩阵都进行正交分解，利用正交分解得到的酉矩阵中与备选组员用户的信道向量在其对应的第二辅助矩阵中所在列数分别相同的列，计算各备选组员用户对应的正交信道增益值；

将正交信道增益值最大的备选组员用户选择为最优备选组员。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤B5进一步包括：在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到最大用户数时，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则返回执行步骤B1；否则，执行所述将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B4进一步包括：在当前被选择的备选组员未带来系统容量的增加时，执行所述判断是否存在未确定组员用户的组领导用户。

8.一种多用户调度装置，其特征在于，该装置包括：组领导选择模块、搜索模块以及比较模块，其中，

所述组领导选择模块用于选择至少一个待调度用户，作为组领导用户；

所述搜索模块用于针对每个组领导用户，根据系统容量，从除该组领导用户之外的预定数量的待调度用户中搜索出带来系统容量增加的用户，作为该组领导用户对应的组员用户，并利用该组领导用户及其对应的组员用户组成候选用户组；

所述比较模块用于将系统容量最大的候选用户组选择为被调度用户组；

其中，所述组领导选择模块根据待调度用户的总信道增益确定候选用户组数，并且选择出数量与候选用户组数相等的信道增益最大的待调度用户，分别作为各候选用户组的组领导用户。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述搜索模块包括：备选组员集合构建子模块和组员用户确定子模块，其中，

所述备选组员集合构建子模块从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户，从除当前组领导用户之外的待调度用户中，选择出预定数量的信道增益最大的待调度用户，作为当前组领导用户对应的备选组员集合；

所述组员用户确定子模块根据当前组领导用户所在的候选用户组中待调度用户的信道向量以及对应的备选组员集合中备选组员的信道向量，从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员，作为当前被选择的备选组员；在当前被选择的备选组员带来系统容量的增加时，将当前被选择的备选组员加入到当前组领导用户所在的候选用户组中，从备选组员集合中删除，并在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数未达到最大用户数时，返回执行前述从当前组领导用户对应的备选组员集合中选择出最优备选组员。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述组员用户确定子模块进一步用于在当前组领导用户所在的候选用户组中的组员用户数达到最大用户数时，判断是否存在未确定组员用户的组领导用户，如果是，则通知所述备选组员集合构建子模块执行所述从未确定组员用户的组领导用户中选择一个作为当前组领导用户；否则，将候选用户组提供给比较模块。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述组员用户确定子模块进一步用于在当前被选择的备选组员未带来系统容量的增加时，执行所述判断是否存在未确定组员用户的组领导用户。

12.一种多用户波束赋形方法，其特征在于，该方法包括：

根据权利要求1至5中任意一项所述的方法确定被调度用户组；

利用所述被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。

13.一种多用户波束赋形装置，其特征在于，该装置包括：

根据权利要求8至11中任意一项所述的组领导选择模块、搜索模块和比较模块，以及，

波束赋形模块，用于利用所述比较模块选择的被调度用户组中的各个用户进行基于迫零的波束赋形。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置位于基站中。