CN102215585B - 多用户配对方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多用户配对方法和装置，其中，该方法包括：在每次用户配对之前，对各资源分配单位进行排序并设置优先级；根据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。本发明在多轮分配之前引入资源分配单位的排序，从而具备按照不同的系统优化目标进行优化的可操作性。

Description

多用户配对方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种多用户配对方法和装置。

背景技术

目前的多用户MIMO技术通过对空间多个用户进行复用，达到提升系统容量的目的。多用户MIMO技术的关键点为复用用户的配对，目前一般采用的配对方法为多轮资源分配与贪婪遍历结合的多用户调度方法。

当前的通信系统中，多用户调度主要基于两轮资源分配与贪婪遍历结合的方法。

(1)第一轮分配

第一轮分配，用于保证小区内调度用户的公平性。对小区内所有存在传输需求的用户(假设为K个)，按照一定算法对K个用户进行排序。

常用的排序算法有正比公平算法(PF，Proportional Fair)、轮询算法(RR，Round Robin)等。一般的排序方式有两种：基于用户排序和基于资源单元排序。基于用户的排序方式为，依据排序算法为每个用户计算优先级权值，优先级最高的用户优先分配资源，在剩余资源集合内(全部资源集合去除已分配资源的集合)选取信道质量最高的若干物理资源分配给用户，分配给用户的物理资源数目可以按照用户数据传输需求确定，也可以分配固定的数目。基于物理资源单元的分配方式为，依据排序算法计算每个用户在每个物理资源单元上的优先级权值，在各物理资源单元上选取具有最高优先级权值的用户。

在各物理资源单元上，第一轮分配的用户称为主用户。

(2)后续多轮分配

后续多轮分配在第一轮分配的基础上，为完成主用户完成多用户复用匹配功能，即为每个物理资源单元选择干扰较小，使系统性能较大的配对用户。最优的匹配方法为遍历所有匹配可能性，找出系统性能最高的匹配关系。鉴于实现复杂性和系统性能的折衷，一般采用贪婪遍历。对于最大可复用用户数＞2的情况，后续需要执行多轮分配循环。

贪婪遍历方法为，依次为在各个物理资源单元上遍历小区内有数据传输需求的n个用户，为主用户以及已配对用户(在最大复用用户数大于2时)选择最优的匹配用户，保证各个物理资源单元上能够在仍有数据传输需求的用户中选择到使该物理资源单元性能最优的配对用户。

后续多轮分配为所有物理资源单元均选择了剩余可配对用户中最合理的配对用户。

检验用户匹配关系的算法依据通信系统不同制式、不同反馈方式等因素而不同，一般的匹配检测算法有：传输容量比较、信道相关性比较、来波方向夹角比较等。

目前基于多轮资源分配与贪婪遍历结合的多用户配对方法中，第一轮分配的结果符合小区内用户的公平性，后续几轮匹配会影响第一轮分配的公平性，如果信道质量较差的主用户被共享资源，会导致该边缘用户频谱效率下降，后续的调度中为保证公平性为其分配额外资源，导致小区系统性能下降。

通信系统中，小区有业务数据传输需求的用户数量有限，且存在VoIP、游戏、HTTP、FTP和流媒体等各种类型业务，各业务源突发特性不同，且每次调度业务的数据传输量有限，可能存在该调度时刻无数据传输或传输数据仅需要部分物理资源。以上特性决定了，采用目前的多轮分配与贪婪遍历结合的多用户调度方法，可能导致在后续几轮分配时信道质量更高、更适合多用户传输的主用户在为其分配的资源上遍历匹配时，适合多用户传输的可配对用户变少或不存在，导致边缘用户性能和系统性能下降。

发明内容

针对相关技术中存在的一个或多个问题，本发明的目的在于提供一种多用户配对方法和装置，以解决上述问题中的至少之一。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多用户配对方法，该方法包括：在每次用户配对之前，对各资源分配单位进行排序并设置优先级；根据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

根据本发明的一个方面，提供了一种多用户配对装置，该装置包括：优先级设置单元，用于在每次用户配对之前，对各资源分配单位进行排序并设置优先级；配对单元，根据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

借助本发明上述至少一个技术方案，本发明在第一轮分配完成后以及后续多轮分配之前引入资源分配单位的排序，从而具备按照不同的系统优化目标进行优化的可操作性。基于公平性影响最小的目标下，在小区用户数较少，用户业务突发性强的情况下，可以在引入多用户传输(MU-MIMO)方式下，保证小区公平性，保证边缘用户频谱效率，并适当提高系统频谱效率。基于多用户匹配传输后性能损失最小的目标下，可以提高系统频谱效率。

附图说明

图1根据本发明的实施例的多用户配对方法的流程图；以及

图2根据本发明的实施例的多用户配对装置的框图。

具体实施方式

本发明为对相关的多用户调度中配对方法的修正。针对多用户调度方法中多轮分配的特点和实际通信系统的突发特性，通过在第一轮以及后续配对之前引入排序步骤，为不同的资源分配不同的遍历优先级，使后续的用户配对更合理。在不同的排序准则下，实现不同的优化效果。

本发明基于相关的多轮分配与贪婪遍历结合的多用户配对方法，将各资源分配单位上第一轮分配的主用户，按照一定的依据排序，顺序进行贪婪遍历匹配。可以根据不同的系统优化目标，采取不同的排序依据。

资源分配单位可以为最基本的物理资源单元或若干最基本物理资源单元的组合，资源分配单位上分配的用户相同。如LTE系统中，资源分配单位可以为单个PRB或多个PRB的组合，作为调度中基本的资源分配单位。

推荐的排序依据可以为：

(a)多用户匹配传输后对公平性影响最小的用户具有高优先级；

(b)多用户匹配传输后性能损失最小的用户具有高优先级；

检验用户匹配关系的算法依据通信系统不同制式、不同反馈方式等因素而不同，一般的匹配检测算法有：传输容量比较、信道相关性比较、来波方向夹角比较等，本发明不局限于某种算法。

图1是根据本发明的实施例的多用户配对方法的流程图。如图1所示，根据本发明的实施例的多用户配对方法包括：

S102，在每次用户配对之前，对各资源分配单位进行排序并设置优先级。其中，按照各资源分配单位上用户的信道质量对各资源分配单位进行排序并设置优先级。

S104，根据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

根据优化目标为，公平性影响最小的用户具有最高优先级：

在最大用户数为2的传输模式下，对各资源分配单位的排序依据为：按照资源分配单位上主用户的信道质量从大到小排序。

在最大用户数大于2的传输模式下，根据以下排序因子对各资源分配单位进行从大到小排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

根据优化目标为，多用户匹配传输后性能损失最小的用户具有最高优先级：

在最大用户数为2的传输模式下，对各资源分配单位的排序依据为：按照资源分配单位上主用户的信道质量从小到大排序。

在最大用户数大于2的传输模式下，根据以下排序因子对各资源分配单位进行从大到小排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

其中，基于香农公式或者基于信道质量与调制编码方案和传输块大小的映射确定信道质量与频谱效率的映射。

对于包括多个物理资源单元的资源分配单位，信道质量由终端上报或者通过多个物理资源单元上的信道质量拟合来获得。

优选地，采用贪婪遍历方式进行遍历，但是也可以采用其他遍历方式进行遍历。

图2是根据本发明的实施例的多用户配对装置的框图。如图2所示，根据本发明的实施例的多用户配对装置200包括：优先级设置单元202，用于在每次用户配对之前，对各资源分配单位进行排序并设置优先级。配对单元204，根据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

其中，优先级设置单元按照各资源分配单位上用户的信道质量对各资源分配单位进行排序并设置优先级。

根据优化目标为，公平性影响最小的用户具有最高优先级：

在最大用户数为2的传输模式下，优先级设置单元对各资源分配单位的排序依据为：按照资源分配单位上主用户的信道质量从大到小排序。

在最大用户数大于2的传输模式下，优先级设置单元根据以下排序因子对各资源分配单位进行从大到小排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

根据优化目标为，多用户匹配传输后性能损失最小的用户具有最高优先级：

在最大用户数为2的传输模式下，优先级设置单元对各资源分配单位的排序依据为：按照资源分配单位上主用户的信道质量从小到大排序。

在最大用户数大于2的传输模式下，优先级设置单元根据以下排序因子对各资源分配单位进行从小到大排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

优先级设置单元基于香农公式或者基于信道质量与调制编码方案和传输块大小的映射确定信道质量与频谱效率的映射。

对于包括多个物理资源单元的资源分配单位，信道质量由终端上报或者通过多个物理资源单元上的信道质量拟合来获得。

配对单元优选地采用贪婪遍历方式进行遍历，但是也可以采用其他遍历方法进行遍历。

以下具体介绍本发明的具体实现方式：

对于2用户复用的情况，实现方式如下：

步骤1：第一轮分配，为各资源分配单位选择主用户，排序算法和排序方式不局限；

步骤2：按照一定排序依据，对各资源分配单位上的主用户进行排序，为各资源分配单位设置优先级，排序依据不局限；

步骤3：依据优先级顺序，对各资源分配单位上的主用户，遍历小区有数据传输需求的用户，选择最优匹配用户，检验用户匹配关系的算法不局限。

对于＞2用户复用的情况，实现方式如下：

步骤1：第一轮分配，为各资源分配单位选择主用户，排序算法和排序方式不局限；

步骤2：按照一定排序依据，对各资源分配单位进行排序(该资源分配单位上选择的用户可以大于1)，为各资源分配单位设置优先级，排序依据不局限；

步骤3：依据优先级顺序，对各资源分配单位上已经选择的用户(各资源分配单位上已经选择的用户数可能不同)，遍历小区有数据传输需求的其它用户，选择最优匹配用户，检验用户匹配关系的算法不局限。

步骤4：判决排序次数＞＝最大传输用户数上限(即该轮贪婪遍历匹配后，某些资源分配单位上用户数已经达到最大传输用户数上限)，不满足条件则返回步骤2，否则结束多用户匹配。

推荐的排序依据：

依据1：该依据优化目标为，公平性影响最小的用户具有高优先级。

(a)最大用户数为2的传输模式下：按照资源分配单位上主用户的信道质量从大到小排序。信道质量可以为终端上报的CQI(Channel QualityIndicator，信道质量指示符)，CQI可以为子带CQI或宽带CQI；信道质量也可以为基站侧基于上行传输信道测量的信道质量信息，如LTE系统中的Sounding RS(Sounding Reference Symbol，sounding参考符号)。由于信道质量和信道容量呈正比关系，该依据可以作为信道容量相对关系的反映。

(b)最大用户大于2的传输模式下：

设用户i在该资源分配单位上信道质量为q_i，q_i为线性值，该资源分配单位上已经选择的用户数可以大于1；按照资源分配单位上已选用户的信道质量从大到小排序；

设该用户在该资源分配单位上的频谱效率为f(q_i)，信道质量与频谱效率的映射可以基于香农公式，也可以基于信道质量与MCS(Modulation andCoding Schedule，调制编码方案)和传输块大小的映射；

设该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子为x；

排序因子为：

$F=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}f(q_i/x)}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}f\left(q_i\right)}$

依据2：该依据优化目标为，多用户匹配传输后性能损失最小的用户具有高优先级。

(a)最大用户数为2的传输模式下：同依据1(a)相反，按照资源单元上主用户的信道质量从小到大排序；

(b)最大用户大于2的传输模式下：

基本假设同依据1(b)；按照资源分配单位上已选用户的信道质量从小到大排序；

排序因子为：

$F=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}f(q_i/x)-\underset{i}{\mathrm{\Σ}}f\left(q_i\right)$

需要注意的是：对于包括多个物理资源单元的资源分配单位，其信道质量的获取可以由终端上报，也可以通过各物理资源单元上的信道质量拟合。具体的信道质量拟合方法本发明不涉及，可以采用线性平均、EESM、MI-ESM等常用的信道质量拟合方法。

具体实例：

以TD-LTE系统为例：终端反馈子带CQI；第一轮分配排序算法为正比公平，排序方式为基于物理资源单元PRB(Physical Resource Block，物理资源块)排序；第二轮检验用户匹配关系的算法为容量比较，基站侧基于Sounding RS测量信道信息H；第一轮分配后，各物理资源单元排序依据为依据1；最大传输用户数为2。

步骤1：第一轮分配，计算在各PRB上各用户的公平因子并排序，选择优先级最高的用户作为主用户；

步骤2：对各PRB按照其主用户的CQI大小排序；

步骤3：按照各PRB排序优先级依次选取匹配用户，匹配用户时根据其CQI和信道信息计算容量并计算各天线赋形权值。其中的计算方法可以采用现有的计算方法，只要能够得到容量和个天线赋形权值即可。

综上，借助本发明上述至少一个技术方案，通过本发明的多用户配对方法和装置，在多轮分配之前引入资源分配单位的排序，从而具备按照不同的系统优化目标进行优化的可操作性。基于公平性影响最小的目标下，在小区用户数较少，用户业务突发性强的情况下，可以在引入多用户传输(MU-MIMO)方式下，保证小区公平性，保证边缘用户频谱效率，并适当提高系统频谱效率。基于多用户匹配传输后性能损失最小的目标下，可以提高系统频谱效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种多用户配对方法，其特征在于，所述方法包括：

在每次用户配对之前，按照各资源分配单位上用户的信道质量对各资源分配单位进行排序并设置优先级；

根据所述优先级顺序，对所述各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最大用户数为2的传输模式下，对所述各资源分配单位的排序依据为：按照所述资源分配单位上主用户的信道质量从大到小排序。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最大用户数大于2的传输模式下，根据以下排序因子对所述各资源分配单位进行从大到小排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最大用户数为2的传输模式下，对所述各资源分配单位的排序依据为：按照所述资源分配单位上主用户的信道质量从小到大排序。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在最大用户数大于2的传输模式下，根据以下排序因子对所述各资源分配单位进行从小到大排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，基于香农公式或者基于信道质量与调制编码方案和传输块大小的映射确定信道质量与频谱效率的映射。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对于包括多个物理资源单元的资源分配单位，信道质量由终端上报或者通过所述多个物理资源单元上的信道质量拟合来获得。

8.一种多用户配对装置，其特征在于，所述装置包括：

优先级设置单元，用于在每次用户配对之前，按照各资源分配单位上用户的信道质量对各资源分配单位进行排序并设置优先级；

配对单元，根据所述优先级顺序，对所述各资源分配单位上已经选择的用户遍历小区中有数据传输需求的其他用户，选择最优匹配用户。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在最大用户数为2的传输模式下，所述优先级设置单元对所述各资源分配单位的排序依据为：按照所述资源分配单位上主用户的信道质量从大到小排序。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在最大用户数大于2的传输模式下，所述优先级设置单元根据以下排序因子对所述各资源分配单位进行从大到小排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在最大用户数为2的传输模式下，优先级设置单元对所述各资源分配单位的排序依据为：按照所述资源分配单位上主用户的信道质量从小到大排序。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在最大用户数大于2的传输模式下，所述优先级设置单元根据以下排序因子对所述各资源分配单位进行从小到大排序：其中，q_i为用户i在该资源分配单位上的信道质量，q_i为线性值，f(q_i)为该用户在该资源分配单位上的频谱效率，x为该资源分配单位上引入新用户匹配传输后，带来的功率下降和干扰损失因子。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述优先级设置单元基于香农公式或者基于信道质量与调制编码方案和传输块大小的映射确定信道质量与频谱效率的映射。

14.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于，对于包括多个物理资源单元的资源分配单位，信道质量由终端上报或者通过所述多个物理资源单元上的信道质量拟合来获得。