CN102404086B - 多用户调度方法和装置以及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及装置，波束赋形方法及装置。其中调度方法包括：A.选择至少一个备选调度用户，得到当前容量组合集；B.针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除该用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个备选用户，得到对应该容量组合的次级容量组合；C.从所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集；D.若次级容量组合集中特定容量组合的系统容量大于等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，则将次级容量组合集作为当前容量组合集返回执行步骤B；否则，将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户。本发明所公开的技术方案能提供较好的性能。

Description

多用户调度方法和装置以及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MIMO系统中基于多条路径的多用户调度方法和装置以及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系统既可以是传统的集中式天线MIMO系统，也可以是分布式天线MIMO系统。其中，分布式天线MIMO系统包括中心处理单元及与中心处理单元通过光纤或其它设备连接的多个射频拉远单元(Remoteradiounit，RRU)，即分布式单元。

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。在进行波束赋形之前，基站需要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P个用户进行调度，以形成波束，其中P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容量组合的用户，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容量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或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，利用前一被调度用户集合中的各个用户进行波束赋形操作。

至此，结束基于贪婪算法的波束赋形流程。

从以上的描述可见，在基于贪婪算法的波束赋形方法中，每次均最多选择一个用户，而且有最大信道增益的用户总是固定作为被选出的第一个用户。然而，通过研究发现，最优用户组中不一定包含最大信道增益的用户。因此，目前需要一种性能和复杂度能够取得较好均衡的多用户调度方法和波束赋形方法。

发明内容

有鉴于此，本发明中一方面提供一种多用户调度方法及装置，另一方面提供一种波束赋形方法和装置，能够提供比贪婪算法更好的性能。

本发明所提供的多用户调度方法，包括：

A.选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集；

B.针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合；所述对应侯选用户集为除所述用户之外的所有待调度用户构成的集合，或者为从除所述用户之外的所有待调度用户中选取的预定数量的信道增益最大的用户构成的集合；

C.从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集；

D.若所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，则将所述次级容量组合集作为当前容量组合集，并在容量组合中的用户数小于最大用户数时返回执行步骤B；否则，将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户；

所述次级容量组合集中的特定容量组合为次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的容量组合为当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合。

较佳地，步骤A中所述选择至少一个备选调度用户包括：

按照信道增益对所有待调度用户进行降序排列；

从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户，M₁为大于或等于1的整数。

较佳地，步骤A和步骤B之间进一步包括：针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集；

步骤B中针对由各个备选调度用户作为第一组员用户的容量组合，其对应候选用户集为：从所述备选调度用户对应的候选用户集中除去所述容量组合中的用户之外的用户集合。

较佳地，所述针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集包括：

针对每个备选调度用户，利用除所述备选调度用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与所述备选调度用户的信道向量，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，作为所述备选调度用户对应的候选用户集，其中P≤L＜K，P为发射天线数，K为待调度用户数。

较佳地，步骤B中所述对应侯选用户集为：除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合。

较佳地，步骤D中所述次级容量组合集中的特定容量组合为：次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；

步骤D中所述当前容量组合集中的特定容量组合为：当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合。

本发明所提供的多用户调度装置，包括：

第一选择模块，用于选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集，将当前容量组合集提供给搜索模块；

搜索模块，用于针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合；所述对应侯选用户集为除所述用户之外的所有待调度用户构成的集合，或者为从除所述用户之外的所有待调度用户中选取的预定数量的信道增益最大的用户构成的集合；

第二选择模块，用于从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集；

判断模块，用于判断次级容量组合集中特定容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，如果是，则将所述次级容量组合集作为当前容量组合集，并判断容量组合中的用户数是否小于最大用户数，如果是，则将当前容量组合集提供给搜索模块；若判断所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量小于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量或者判断容量组合中的用户数等于最大用户数，则将当前容量组合集提供给调度用户确定模块；所述次级容量组合集中的特定容量组合为次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的容量组合为当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合；

调度用户确定模块，用于将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户确定为被调度用户。

较佳地，所述第一选择模块按照信道增益对所有待调度用户进行降序排列，从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户，M₁为大于或等于1的整数。

较佳地，该装置进一步包括：候选用户集确定模块，用于针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集，将所述候选用户集提供给所述搜索模块；

所述搜索模块针对由各个备选调度用户作为第一组员用户的容量组合，从除所述容量组合中的用户之外的所述备选调度用户对应的候选用户集中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。

较佳地，所述搜索模块从除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。

较佳地，所述判断模块判断次级容量组合集中系统容量最大的容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中系统容量最大的或最小的容量组合的系统容量。

本发明所提供的波束赋形方法，包括：

根据权利要求1至6中任意一项所述的方法确定被调度用户；

利用所述被调度用户进行波束赋形。

本发明所提供的波束赋形装置，包括：

根据权利要求7、8、10和11中任意一项所述的第一选择模块、搜索模块、第二选择模块、判断模块和调度用户确定模块，以及，

波束赋形模块，用于利用所述调度用户确定模块确定的被调度用户进行波束赋形。

较佳地，该装置进一步包括：权利要求9中所述的候选用户集确定模块。

较佳地，所述装置位于基站中。

从上述方案可以看出，本发明中通过选取至少一个备选调度用户，并针对每个备选调度用户选取至少一个与该备选调度用户构成最优容量组合的待调度用户，根据系统容量从所述待调度用户中选取至少一个待调度用户作为备选用户，在特定备选用户带来系统容量的增加时，针对每个包括备选调度用户及对应备选用户的容量组合，选取至少一个与所述容量组合中的用户构成最优容量组合的待调度用户，依次类推，直到特定备选用户未带来系统容量的增加或者容量组合中的用户达到最大用户数时，输出系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户。这种多路径的最优容量组合搜索，能够充分地保证系统性能。

此外，本发明实施例中的多路径搜索操作所涉及用户数量的确定以及被搜索的候选用户集中用户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

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为本发明实施例中多用户调度方法的示例性流程图；

图3为本发明实施例中多用户调度方法的用户选择示意图；

图4为本发明实施例中多用户调度装置的示例性结构图；

图5为本发明实施例中波束赋形装置的示例性结构图；

图6为本发明实施例中基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的一个性能比较仿真图；

图7为本发明实施例中基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的一个复杂度比较仿真图；

图8为本发明实施例中基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的又一个性能比较仿真图；

图9为本发明实施例中基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的又一个复杂度比较仿真图。

具体实施方式

本发明在进行多用户调度时，采用多路径的最优容量组合搜索方法，从搜索出的结果中选取系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户。此后，可以根据被调度用户进行波束赋形操作。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

图2为本发明实施例中多用户调度方法的示例性流程图。参见图2，该方法包括：

步骤201，选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集。

具体实现时，本步骤中可采用与现有技术中一样的方法选择备选调度用户，即根据待调度用户的信道增益选择备选调度用户。假设待调度用户的数目为K，则本步骤中可首先按照信道增益对待调度用户进行降序排列，即 ${\left[\begin{array}{ccc}{\hat{h}}_1^T& ...& {\hat{h}}_K^T\end{array}\right]}^T=ranking\left({\left[\begin{array}{ccc}{\hat{h}}_1^T& ...& {\hat{h}}_K^T\end{array}\right]}^T\right),$ 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。若预先设定选择M₁个备选调度用户，则本步骤中可从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户。其中，M₁为大于或等于1的整数。

此外，也可以按照其他方法选择备选调度用户，此处不再一一赘述。

这里，由于未开始为当前待调度用户搜索对应的较优容量组合用户，因此其对应的容量组合只有一个，且其中仅包含一个用户，即当前待调度用户。将当前待调度用户对应的容量组合表示为S_r，则当前待调度用户可以看作为其对应的容量组合中的第一个备选用户s_r1，则S_r＝{s_r1}。其中，r＝0,…,M₁。

步骤202，针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合。

本步骤中，候选用户集可以是除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合。

或者，为了降低运算复杂度，可针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集。具体实现时，各个备选用户对应的候选用户集中的用户数量可以相同，也可以不同，具体可根据实际需要确定。之后，对应由不同备选调度用户作为第一备选用户的容量组合，其所对应的候选用户集也不同，针对由每个备选调度用户作为第一备选用户的容量组合，将所述容量组合中的用户从所述备选调度用户对应的候选用户集中去掉之后的用户集合作为所述容量组合的对应候选用户集。其中，对应不同的备选调度用户，其候选用户集中的用户数量可以相同，也可以不同。具体可根据实际需要确定。

具体实现时，对应当前容量组合集中不同的容量组合，从除所述容量组合中用户之外的对应侯选用户集中可搜索相同数量或不同数量的与所述用户构成最优容量组合的备选用户，即对应当前容量组合集中不同的容量组合选取的备选用户的数量可以相同，也可以不同，具体数量可根据实际需要确定。

例如，假设当前容量组合集中的容量组合仅包含一个备选用户，即备选调度用户，并假设当前容量组合集中包括两个容量组合，即包括备选调度用户A的容量组合S_A＝{s_A1}和包括备选调度用户B的容量组合S_B＝{s_B1}。则针对容量组合S_A＝{s_A1}，本步骤中可选取3个备选用户，相应得到的对应该容量组合的次级容量组合可包括：S_A1＝{s_A1,s_A21}，S_A2＝{s_A1,s_A22}，S_A3＝{s_A1,s_A23}；针对容量组合S_B＝{s_B1}，本步骤中可选取3个备选用户，相应得到的对应该容量组合的次级容量组合可包括：S_B1＝{s_B1,s_B21}，S_B2＝{s_B1,s_B22}。当然本步骤中针对各容量组合选择的备选用户数量并不限于上述示例。例如，对应容量组合S_A＝{s_A1}的次级容量组合也可仅选取2个备选用户，即具有与容量组合S_B＝{s_B1}相同的备选用户数量。

同样地，假设当前容量组合集中的容量组合包含两个备选用户，即备选调度用户和第二备选用户，并假设当前容量组合集中也包括两个容量组合，且假设上例中的次级容量组合经过步骤203的选择之后保留了容量组合S_A1＝{s_A1,s_A21}和S_B2＝{s_B1,s_B22}，当然也有可能经过步骤203后仅保留了由备选调度用户A作为第一备选用户的容量组合，如S_A1＝{s_A1,s_A21}和S_A2＝{s_A1,s_A22}或反之，或其它组合。则针对容量组合S_A1＝{s_A1,s_A21}，本步骤中可选取2个备选用户，相应得到的对应该容量组合的次级容量组合可包括：S_A11＝{s_A1,s_A21,s_A31}，S_A12＝{s_A1,s_A21,s_A32}；针对容量组合S_B2＝{s_B1,s_B22}，本步骤中可选取3个备选用户，相应得到的对应该容量组合的次级容量组合可包括：S_B21＝{s_B1,s_B22,s_B31}，S_B22＝{s_B1,s_B22,s_B32}，S_B23＝{s_B1,s_B22,s_B33}。同样，本步骤中针对各容量组合选择的备选用户数量并不限于上述示例，例如，对应容量组合S_B2＝{s_B1,s_B22}的次级容量组合也可仅选取2个备选用户，即具有与容量组合S_A1＝{s_A1,s_A21}相同的备选用户数量。

同理，对于容量组合中包含其它数量的备选用户的情况与上述示例类似。当然，上述仅是列举了一种示例，具体数量可根据实际需要确定。

步骤203，从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集。

本步骤中，针对包含不同用户数量的次级容量组合可选取相同数量的次级容量组合，也可选取不同数量的次级容量组合，具体选取的次级容量组合的数量可根据实际需要进行确定。

例如，对于上述示例中的次级容量组合S_A1＝{s_A1,s_A21}，S_A2＝{s_A1,s_A22}，S_A3＝{s_A1,s_A23}，S_B1＝{s_B1,s_B21}，S_B2＝{s_B1,s_B22}，假设其系统容量的大小关系为则本步骤中可选取系统容量较大的前3个次级容量组合，或者选取其它数量的次级容量组合，如前2个或前1个等。

同样，对于上述示例中的次级容量组合S_A11＝{s_A1,s_A21,s_A31}，S_A12＝{s_A1,s_A21,s_A32}，S_B21＝{s_B1,s_B22,s_B31}，S_B22＝{s_B1,s_B22,s_B32}，S_B23＝{s_B1,s_B22,s_B33}，假设其系统容量的大小关系为则本步骤中可选取系统容量较大的前2个次级容量组合，或者选取其它数量的次级容量组合，如前3个或前4个等。

步骤204，判断所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，如果是，则执行步骤205；否则执行步骤207。

本步骤中，可判断次级容量组合集中最大的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中最大的系统容量，如是，则执行步骤205；否则执行步骤207。即所述次级容量组合集中的特定容量组合为：次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的特定容量组合为：当前容量组合集中系统容量最大的容量组合。

或者，也可判断次级容量组合集中最大的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中最小的系统容量，如是，则执行步骤205；否则执行步骤207。即所述次级容量组合集中的特定容量组合为：次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的特定容量组合为：当前容量组合集中系统容量最小的容量组合。

或者，也可根据实际需要选用其它判断原则。

步骤205，将所述次级容量组合集作为当前容量组合集。

步骤206，判断当前容量组合中的用户数是否小于最大用户数，如是，则返回执行步骤202；否则执行步骤207。

本实施例中假设基站的发射天线数为P，则本步骤中的最大用户数也可等于P。若当前容量组合中的用户数达到P，则表明当前多路径的容量组合搜索结束。

步骤207，将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户。

本步骤中，以系统容量最大为原则，将最优的容量组合中的用户选择出来，确定为被调度用户。

至此，本实施例中的多用户调度流程结束。

此后，可以利用各被调度用户进行波束赋形。以基于迫零的波束赋性形为例，则波束赋形矩阵为：W(S_o)＝H(S_o)^H(H(S_o)H(S_o)^H)^-1。其中，S_o为所选择的容量组合中的被调度用户集，W(S_o)为波束赋形矩阵，H(S_o)为被调度用户集S_o对应的信道矩阵。

具体实现时，本发明实施例中若预先针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户的候选用户集，则相应的选取方法可以有多种。例如可以基于正交准则进行选取，也可以基于系统容量的准则进行选取，还可以基于其他准则进行选取，此处不再一一列举。

下面以基于QR分解的正交准则为例，对基于正交准则进行选取的方法进行详细描述。

针对每个备选调度用户，利用除所述备选调度用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与所述备选调度用户的信道向量，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；利用酉矩阵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，构成当前备选调度用户对应的候选用户集，其中P≤L＜K，P为发射天线数，K为待调度用户数。

这种方法中，确定候选用户集合的操作实际上是将除了当前备选调度用户之外的所有待调度用户均投影到当前备选调度用户所在的容量组合S_j的正交空间上，从中选择L个投影最长的待调度用户。

此外，基于系统容量的选取方法可以为：针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的与所述备选调度用户构成最优容量组合的用户，作为对应所述备选调度用户的候选用户集。若采用这种方法，则在上述步骤202中，对于当前容量组合只包括一个备选用户，即备选调度用户的情况，可直接从所述备选调度用户对应的候选用户集中选取系统容量最大的至少一个用户，作为搜索出的至少一个与所述容量组合中的用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合，即包括两个备选用户的容量组合。

上述步骤202中，针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户时，可根据当前容量组合中用户的信道向量以及对应候选用户集中用户的信道向量，从对应候选用户集中选择出与所述容量组合中的用户构成最优容量组合的备选用户。下面对该过程进行详细描述：

首先利用当前容量组合中的备选用户的信道向量构建第一辅助矩阵其中至为所述备选用户的信道向量，(*)^T为对括号内的内容取转置，再将第一辅助矩阵B与对应候选用户集中的每个用户的信道向量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中与候选用户集中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，计算候选用户集中各用户对应的正交信道增益值最后，将正交信道增益值较大的前几个候选用户选择为最优备选用户。

为使本发明实施例中的方案更加清楚明白，下面结合附图3对图2所示方法的用户选择过程进行举例说明。

图3示出了本发明实施例中多用户调动方法的用户选择示意图。如图3所示，在步骤201中从K个待调度用户中选择M₁个备选调度用户。之后针对每个备选调度用户从除该备选调度用户之外的K-1个待调度用户中选取信道增益较大的多个用户，作为针对该备选调度用户的候选用户集。其中，假设第h个备选调度用户对应的候选用户集包括L_h个待调度用户，即第一个备选调度用户对应的候选用户集包括L₁个待调度用户，第M₁个备选调度用户对应的候选用户集包括个待调度用户，则各候选用户集分别包括个待调度用户。每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集。其中，1≤h≤M₁，1≤M₁<K，P≤L_h<K，P为发射天线数，K为待调度用户数。可以互不相同，可以部分相同，还可以完全相同。

在步骤202中，针对第i个备选调度用户，从其对应的包括L_i个待调度用户的候选用户集中搜索M_1i个与该第i个备选调度用户构成最优容量组合的用户，即针对第一个备选调度用户，从其对应的包括L₁个待调度用户的候选用户集中搜索M₁₁个与该第一个备选调度用户构成最优容量组合的用户，针对第M₁个备选调度用户，从其对应的包括个待调度用户的候选用户集中搜索个与该第M₁个备选调度用户构成最优容量组合的用户。为描述方便，这里将针对容量组合中仅包括第一备选用户(即备选调度用户)，而搜索其第二个备选用户的过程称为一级搜索。本级搜索中共搜索出个待调度用户，相应地，各待调度用户与其对应的备选调度用户共构成个容量组合。其中，1≤i≤M₁，1≤M_1i<L_i。可以互不相同，可以部分相同，还可以完全相同。作为一个特例，即分别相同，并且与M₁相同。

在步骤203中，从上述个容量组合中选取系统容量最大的M₂个容量组合，即系统容量排在前M₂个的容量组合，构成次级容量组合集。这里将选择包括两个备选用户的容量组合的过程称为一级选择。

在步骤204中，判断这M₂个容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大的容量组合)的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大或最小的容量组合)的系统容量，图3中假设大于，则将次级容量组合集作为当前容量组合集，本实施例中假设最大用户数为8，则返回执行步骤202。

在步骤202中，针对当前容量组合集中的第j个容量组合中的用户，从其对应的除所述用户之外的候选用户集中搜索M_2j个与该第j个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户，即针对第一个容量组合中的用户，从其对应的候选用户集中搜索M₂₁个与该第一个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户，针对第M₂个容量组合中的用户，从其对应的候选用户集中搜索个与该第M₂个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户。为描述方便，这里将针对容量组合中已包括两个备选用户而搜索其第三个备选用户的过程称为二级搜索。本级搜索中共搜索出个待调度用户，相应地，各待调度用户与其对应的容量组合中的用户共构成个容量组合。其中，1≤j≤M₂。可以互不相同，可以部分相同，还可以完全相同。作为一个特例，即分别相同，并且与M₂相同。

在步骤203中，从上述个容量组合中选取系统容量最大的M₃个容量组合，即系统容量排在前M₃个的容量组合，构成次级容量组合集。这里将选择包括三个备选用户的容量组合的过程称为二级选择。

在步骤204中，判断这M₃个容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大的容量组合)的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大或最小的容量组合)的系统容量，图3中假设大于，则将次级容量组合集作为当前容量组合集，返回执行步骤202。

……

在步骤202中，针对当前容量组合集中的第l个容量组合中的用户，从其对应的除所述用户之外的候选用户集中搜索M_Nl个与该第l个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户，即针对第一个容量组合中的用户，从其对应的候选用户集中搜索M_N1个与该第一个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户，针对第M_N个容量组合中的用户，从其对应的候选用户集中搜索个与该第M_N个容量组合中的用户构成最优容量组合的用户。为描述方便，这里将针对容量组合中已包括N个备选用户而搜索其第N+1个备选用户的过程称为N级搜索。本级搜索中共搜索出个待调度用户，相应地，各待调度用户与其对应的容量组合中的用户共构成个容量组合。其中，1≤l≤M_N。可以互不相同，可以部分相同，还可以完全相同。作为一个特例，即分别相同，并且与M_N相同。

在步骤203中，从上述个容量组合中选取系统容量最大的M_N+1个容量组合，即系统容量排在前M_N+1个的容量组合，构成次级容量组合集。这里将选择包括N+1个备选用户的容量组合的过程称为N级选择。

在步骤204中，判断这M_N+1个容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大的容量组合)的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大或最小的容量组合)的系统容量，图3中假设小于，且N+1<8，则停止循环，输出当前容量组合集(即每个容量组合中包括N个备选用户的情况)中系统容量最大的容量组合中的用户，作为被调度用户。或者，若这M_N+1个容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大的容量组合)的系统容量大于或等于当前容量组合集中特定容量组合(如系统容量最大或最小的容量组合)的系统容量，N+1＝8，则将次级容量组合集作为当前容量组合集，并输出当前容量组合集(即每个容量组合中包括N+1个备选用户的情况)中系统容量最大的容量组合中的用户，作为被调度用户。

图3中，M₁～M_N+1可以互不相同，可以部分相同，还可以完全相同。本发明实施例中作为一个特例， $M_1=M_{11}=......=M_{1M_1}=M_2=M_{21}=......$ $=M_{2M_2}=......=M_N=M_{N1}=......=M_{{\mathrm{NM}}_N}.$

图4示出了本发明实施例中多用户调度装置的示例性结构图。参见图4，该装置包括：第一选择模块、搜索模块、第二选择模块、判断模块和调度用户确定模块。

其中，第一选择模块用于选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集，将当前容量组合集提供给搜索模块。

搜索模块用于针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合。

第二选择模块用于从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集。具体实现时，搜索模块可将各容量组合对应的所有次级容量组合发送给第二选择模块，或者由第二选择模块从搜索模块中获取各容量组合对应的所有次级容量组合。

判断模块用于判断次级容量组合集中特定容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，如果是，则将所述次级容量组合集作为当前容量组合集，并判断容量组合中的用户数是否小于最大用户数，如果是，则将当前容量组合集提供给搜索模块；若判断所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量小于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量或者判断容量组合中的用户数等于最大用户数，则将当前容量组合集提供给调度用户确定模块。具体实现时，第二选择模块可将次级容量组合集发送给判断模块，或者由判断模块从第二选择模块中获取次级容量组合集。此外，当前容量组合集为判断模块上次保存的当前容量组合集。其中，对于容量组合仅包含一个备选用户的情况，当前容量组合集可由第一选择模块提供。

调度用户确定模块用于将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户确定为被调度用户。

此外，该装置可进一步包括：候选用户集确定模块，用于针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集，将所述候选用户集提供给搜索模块。相应地，搜索模块针对由各个备选调度用户作为第一组员用户的容量组合，从除所述容量组合中的用户之外的所述备选调度用户对应的候选用户集中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。或者，若不包括候选用户集确定模块时，候选用户集可以是除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合，相应的，搜索模块可从除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。

具体实现时，各功能模块的具体操作过程可与图2所示方法中的相应操作过程一致。例如，第一选择模块可按照信道增益对所有待调度用户进行降序排列，从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户，M₁为大于或等于1的整数。判断模块可判断次级容量组合集中系统容量最大的容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中系统容量最大的或最小的容量组合的系统容量。此处不再赘述。

图5示出了本发明实施例中波束赋形装置的示例性结构图。参见图5，该装置包括：第一选择模块、搜索模块、第二选择模块、判断模块、调度用户确定模块和波束赋形模块。其中，第一选择模块、搜索模块、第二选择模块、判断模块和调度用户确定模块与前述图4中的对应模块相同，波束赋形模块用于利用调度用户确定模块确定的被调度用户进行波束赋形。进一步，该装置中也可包括候选用户集确定模块，并且该候选用户集确定模块与前述图4中的候选用户集确定模块相同。

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。

下面分别针对候选用户集为所有待调度用户(即L＝K)，以及候选用户集为从所有待调度用户中选择出的特定数量的待调度用户(即L≠K)的情况，对本发明实施例中的波束赋形与基于贪婪算法的波束赋形的性能及复杂度的比较仿真图。

图6和图7分别示出了L＝K时，基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的性能及复杂度比较仿真图。这里的仿真参数如表1所示。此外， $M_1=M_{11}=......=M_{1M_1}=M_2=M_{21}=......=M_{2M_2}=......=M_N=M_{N1}=......=M_{{\mathrm{NM}}_N}=2.$

表1

参见图6，带有十字的线条表示基于贪婪算法的波束赋形，带有米字的线条表示本实施的波束赋形，从图6可见，本实施例中的波束赋形方案的性能远好于基于贪婪算法的波束赋形。

参见图7，右侧的长方条表示基于贪婪算法的波束赋形，左侧的长方条表示本实施的波束赋形，从图7可见，本实施例中的波束赋形方案的复杂度高于基于贪婪算法的波束赋形。

通过图6和图7可见，当对所有的待调度用户进行遍历来确定备选用户时，本发明实施例中的波束赋形复杂度较贪婪算法高，但性能较贪婪算法好。

图8和图9分别示出了L≠K时，基于贪婪算法的波束赋形以及本实施例波束赋形的性能及复杂度比较仿真图。这里的仿真参数仍如表1所示，并且 $M_1=M_{11}=......=M_{1M_1}=M_2=M_{21}=......=M_{2M_2}=......=M_N=M_{N1}=......$ $=M_{{\mathrm{NM}}_N}=2.$

参见图8，直线表示基于贪婪算法的波束赋形，折线表示本实施的波束赋形，从图8可见，本实施例中的波束赋形方案的性能随着L的增加逐渐变好。L到达28附近，性能几近饱和。L到达14左右，性能开始好于贪婪算法。

参见图9，直线表示基于贪婪算法的波束赋形，长方条表示本实施的波束赋形，从图9可见，本实施例中的波束赋形方案的复杂度随着L的增加，逐渐变大。L到达30左右(此时性能已经饱和)，复杂度仍低于贪婪算法。

通过图8和图9可见，本发明实施例中的波束赋形，只需针对每个备选调度用户，搜索较少数量的待调度用户作为候选用户集来确定备选用户，便可达到比贪婪算法更高的性能，并且无需对所有的待调度用户进行遍历，这样一来，与贪婪算法中的多用户调度相比，本发明方案的复杂度有较大程度的降低，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，本发明实施例中的多路径搜索操作所涉及用户数量的确定以及被搜索的候选用户集中用户数量的确定均可以根据实际需要而配置，灵活性较高。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，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 (15)

1.一种多用户调度方法，其特征在于，该方法包括：

A.选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集；

B.针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合；所述对应侯选用户集为除所述用户之外的所有待调度用户构成的集合，或者为从除所述用户之外的所有待调度用户中选取的预定数量的信道增益最大的用户构成的集合；

C.从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集；

D.若所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，则将所述次级容量组合集作为当前容量组合集，并在容量组合中的用户数小于最大用户数时返回执行步骤B；否则，将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户作为被调度用户；

所述次级容量组合集中的特定容量组合为次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的容量组合为当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中所述选择至少一个备选调度用户包括：

按照信道增益对所有待调度用户进行降序排列；

从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户，M₁为大于或等于1的整数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A和步骤B之间进一步包括：针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集；

步骤B中针对由各个备选调度用户作为第一组员用户的容量组合，其对应候选用户集为：从所述备选调度用户对应的候选用户集中除去所述容量组合中的用户之外的用户集合。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集包括：

针对每个备选调度用户，利用除所述备选调度用户之外的每个待调度用户的信道向量分别与所述备选调度用户的信道向量，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，作为所述备选调度用户对应的候选用户集，其中P≤L＜K，P为发射天线数，K为待调度用户数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中所述对应侯选用户集为：除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D中所述次级容量组合集中的特定容量组合为：次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；

步骤D中所述当前容量组合集中的特定容量组合为：当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合。

7.一种多用户调度装置，其特征在于，该装置包括：

第一选择模块，用于选择至少一个备选调度用户，每个备选调度用户分别构成一个容量组合，得到当前容量组合集，将当前容量组合集提供给搜索模块；

搜索模块，用于针对当前容量组合集中每个容量组合中的用户，从除所述用户之外的对应侯选用户集中搜索出至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户，得到对应该容量组合的至少一个次级容量组合；所述对应侯选用户集为除所述用户之外的所有待调度用户构成的集合，或者为从除所述用户之外的所有待调度用户中选取的预定数量的信道增益最大的用户构成的集合；

第二选择模块，用于从各容量组合对应的所有次级容量组合中选择系统容量最大的至少一个次级容量组合，构成次级容量组合集；

判断模块，用于判断次级容量组合集中特定容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量，如果是，则将所述次级容量组合集作为当前容量组合集，并判断容量组合中的用户数是否小于最大用户数，如果是，则将当前容量组合集提供给搜索模块；若判断所述次级容量组合集中特定容量组合的系统容量小于当前容量组合集中特定容量组合的系统容量或者判断容量组合中的用户数等于最大用户数，则将当前容量组合集提供给调度用户确定模块；所述次级容量组合集中的特定容量组合为次级容量组合集中系统容量最大的容量组合；所述当前容量组合集中的容量组合为当前容量组合集中系统容量最大的容量组合，或者当前容量组合集中系统容量最小的容量组合；

调度用户确定模块，用于将当前容量组合集中系统容量最大的容量组合中的用户确定为被调度用户。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一选择模块按照信道增益对所有待调度用户进行降序排列，从排序后的待调度用户中选择前M₁个用户作为备选调度用户，M₁为大于或等于1的整数。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：候选用户集确定模块，用于针对每个备选调度用户，从除所述备选调度用户之外的所有待调度用户中选择出预定数量的信道增益最大的用户，作为所述备选调度用户对应的候选用户集，将所述候选用户集提供给所述搜索模块；

所述搜索模块针对由各个备选调度用户作为第一组员用户的容量组合，从除所述容量组合中的用户之外的所述备选调度用户对应的候选用户集中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述搜索模块从除当前容量组合中的用户之外的所有待调度用户构成的集合中搜索至少一个与所述用户构成最优容量组合的备选用户。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块判断次级容量组合集中系统容量最大的容量组合的系统容量是否大于或等于当前容量组合集中系统容量最大的或最小的容量组合的系统容量。

12.一种波束赋形方法，其特征在于，该方法包括：

根据权利要求1至6中任意一项所述的方法确定被调度用户；

利用所述被调度用户进行波束赋形。

13.一种波束赋形装置，其特征在于，该装置包括：

根据权利要求7、8、10和11中任意一项所述的第一选择模块、搜索模块、第二选择模块、判断模块和调度用户确定模块，以及，

波束赋形模块，用于利用所述调度用户确定模块确定的被调度用户进行波束赋形。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：权利要求9中所述的候选用户集确定模块。

15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置位于基站中。