CN102420645B - 一种多用户多输入多输出系统的分组调度方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统的分组调度方法，发送端对用户进行优先级指定；按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；根据用户配对的结果进行多输入多输出(MIMO)传输模式的选择。本发明同时还公开了一种MU-MIMO系统的分组调度装置；通过本发明的方案，可以获得较高的时间分集增益，增加重传的有效性，另外，也可以避免因为重传用户而阻塞掉新的用户，而且通过进行用户选择和配对、及MIMO传输模式的选择，更加能够根据信道的瞬时状况获得更强的频谱效率。

Description

一种多用户多输入多输出系统的分组调度方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的分组调度技术，尤其涉及一种多用户多输入多输出(MU-MIMO，Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output)系统的分组调度方法及装置。

背景技术

无线通信系统的分组调度和资源分配等关系到整个系统的性能，其中，分组调度表示的是一个与时间次序相关的概念，分组调度算法希望解决的是在多个用户争用资源时，如何确定一种服务次序。从理论体系上讲，分组调度算法应当是排队论的一个分支。在无线通信系统中，为了能够在有限的频域资源上实现更好的系统性能，在无线资源管理(RRM，RadioResourceManagement)的各种功能中，分组调度算法是影响系统性能的很关键一环，一个良好的系统资源分配方案可以在很大程度上决定系统的效率。

传统的分组调度方法有轮循调度(RR，RoundRobin)、最大信噪比调度(MaxC/I，MaximumCarriertoInterferenceRatio)、正比公平调度(PF，ProportionalFairness)。假设用m_i来表示用户i的优先权，即按照m_i给用户排序进行资源分配。轮循调度方法令m_i＝k，k∈U[a，b]，U[a，b]为用户a～用户b，即使得每个用户被调度上的机率相等，充分考虑了系统的公平性，但没有反映信道状况，降低了系统的效率。最大信噪比调度方法令m_i＝fun(SINR_i)，其中fun()为单调非减函数。该方法可以得到最高的频带利用率，但忽略了公平性，会导致部分用户的服务得不到满足。正比公平调度方法令m_i＝fun(CQI_i)/Packet_Window_i，其中CQI_i为用户的信道反馈指示、Packet_Window_i为用户一定时间窗内传递的信息。该算法综合了轮循调度和最大信噪比调度的优点，兼顾频带利用率和公平性。

在无线通信系统中还包括混合自动重传请求(HARQ，Hybrid-ARQ)机制，HARQ机制在接收端执行循环冗余校验(CRC，CyclicRedundancyCheck)，确定接收包是否正确接收。如果接收包正确则接收端向发送端反馈ACK，如果不正确则反馈NACK，请求发送端重传，接收端对接收到的重传数据利用不同算法进行合并，如软合并(ChaseCombining)、增量冗余(IncrementalRedundancy)合并。

由于多输入多输出(MIMO)通信技术能够极大的提高频谱效率，现已被很多无线通信系统的协议所采纳，例如：3GPPLTE、IEEE802.16e等。在MU-MIMO系统中需要考虑多种MIMO模式，比如：单用户多输入多输出(SU-MIMO)模式和MU-MIMO模式，来达到高的系统容量和系统覆盖，具体采用哪种模式取决于信道瞬时状况和用户的业务需求等。

随着MIMO通信技术的引入，无线通信系统更为复杂，分组调度方案也涉及到更多的方面，除了优先权的计算还涉及到MIMO模式的选择、预编码选择、用户选择和HARQ重传数据优先级处理等方面。参考目前的协议和文献，在多用户MIMO系统中还没有能将分组调度算法、MIMO模式选择、HARQ重传等方面统一处理的分组调度方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种MU-MIMO系统的分组调度方法及装置，增加重传的有效性，避免因为重传用户阻塞掉新的用户，更加能够根据信道的瞬时状况获得更强的频谱效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种MU-MIMO系统的分组调度方法，该方法包括：

发送端对用户进行优先级指定；

按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；

根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择。

上述方案中，所述对用户进行优先级指定，为：对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，将所述加权因子与采用传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级。

上述方案中，所述对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，为：重传次数越多的用户，所述加权因子对应的优先级越高。

上述方案中，所述按照用户的优先级进行用户选择，为：按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表。

上述方案中，所述根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表，为：确定用户列表中优先级最高的用户为主用户，剩下的用户为辅用户。

上述方案中，所述根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对，为：根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的预编码矩阵指示(PMI，PrecodingMatrixIndication)信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或辅用户列表轮循完毕。

上述方案中，所述根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择，为：根据用户配对的结果，对于没有配上对的主用户采用SU-MIMO模式传输；对于用户配对成功的主用户和辅用户的MIMO传输模式的确定，采用吞吐量最大原则。

上述方案中，对于酉编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则为：两个用户反馈的预编码向量相关性为0；

对于ZF预编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则为：两个用户反馈的预编码向量相关性小于设定门限。

本发明提供的一种MU-MIMO系统的分组调度装置，该装置包括：优先级指定模块、选择/配对模块、传输模式选择模块；其中，

优先级指定模块，用于对用户进行优先级指定；

选择/配对模块，用于按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；

传输模式选择模块，用于根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择。

上述方案中，所述优先级指定模块，具体用于对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，将所述加权因子与采用传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级。

上述方案中，所述选择/配对模块，具体用于按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前面，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表。

上述方案中，所述选择/配对模块，具体还用于根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的PMI信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或辅用户列表轮循完毕。

上述方案中，所述传输模式选择模块，具体用于将没有配上对的主用户采用SU-MIMO模式传输；将用户配对成功的主用户和辅用户采用吞吐量最大原则确定MIMO传输模式。

本发明提供的一种MU-MIMO系统的分组调度方法及装置，发送端对用户进行优先级指定；按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择；如此，本发明和传统算法相比，没有一味的给重传用户很高的优先级，在固定的重传时延情况下，可以获得较高的时间分集增益，增加了重传的有效性。另外，也可以避免因为重传用户而阻塞掉新的用户，而且通过进行用户选择和配对、及MIMO传输模式的选择，更加能够根据信道的瞬时状况获得更强的频谱效率。

附图说明

图1为MU-MIMO系统的结构示意图；

图2为本发明实现MU-MIMO系统的分组调度方法的流程示意图；

图3为本发明实现MU-MIMO系统的分组调度装置的结构示意图。

具体实施方式

图1示出了MU-MIMO系统的结构，其中，发送端(基站)和接收端分别有N_t和N_r根天线，有k个数据流(即k个用户)需要并行传输，发送端与各接收端之间的信道矩阵分别为H₁、H₂、...H_k；发送端在实施调度方案后，选择出被调度的k个用户，进行预编码；接收端对数据进行检测，如果传输正确则反馈ACK，传输不正确则反馈NACK。

本发明调度方案包括三部分：优先级指定、用户选择和配对、MIMO传输模式选择。在优先级指定部分，考虑了接收端反馈的HARQ信息和信道质量指示(CQI，ChannelQualityIndication)信息，使用户的优先级除了考虑信道状况，还考虑重传次数，对重传用户的优先级进行加权，重传次数越多的用户，优先级越高。在用户选择和配对中，根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的PMI信息，挑选信道相关性小的用户，对不同用户的发送信息做预处理，防止接收端用户间干扰不可忍受，通常有两种编码方式：酉编码和ZF(ZeroForcing)编码。对于酉编码方式的MU-MIMO预编码，MU-MIMO用户配对原则是，两个用户反馈的预编码向量相关性为0。对于ZF预编码方式的MU-MIMO预编码，MU-MIMO用户配对原则是，两个用户反馈的预编码向量相关性小于设定的门限。最后进行MIMO传输模式选择，由于采用MU-MIMO传输模式会把总的发射功率分到同时传输的用户，因此，需要比较MU-MIMO和SU-MIMO的吞吐量，选择吞吐量较高的模式进行传输，提高系统容量。至此，调度工作完成，对选出的用户或用户组采用对应的预编码向量进行编码，然后采用选出的MIMO传输模式进行传输。

本发明的基本思想是：发送端对用户进行优先级指定；按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择；所述用户为数据流对应的用户。

下面通过附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明实现一种MU-MIMO系统的分组调度方法，如图2所示，包括以下几个步骤：

步骤201：发送端对用户进行优先级指定；

具体的，发送端在为激活用户排序过程中，对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，将所述加权因子与采用的传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级；所述传统调度算法包括：轮循调度算法、最大信噪比调度算法、正比公平调度算法等；

所述优先级指定的公式可以写成其中W_n是考虑重传次数n的加权因子，n为重传次数(n＝0，1，...，N，N为HARQ最大重传次数)，重传次数越多，优先级越高；是传统调度算法指定的优先级值。以传统调度算法采用正比公平调度算法为例，在为用户指定优先级时，利用下式进行优先级指定：

$\mathrm{UE}\_\mathrm{priorit}{y}_i=e^{\mathrm{kn}}\·\frac{r_i}{T_i}$

其中0＜k＜1，代表重传用户设定高优先级的有效性，与不同业务对时延要求相关；n为重传次数(n＝0，1，...，N，N为HARQ最大重传次数，n＝0表示新数据用户)，重传次数越多，调度优先级越高；r_i是i用户在此时刻采用单用户MIMO瞬时支持的数据速率，T_i是在一定的时间窗口内平均数据速率。

步骤202：按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；

具体的，在指定优先级之后，按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前面，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表，如：假设系统每个调度间隔调度一个/组用户，取队首的一个/组用户作为主用户，即确定优先级最高的一个/组用户为主用户，剩下的用户为辅用户，所有辅用户组成辅用户列表；

并根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的PMI信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能够与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或者辅用户列表轮循完毕仍没有满足配对原则的用户；

进一步的，对于酉编码方式的MU-MIMO预编码，MU-MIMO用户配对原则是：两个用户反馈的预编码向量相关性为0；具体的，采用酉编码方式的MU-MIMO预编码，同一个预编码矩阵中的预编码向量彼此之间是正交的，在用户配对时，确定主用户预编码向量对应的预编码矩阵，在辅用户列表中依次查找属于此预编码矩阵、但和主用户预编码向量不一样的辅用户，直至主用户预编码向量对应的预编码矩阵中每个向量都找到与之对应的用户或者辅用户列表查询完毕。

进一步的，对于ZF预编码方式的MU-MIMO预编码，MU-MIMO用户配对原则是：两个用户反馈的预编码向量相关性小于设定门限。

步骤203：根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择；

具体的，根据用户配对的结果，对于没有配上对的主用户采用SU-MIMO模式传输，对于配上对的用户组，由于MU-MIMO是把总功率分给两个不同的用户流，因此并不是配上对的用户组可以带来最高的吞吐量，因此，需要比较采用SU-MIMO模式和MU-MIMO模式分别获得的吞吐量，取吞吐量最大的传输模式为此次传输模式，即对于用户配对成功的主用户和辅用户的MIMO传输模式的确定，采用吞吐量最大原则：以两用户同时传输为例，当满足公式时，发送端选择MU-MIMO模式；当不满足时，发送端选择主用户SU-MIMO模式。其中，为主用户采用SU-MIMO模式能获得的速率；为主用户采用MU-MIMO模式时能获得的速率；为辅用户采用MU-MIMO模式时能获得的速率。

为了实现上述方法，本发明还提供了一种MU-MIMO系统的分组调度装置，如图3所示，该装置包括：优先级指定模块31、选择/配对模块32、传输模式选择模块33；其中，

优先级指定模块31，用于对用户进行优先级指定；

选择/配对模块32，用于按照用户的优先级进行用户选择，并根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对；

传输模式选择模块33，用于根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择；

所述优先级指定模块31对用户进行优先级指定，具体是：所述优先级指定模块31对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，将所述加权因子与采用的传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级；所述优先级指定的公式可以写成其中W_n是考虑重传次数n的加权因子，n为重传次数(n＝0，1，...，N，N为HARQ最大重传次数)，重传次数越多，优先级越高；是传统调度算法指定的优先级值。

所述选择/配对模块32按照对用户指定的优先级进行用户选择，具体为：所述选择/配对模块32按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前面，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表；

所述选择/配对模块32根据MU-MIMO用户配对原则进行用户配对，具体为：所述选择/配对模块32根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的PMI信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能够与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或者辅用户列表轮循完毕仍没有满足配对原则的用户；

进一步的，对于酉编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则是：两个用户反馈的预编码向量相关性为0；

进一步的，对于ZF预编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则是：两个用户反馈的预编码向量相关性小于设定门限；

所述传输模式选择模块33根据用户配对的结果进行MIMO传输模式的选择，具体是：所述传输模式选择模块33将没有配上对的主用户采用SU-MIMO模式传输；将用户配对成功的主用户和辅用户采用吞吐量最大原则确定MIMO传输模式；以两用户同时传输为例，当满足公式时，所述传输模式选择模块33选择MU-MIMO模式；当不满足时，发送端选择主用户SU-MIMO模式。其中，为主用户采用SU-MIMO模式能获得的速率；为主用户采用MU-MIMO模式时能获得的速率；为辅用户采用MU-MIMO模式时能获得的速率。

在以往的调度方案中，往往给予重传用户最高的优先级，这种用户优先级指定方法有一个缺陷，是在较短的时间内重传，尤其是信道变化较慢的情况下，会造成重传获得的时间分集增益很小，造成一个数据块的连续多次错误，进而阻塞了其它用户传输。通过本发明的方法，在优先级指定时给重传用户一个加权因子，考虑重传次数，重传次数越多的用户优先级越高。如此，既能够避免重传用户一直阻塞新用户，也能够使得重传用户在时延限制内获得时间分集增益，增加了重传的有效性。另外，通过进行用户选择和配对、及MIMO传输模式的选择，更加能够根据信道的瞬时状况获得更强的频谱效率。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统的分组调度方法，其特征在于，该方法包括：

发送端对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，且重传次数越多的用户，所述加权因子对应的优先级越高，将所述加权因子与采用传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级；

按照用户的优先级确定主用户和辅用户列表，并根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的预编码矩阵指示(PMI)信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或辅用户列表轮循完毕；

根据用户配对的结果，对于没有配上对的主用户采用单用户多输入多输出(SU-MIMO)模式传输；对于用户配对成功的主用户和辅用户的MIMO传输模式的确定，采用吞吐量最大原则。

2.根据权利要求1所述的分组调度方法，其特征在于，所述按照用户的优先级确定主用户和辅用户列表包括：按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表。

3.根据权利要求2所述的分组调度方法，其特征在于，所述根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表，为：确定用户列表中优先级最高的用户为主用户，剩下的用户为辅用户。

4.根据权利要求1所述的分组调度方法，其特征在于，对于酉编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则为：两个用户反馈的预编码向量相关性为0；

对于ZF预编码方式的MU-MIMO预编码，所述MU-MIMO用户配对原则为：两个用户反馈的预编码向量相关性小于设定门限。

5.一种MU-MIMO系统的分组调度装置，其特征在于，该装置包括：优先级指定模块、选择/配对模块、传输模式选择模块；其中，

优先级指定模块，用于对用户的重传次数进行加权，得到加权因子，且重传次数越多的用户，所述加权因子对应的优先级越高，将所述加权因子与采用传统调度算法指定的优先级值结合得到用户的优先级；

选择/配对模块，用于按照用户的优先级确定主用户和辅用户列表，并根据MU-MIMO用户配对原则，利用接收端反馈的PMI信息，在辅用户列表中按照优先级从高到低的顺序查找能与主用户配成MU-MIMO的辅用户，直至配对完成或辅用户列表轮循完毕；

传输模式选择模块，用于根据用户配对的结果，对于没有配上对的主用户采用单用户多输入多输出(SU-MIMO)模式传输；对于用户配对成功的主用户和辅用户的MIMO传输模式的确定，采用吞吐量最大原则。

6.根据权利要求5所述的分组调度装置，其特征在于，所述选择/配对模块，具体用于按照用户的优先级对用户列表进行排序，优先级高的排在前面，根据用户列表中用户的排序确定主用户和辅用户列表。