CN102611484A - 一种多用户多输入多输出的调度方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多用户多输入多输出的调度方法，对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏值满足预设条件；对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。本发明还提供一种多用户多输入多输出的调度装置，分组单元对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏满足预设条件；配对单元对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。本发明根据各个用户的频偏值，对小区内所有用户进行分组，让频偏接近的用户属于同一组，使得进行多用户MIMO传输时的配对用户来自同一分组，大大降低了用户配对的计算复杂度。

Description

一种多用户多输入多输出的调度方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多用户多输入多输出的调度方法和装置。
背景技术
MIMO(Multiple-input Multiple-output，多输入多输出)技术通过采用多根天线发送和多根天线接收，来对抗无线信道衰落的影响，获得空间分集增益，极大地提高了无线通信系统的系统容量和频谱效率，是下一代移动通信的关键技术。未来移动通信对更小更轻设备的普遍需求，终端的天线数量将受到限制，这就使得MIMO技术的优势在上行传输中很难完全发挥。因此为了解决这个问题，可以将多个采用单天线发送的用户与基站的多天线构成多用户MIMO(MU-MIMO)，从而提高上行信道的容量。多用户MIMO技术也已被全球微波互连接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)、长期演进(Long Term Evolution，LTE)等通信标准所采纳。
多用户MIMO中用户间的传输是相互独立的，而且可以共享相同的上行时频资源。基站根据空间信道的特性将两个单天线用户发送的用户进行配对，将其分配到相同的时频资源内，配对的用户则需要发送相互正交的参考信号，以便通过信道估计获取数据解调所需的信道信息。基站接收到的信号由于来自不同的用户，经过不同的信道，用户间互相干扰的程度不同，因此，只有通过合理的多用户调度方法进行用户配对，使得基站较容易将两个发送信号分开，以便进行正确解调，这样才能有效地提高系统吞吐量。
由于基站需要根据一定的调度方法，将两个用户配对构成多用户MIMO传输，涉及的调度方法会对系统产生较大的影响。通常情况下会将两个信道正交性较好的用户进行配对，以便在接收端比较容易将两个发送信号分开，但是由于配对是在小区内的所有用户中进行，计算的复杂度很高；另外，在配对用户出现较大的频偏差异后，由于无法在补偿配对的两个用户的频偏同时分离出两个用户的导频或者数据，这就使得多用户MIMO系统除其特有的用户间干扰(MultiAccess Inference，MAI)外，还存在各用户自身的、严重的载波间干扰(Inter-Carrier Inference，ICI)，进而引起解调错误，使得吞吐量下降。这样的用户配对即便组成了多用户MIMO，接收机处理的复杂度也将会急剧增加，和/或系统的信令开销也将显著增加。而这个频偏包括用户终端移动引起的多普勒频偏和晶振引起的频偏，是不可避免存在的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多用户MIMO的调度方法和装置，以达到降低用户配对的技术复杂度和提高多用户MIMO系统吞吐量的目的。
为了解决上述问题，本发明提供了一种多用户多输入多输出的调度方法，包括：
对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏值满足预设条件；
对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述每组内所有用户的频偏满足预设条件包括：
每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内；或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述对小区内的用户按照其频偏进行分组包括：
预设基准值，所述基准值从小到大为Threshold0，Threshold1，......，ThresholdM-1，M不小于1；
将频偏值≤Threshold0的用户分为一组；
将频偏值＞ThresholdM-1的用户分为一组；
当M不小于2时，将Thresholdi＜频偏值≤Thresholdi+1分为一组，i＝0，1，...，M-2。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述对用户进行配对包括：
根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户，根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对，重复执行该步骤，直到完成所有配对。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括，在对用户进行配对的过程中，将已配对的用户从相应分组中删除，根据用户频偏的实时测量结果或者按照预先设定的周期对所述各分组进行更新。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，所述方法还包括，在对所有用户配对结束后，基站通知各用户对进行数据传输；接收各用户对发送的数据，在时域对各用户对进行频偏补偿。
进一步的，上述方法还可具有以下特点，对每个用户对补偿的频偏值为所述用户对所包含的两个用户的频偏值的平均值；或者，为所述用户对所在分组的多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值。
本发明还提供一种多用户多输入多输出的调度装置，包括：
分组单元：用于对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏满足预设条件；
配对单元：用于对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述每组内所有用户的频偏满足预设条件包括：每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内；或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述配对单元包括控制单元、第一用户选择单元和第二用户选择单元，其中：
所述第一用户选择单元用于：根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户；
所述第二用户选择单元用于：根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对；
所述控制单元，用于控制所述第一用户选择单元和第二用户选择单元执行用户配对，直到完成所有配对。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述分组单元还用于：在配对单元对用户进行配对的过程中，将已配对的用户从相应分组中删除，根据用户频偏的实时测量结果或者按照预先设定的周期对所述各分组进行更新。
进一步的，上述装置还可具有以下特点，所述装置还包括：
通知单元，用于在对所述小区内所有用户配对结束后，通知各用户对进行数据传输；
补偿单元，用于接收所述各用户对发送的数据，在时域对所述各用户对进行频偏补偿；其中，使用用户对包含的两个用户的频偏值的平均值，或者，使用用户对所在分组中的多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值，对所述用户对进行频偏补偿。
本发明提供的多用户MIMO调度方法，对小区内所有用户进行分组，让频偏接近的用户属于同一组，使得进行多用户MIMO传输时的配对用户来自同一分组，大大降低了用户配对的计算复杂度；对接收到的配对用户发送信号预先进行频偏补偿，可以极大地降低了MAI和ICI，解决了现有技术中存在的由于配对用户频偏差异较大导致吞吐量下降的问题，提高了配对用户解调的正确性，提高了调度的有效性，使系统获得较高的吞吐量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多用户MIMO调度方法流程图；
图2是本发明实施例提供的多用户MIMO调度装置框图。
具体实施方式
本发明提供一种多用户MIMO的调度方法，包括：
步骤1：基站对小区内的所有用户进行分组，使得每组内所有用户的频偏值满足预设条件；
其中，所述满足预设条件包括：每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内，或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
步骤2：对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组；
其中，根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户，根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对，重复执行该步骤，直到完成所有配对；如果配对结束，则执行步骤3；预设选择算法和预设配对算法参见后续实施例中的说明。
步骤3：基站通知各用户对进行数据传输；
步骤4：基站收到各用户对发送的数据后，在解调之前在时域对各用户对进行频偏补偿。
所述步骤1中，基站可以根据测量得到的所有用户频偏值和预先设定的基准值，把小区内的所有用户分成一组或多组，使得每组内所有用户的频偏都在预设的基准值所确定的范围之内。其中，频偏值可能是正值，也可能是负值。
优选地，根据频偏值，并结合预设的基准值，将用户分组为负值大频偏、负值中频偏、小频偏(含零频偏、负值小频偏和正值小频偏)、正值中频偏和正值大频偏五个等级的用户组。
优选地，按频偏值，并结合预设的基准值，将用户分组为负值大频偏、小频偏(含零频偏、负值小频偏和正值小频偏)和正值大频偏三个等级的用户组。当然，也可以分为预设个数的用户组，本发明对此不作限定。
所述步骤1中，所述基准值根据调制方式和解调算法的性能共同确定。
所述方法还包括，在对用户进行配对的过程中，对分组进行更新。对分组更新可以是以下两种方式中的一种：
(1)将步骤2确定的用户对从相应的分组中删除，以及根据所述用户频偏的实时测量结果对各个分组以步骤1所述的方法进行调整。
(2)将步骤2确定的用户对从相应的分组中删除，以及根据预先设定的周期对各个分组以步骤1所述的方法进行调整。
所述步骤3中，基站通知各用户对进行数据传输，每个用户对在各自的时频资源上传输数据，不同的用户对占用的时频资源不同。
所述步骤4中，补偿的频偏值是该用户对所包含的两个用户的频偏值的平均值。如果同一个分组内有多个用户对，也可以通过补偿所述该多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值，来代替各个用户对的分别补偿。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步地详细描述。
本发明可以应用于LTE系统和WiMAX系统等支持多用户MIMO的无线通信系统。以LTE系统为例，参考图1，本发明实施例提供的多用户MIMO调度方法流程示意图，该实施例的流程具体可以通过基站实现，其主要包括以下步骤：
S101，基站端对小区内的所有用户进行分组。
具体地，基站需要对小区内的所有用户进行频偏的测量，并根据预设的基准值，把小区内的所有用户分成多组，使得每组内所有用户的频偏都在预设的基准值和偏移门限值所确定的范围之内。
作为本发明的一个具体实施例，确定预设的基准值从小到大为Threshold0，Threshold1，......，ThresholdM-1，M不小于1，其中M的取值决定了最终的分组数目，即分组的数目为M+1，分别标记为Group0，Group1，......，GroupM。如果M取4，则将所有用户分为5组，分别包含了负大频偏的用户、负中频偏的用户、小频偏用户(含零频偏、负值小频偏和正值小频偏)、正中频偏用户和正大频偏用户。如果M取2，则将所有用户分为3组，分别包含了负大频偏的用户、小频偏用户(含零频偏、负值小频偏和正值小频偏)和正大频偏用户。假设小区内的用户数为N，用户k的频偏为εk，根据以下步骤A1～A3来确定其所属分组：
A1)如果εk≤Threshold0，则用户k分到Group0组；
A2)如果εk＞ThresholdM-1，则用户k分到GroupM组；
A3)当M不小于2时，如果Thresholdi＜εk≤Thresholdi+1(i＝0，1，...，M-2)，则用户k分到Groupi+1组。
对所有的用户根据步骤A1～A3确定其所属分组，则完成分组过程。
当然，也可以基于其他分组方式，比如，预设基准值及偏移值，将频偏值与基准值的差值的绝对值在偏移值范围内的用户分为一组；根据直接预设多个频偏值范围，将频偏值落在相应范围内的用户分为一组；或者，选择一个用户作为基准用户，将与所述基准用户的频偏值的差值的绝对值不大于预设的门限值的用户分为一组；划分一个组后，从剩下的用户中继续选择一个用户作为基准用户，将与新选择的基准用户的频偏值的差值的绝对值不大于预设的门限值的用户分为一组；依次类推，直到将所有用户分组完毕。不同分组的门限值可以相同，也可以不同。本发明对具体分组方法不作限定，可根据需要选定。
S102，从所有用户组中选择第一个用户，并记录其所属分组索引。
具体地，可以采用现有的算法来选择第一个用户。如果优先考虑服务环境和信道质量好的用户，则采用最大干比算法来选择第一个用户；如果优先考虑调度时间的公平性，则采用轮询算法(Round Robin)来选择第一个用户；如果优先考虑用户的吞吐量和公平性，则采用比例公平算法或改进的比例公平算法来选择第一个用户。所述的算法已有详细解决方案，此处不再赘述。此处仅为示例，也可采取其他算法，比如随机选择。
在确定第一个用户对之前，所有用户组中的用户就是小区内的所有用户。在完成第一个用户配对操作之后，由于对分组情况进行了更新，所有用户组中的用户就小于小区内的所有用户了。
S103，在该索引指示的分组所包含的所有用户中，选择第二个用户进行配对。
具体地，可以采用一定的配对方法来选择第二个用户，所述的配对方法可以是正交配对法、行列式配对法和基于后处理信干噪比(Signal toInterference plus Noise Ratio，SINR)配对方法等，所述的用户配对方法已有详细解决方案，此处不再赘述。由于在该索引指示的分组所包含的用户数目一般远小于小区内的所有用户数目，这大大降低了选择第二个用户的复杂度。此处仅为示例，也可采取其他配对算法，比如随机选择一个用户进行配对。
S104，对分组情况进行更新。
具体地，对分组情况进行更新，可以采用以下方式：将S102和S103确定的用户对从相应的分组中删除，以及根据实时测量信息如结合频偏的变化，对各个分组以S101所述的方法进行调整。
对分组情况进行更新，还可以采用以下方式：将S102和S103确定的用户对从相应的分组中删除，以及根据预先设定的周期，如结合频偏的变化，对各个分组以S101所述的方法进行调整。
当然，也可以不结合频偏和预设周期对分组进行调整。
S105，判断配对是否结束。
具体地，如果配对没有结束，则重复S102～S104，进行下一次用户配对的操作。如果配对结束，则执行S106。
S106，通知各用户对进行数据传输。
基站通过信令通知各用户对进行数据传输，每个用户对在各自的时频资源上传输数据，不同的用户对占用的时频资源不同。用户在收到基站通知后，在基站指定的资源上传输数据。
S107，基站收到各用户对发送的数据后，在解调之前在时域先对各用户对进行频偏补偿。
具体地，补偿的频偏值是各个用户对的两个频偏值的平均值。如果同一个分组内有多个用户对，也可以通过补偿所述多个用户对的频偏值的平均值，来代替各个用户对的分别补偿，这种处理方式能够降低频偏补偿的复杂度。
通过频偏补偿，使得残留频偏大大减小，可以极大地降低MAI和ICI，提高了对配对用户的解调能力，简化信道估计处理。
如图2所示，为本发明的多用户MIMO的调度装置，包括：分组单元、配对单元、通知单元和补偿单元，其中：
分组单元：用于对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏满足预设条件；
配对单元：用于对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组；
通知单元：用于在对所述小区内所有用户配对结束后，通知各用户对进行数据传输；
补偿单元，用于接收所述各用户对发送的数据，在时域对所述各用户对进行频偏补偿；其中，使用用户对包含的两个用户的频偏值的平均值，或者，使用用户对所在分组中的多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值，对所述用户对进行频偏补偿。
其中，所述每组内所有用户的频偏满足预设条件包括：每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内；或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
其中，所述配对单元包括控制单元、第一用户选择单元和第二用户选择单元：
所述第一用户选择单元用于：根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户；
所述第二用户选择单元用于：根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对；
所述控制单元，用于控制所述第一用户选择单元和第二用户选择单元执行用户配对，直到完成所有配对。
其中，所述分组单元还用于：在配对单元对用户进行配对的过程中，将已配对的用户从相应分组中删除，根据用户频偏的实时测量结果或者按照预先设定的周期对所述各分组进行更新。
本发明根据各个用户的频偏值，对小区内所有用户进行分组，让频偏接近的用户属于同一组，使得进行多用户MIMO传输时的配对用户来自同一分组，大大降低了用户配对的计算复杂度；对接收到的配对用户发送信号预先进行频偏补偿，可以极大地降低了MAI和ICI，解决了现有技术中存在的由于配对用户频偏差异较大导致吞吐量下降的问题，提高了配对用户解调的正确性，提高了调度的有效性，使系统获得较高的吞吐量。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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 (12)

1.一种多用户多输入多输出的调度方法，其特征在于，包括：
对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏值满足预设条件；
对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每组内所有用户的频偏满足预设条件包括：
每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内；或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对小区内的用户按照其频偏进行分组包括：
预设基准值，所述基准值从小到大为Threshold0，Threshold1，......，ThresholdM-1，M不小于1；
将频偏值≤Threshold0的用户分为一组；
将频偏值＞ThresholdM-1的用户分为一组；
当M不小于2时，将Thresholdi＜频偏值≤Thresholdi+1分为一组，i＝0，1，...，M-2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对用户进行配对包括：
根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户，根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对，重复执行该步骤，直到完成所有配对。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在对用户进行配对的过程中，将已配对的用户从相应分组中删除，根据用户频偏的实时测量结果或者按照预先设定的周期对所述各分组进行更新。
6.如权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在对所有用户配对结束后，基站通知各用户对进行数据传输；接收各用户对发送的数据，在时域对各用户对进行频偏补偿。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对每个用户对补偿的频偏值为所述用户对所包含的两个用户的频偏值的平均值；或者，为所述用户对所在分组的多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值。
8.一种多用户多输入多输出的调度装置，其特征在于，包括：
分组单元：用于对小区内的用户按照其频偏进行分组，使得每组内所有用户的频偏满足预设条件；
配对单元：用于对用户进行配对，使得同一用户对中的用户属于同一分组。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述每组内所有用户的频偏满足预设条件包括：每组内所有用户的频偏值都在预设的基准值所确定的范围之内；或者，在预设的范围内，或者，在预设的基准值和偏移值确定的范围之内；或者，每组内存在一基准用户，每组内其他用户与该用户的频偏值之差的绝对值不大于预设的门限值。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述配对单元包括控制单元、第一用户选择单元和第二用户选择单元，其中：
所述第一用户选择单元用于：根据预设选择算法从待配对的用户中选择第一个用户；
所述第二用户选择单元用于：根据预设配对算法从所述第一个用户所在分组的待配对用户中选择第二个用户与所述第一个用户进行配对；
所述控制单元，用于控制所述第一用户选择单元和第二用户选择单元执行用户配对，直到完成所有配对。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述分组单元还用于：在配对单元对用户进行配对的过程中，将已配对的用户从相应分组中删除，根据用户频偏的实时测量结果或者按照预先设定的周期对所述各分组进行更新。
12.如权利要求8至11任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
通知单元，用于在对所述小区内所有用户配对结束后，通知各用户对进行数据传输；
补偿单元，用于接收所述各用户对发送的数据，在时域对所述各用户对进行频偏补偿；其中，使用用户对包含的两个用户的频偏值的平均值，或者，使用用户对所在分组中的多个用户对所包含的用户的频偏值的平均值，对所述用户对进行频偏补偿。
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