CN102625458B

CN102625458B - 用于多基站多用户系统中的调度设备和调度方法

Info

Publication number: CN102625458B
Application number: CN201110035973.5A
Authority: CN
Inventors: 李华; 克勒克斯·布拉诺; 崔埈逸
Original assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-01-30
Filing date: 2011-01-30
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2031-01-30
Also published as: CN102625458A

Abstract

提供一种用于多基站多用户系统中的调度设备和调度方法，所述调度设备包括：信息接收单元，用于从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及用户终端选择单元，用于根据由信息接收单元接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。根据本发明的调度设备和调度方法适用于在多基站多用户的通信系统中选择用户终端，并由于考虑到每个基站的功率限制而提高了用户终端选择的有效性。

Description

用于多基站多用户系统中的调度设备和调度方法

技术领域

本发明涉及多基站多用户的移动通信系统，具体说来，涉及一种用于在多基站多用户的移动通信系统中为多个基站选择用户终端的调度设备及其方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，人们希望能够在未来的无线通信系统中提高小区平均增益和小区边界增益，而多基站协作技术作为有助于实现上述目标的重要技术受到了移动通信技术理论界和相关通信标准委员会(例如，3GPPLTE-Advanced机构)的重视。

在多基站多用户的移动通信系统中，多个基站均安装有共同协作的多个天线，因此，来自邻近小区的同信道干扰将明显降低。

众所周知，在单基站多用户的移动通信系统中，良好的用户终端选择方案可有助于实现多用户分级。最直接的方式是以穷尽方式来搜索每个可行的用户终端组合，从而实现对用户终端的选择，但是很明显这种方式需要大量的运算量。因此，针对单基站多用户的移动通信系统，已经提出了很多致力于降低用户终端选择复杂度的方案。然而，在多基站多用户的移动通信系统的情况下，需要面对更为复杂的用户终端选择问题，这是因为用户终端候选集包含更多的用户终端，而同时发送信号的用户终端数量也将增加。目前主要有两种调度方案用于在多基站多用户的移动通信系统中进行用户终端选择，一种是中央式调度方案，在该中央式调度方案中，中央调度设备负责收集所有用户终端的相关信息并做出全部调度决定；一种是分布式调度方案，在该分布式调度方案中，分布式调度设备需针对各个小区来逐个确定小区用户终端的调度情况，其中，当确定某个小区用户终端的调度情况时，需依据其它小区的调度情况。

然而，在现有技术的调度方案中，难以找到能够考虑每个基站的实际情况，并能够降低用户终端选择的复杂度的技术方案。因此，需要一种针对目前的多基站多用户移动通信系统来更为有效地选择用户终端的调度设备和方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够兼顾每个基站实际的发送能力在多基站多用户的移动系统中进行用户终端选择的调度方案，从而能够增强多基站多用户系统中用户终端选择的有效性。

根据本发明的一方面，提供一种用于多基站多用户系统中的调度设备，所述调度设备包括：信息接收单元，用于从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及用户终端选择单元，用于根据由信息接收单元接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

所述信息涉及信道容量、服务质量或业务模式。

所述信息是反映所述多个基站到各个用户终端的信道矩阵的信道信息。

预定的用户终端选择规则为使得选择的用户终端集合能够实现最大化的信息传输率之和。

所述信息传输率之和是指所述信息传输率的加权和，加权系数为具有相应信息传输率的用户终端在之前的总数据率的倒数。

用户终端选择单元采用迭代的方式来逐步确定所要选择的用户终端集合中的各个用户终端。

功率约束条件是指每一个基站的功率小于预定功率阈值。

根据本发明的另一方面，提供一种用于多基站多用户系统中的调度方法，所述调度方法包括：从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及根据接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

所述预定的用户终端选择规则涉及信道容量、服务质量或业务模式。

在选择用户终端集合时，首先将具有最大接收信噪比的用户终端选入用户终端集合，然后，采用迭代的方式来逐步确定所要选择的用户终端集合中的各个用户终端。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施例的调度设备的框图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的调度方法的流程图；以及

图3示出采用根据本发明示例性实施例的调度方案的多基站多用户系统相对于单基站多用户系统的性能改进。

具体实施方式

现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。

图1是示出根据本发明示例性实施例的调度设备的框图。如图1所示，根据本发明示例性实施例的调度设备包括：信息接收单元100，用于从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及用户终端选择单元200，用于根据由信息接收单元100接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

在图1所示的根据本发明示例性实施例的调度设备中，由于用户终端选择单元200在选择用户终端集合时，考虑到每个基站的实际功率，即，对于所选择的用户终端集合，每个基站的实际功率均需要满足相应的功率约束条件，因此，可避免现有技术中所选择的用户终端集合超出基站的发送能力而无法实现传输的缺陷，进一步提高了用户终端调度的有效性。

在上述示例性实施例中，信息接收单元100从多个用户终端接收的信息被用户终端选择单元200用于从多个用户终端中选择用于多个基站的用户终端集合，这里，所述信息可以是反映基站到用户终端的信道矩阵的信道信息，此时，用于选择用户终端集合的规则涉及信道容量，例如，可将用户终端集合中各个用户终端的信息传输率之和作为用于选择用户终端集合的指标。然而，本领域技术人员应了解：用于选择用户终端集合的预定规则并非受限于信道容量，根据不同的应用需求，所述预定规则还可以是基于其它通信性能(例如，服务质量QoS)或业务模式的其它规则，此时，从多个用户终端接收的信息则是可应用于所述其它规则的相应用户终端信息。

以下将参照图2来描述根据本发明示例性实施例的调度方法。在图2所示的根据本发明示例性实施例的调度方法中，在步骤S100，根据本发明示例性实施例的调度设备(例如，通过该调度设备的信息接收单元100)从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息。作为示例，这里的关于多个用户终端的信息可以是反映基站到用户终端的信道矩阵的信道信息，也可以是能够反映用户终端的服务质量QoS或业务类型的其它信息等。

然后，在步骤S200，根据本发明示例性实施例的调度设备(例如，通过该调度设备的用户终端选择单元200)根据接收的关于所述多个用户终端的信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。这里，相应于从多个用户终端接收的信息，可采用各种用于选择用户终端集合的规则。例如，在关于用户终端的信息是反映基站到用户终端的信道矩阵的信道信息的情况下，用于选择用户终端集合的规则可涉及信道容量，即，用户终端集合中各个用户终端的信息传输率之和。在关于用户终端的信息是能够反映用户终端的服务质量QoS或业务类型的其它信息等的情况下，用于选择用户终端集合的预定规则可以是基于服务质量QoS或业务模式的其它公平性准则等。

以下，将针对信道容量作为选择规则的情况来描述根据本发明示例性实施例的调度方案。在该示例性实施例中，多基站多用户系统中的多个基站处于不同的小区而彼此协作，由此相当于构成了一个“超级基站”，其能够将干扰信道转换为多入多出的广播信道。

具体说来，在多基站多用户系统中，共有B(B为大于1的自然数)个基站(这B个基站的编号依次为1、2、...、B)和N(N为大于1的自然数)个候选用户终端(这N个用户终端的编号依次为1、2、...、N)，其中，每个基站b(b＝1，2，...，B)均设置有M_T(M_T为自然数)个发送天线，而每个用户终端n(n＝1，2，...，N)设置有一个接收天线。

根据该示例性实施例，所述B个基站互相协作以同时将数据发送到从所述N个候选用户终端中选择的K个用户终端组成的用户终端集合其中，用户终端集合{U_k}中的用户终端依次具有编号k＝1、2、...、K。在上述情况下，基站b与用户终端U_k之间的基带信道矩阵表示为而用户终端U_k的发送功率比例因子表示为P_k。假设来自基站的信号和干扰部分同时到达每个用户终端U_k。此外，将用户终端U_k的预期数据流表示为s_k，而将基站b用于在用户终端U_k的方向进行多流波束成形的线性预编码矩阵表示为

此时，接收的关于用户终端U_k的信息可以是B个基站与用户终端U_k之间的信道矩阵相应地，可以确定所述B个基站针对用户终端U_k的预编码矩阵为具体说来，当预编码器采用的是迫零算法时，选择的波束成形矢量满足零干扰条件，即，对于不同的第i用户终端和第j用户终端而言，H_iT_j＝0。在这种情况下，假设S＝{U_k}，则T(S)＝[T₁...T_K]，其中，T(S)＝H(S)⁺＝H(S)^H(H(S)H(S)^H)^-1，相应地，可确定所述B个基站针对用户终端U_k的预编码矩阵为

然后，根据本发明示例性实施例的调度设备可根据上述关于用户终端的信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

例如，根据该示例性实施例，用户终端U_k接收的总离散信号(即，经过匹配过滤处理后的基带信号)可表示为：

其中，n_k为离散加性高斯白噪声。

然后，可确定用户终端U_k的接收信噪比SINR_k：

其中，N₀为噪声平均功率。

作为示例，根据本发明示例性实施例的调度设备可将信道容量作为用户终端选择规则，即，使得选择的用户终端集合{U_k}能够实现最大化的信息传输率之和，同时，所述调度设备确保对于所选择的用户终端集合{U_k}，所述B个基站中的每一个基站b的实际功率均满足相应的功率约束条件，例如，小于相应的预定功率阈值。

作为优选方式，可考虑将用户终端集合{U_k}中的所有用户终端的信息传输率的加权和作为最大化信道容量的指标，例如，根据本发明示例性实施例的调度设备所选择的用户终端集合{U_k}将使得该集合中的所有用户终端的信息传输率的加权和最大化，即，

其中，为信息传输率的加权系数，作为优选方式，当采用比例公平(PF)调度时，可将ρ_k设置为用户终端U_k在先前传输时间的总数据率，从而能够实现更加公平的调度策略。

此时，对于用户终端集合{U_k}，调度设备还必须确定所述B个基站中的每一个基站b的实际功率均满足相应的功率约束条件，例如，小于相应的预定功率阈值，如下所示：

其中，b＝1，2，...，B。

其中，为基站b用于在用户终端n的方向进行多流波束成形的线性预编码矩阵，在T_k已经确定的情况下，可基于关系式来得到P_{B_b}为基站b的预定功率阈值。应注意：对于B个基站而言，每个基站b的预定功率阈值可以相同，也可以根据需要而采用不同的功率阈值。

也就是说，在上述示例中，根据本发明示例性实施例的调度设备首先从多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信道信息，然后，所述调度设备根据接收的信道信息，基于预定的关于信道容量的选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件，例如，小于所述基站的预定功率阈值。

此外，根据本发明，为了简化选择用户终端集合的运算量，可采用迭代的方式来逐步确定所要选择的用户终端集合，而不是采用现有技术中的穷尽所有用户终端的排列组合来从中选择最佳用户终端集合的方式。

例如，可首先将N个候选用户终端中具有最高接收信噪比的用户终端选为用户终端集合中的第一个用户终端，然后以迭代的方式逐步确定满足预定选择规则且符合基站功率的约束条件的第二个用户终端、第三个用户终端...，直到所选择的用户终端构成了最终的用户终端集合，即，没有新的移动终端能够在满足预定选择规则且符合基站功率约束条件的情况下被加入所述用户终端集合。

此外，为了进一步降低计算的复杂度，可对信道容量的表达式进行基于二次逼近的近似改写，从而减少根据本发明示例性实施例的调度设备的运算量。

图3示出采用根据本发明示例性实施例的调度方案的多基站多用户系统相对于单基站多用户系统的性能改进。在图3所示的多基站多用户系统中，共有3个基站，而每个小区中有10个用户终端，其中，每个基站具有4个天线，因此，可最多同时向12个用户终端发送数据。通过采用根据本发明示例性实施例的调度方式来进行用户选择，可以从多基站和单基站的CDF(累积分布函数)曲线看出，多基站多用户系统的性能要明显好于单基站多用户系统。

应注意，根据本发明的调度方式并不受限于基于信道容量的用户选择规则，任何能够在考虑每个基站的功率约束的条件下进行用户终端选择的调度方式均可应用于本发明中。通过这种方式，能够在进行用户终端选择时，兼顾每个基站的实际发送能力，从而进一步提高了用户终端选择的可靠性。此外，通过基于比例公平(PF)调度对各个用户终端进行信道容量的加权处理，可实现更为公平有效的用户终端选择。而且，在选择用户终端集合中的各个用户终端时，采用迭代算法来进一步降低运算复杂度。

本发明的以上各个实施例仅仅是示例性的，而本发明并不受限于此。在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求及其等同物中限定。

Claims

1.一种用于多基站多用户系统中的调度设备，所述调度设备包括：

信息接收单元，用于从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及

用户终端选择单元，用于根据由信息接收单元接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，预定的用户终端选择规则为使得选择的用户终端集合能够实现最大化的信息传输率之和，其中，所述信息传输率之和是指所述信息传输率的加权和，加权系数为具有相应信息传输率的用户终端在之前的总数据率的倒数，

其中，用户终端选择单元在选择用于多个基站的用户终端集合时，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

2.如权利要求1所述的调度设备，其中，所述信息涉及信道容量、服务质量或业务模式。

3.如权利要求1所述的调度设备，其中，所述信息是反映所述多个基站到各个用户终端的信道矩阵的信道信息。

4.如权利要求1所述的调度设备，其中，用户终端选择单元采用迭代的方式来逐步确定所要选择的用户终端集合中的各个用户终端。

5.如权利要求1所述的调度设备，其中，功率约束条件是指每一个基站的功率小于预定功率阈值。

6.一种用于多基站多用户系统中的调度方法，所述调度方法包括：

从所述多基站多用户系统中的多个用户终端接收关于所述多个用户终端的信息；以及

根据接收的所述信息，基于预定的用户终端选择规则来选择用于多个基站的用户终端集合，其中，预定的用户终端选择规则为使得选择的用户终端集合能够实现最大化的信息传输率之和，其中，所述信息传输率之和是指所述信息传输率的加权和，加权系数为具有相应信息传输率的用户终端在之前的总数据率的倒数，

其中，在选择用于多个基站的用户终端集合时，针对所选择的用户终端集合，所述多个基站中的每一个基站的实际功率均满足相应的功率约束条件。

7.如权利要求6所述的调度方法，其中，所述预定的用户终端选择规则涉及信道容量、服务质量或业务模式。

8.如权利要求6所述的调度方法，其中，在选择用户终端集合时，首先将具有最大接收信噪比的用户终端选入用户终端集合，然后，采用迭代的方式来逐步确定所要选择的用户终端集合中的各个用户终端。