CN102710307B - 用户终端间的配对方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种用户终端间的配对方法和装置,该方法具体为,从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端,计算所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益,将增益中的负增益置零处理,从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素,总和最大的增益元素处理得到第一用户终端所配对的第二用户终端。因此,对第一数量个第一用户终端和第二数量个第二用户终端进行最优配对,降低了配对的复杂性并提高了数据流量。

Description

用户终端间的配对方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种用户终端间的配对方法和装置。
背景技术
多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术利用多个发射天线和多个接收天线,能够在空间维度复用信道,有效增加信道传输效率,该技术是长期演进(Long Term Evolution,LTE)的关键技术之一。
传统的单用户MIMO要求用户设备(User Equipment,UE)具有多根发送、接收天线,但由于用户设备的大小尺寸、外观设计等限制,用户设备通常只具有单幅发送、接收天线。即使该用户设备存在多根天线,但是多根天线各自的距离比较小,这样使得多根天线之间的相关性比较高,从而在一定程度上限制了单用户MIMO的应用,因此多用户MIMO技术开始得到广泛的关注。
多用户MIMO也被称作虚拟多输入多输出(Virtual Multiple InputMulitiple Output,VMIMO),该技术的基本原理是将天线相关性较小的多个用户配对,在相同的时频资源上传输信息。由于一个基站服务的用户通常较多,找到相关性较小用户对的可能性很大,其空分复用增益更加显著。其中,该技术中的技术难度是如何合理选择配对用户,所以选取媒体接入控制(Media Access Control,MAC)层的调度算法是决定VMIMO性能的关键。
目前,最优调度算法的复杂度是一个完全多项式非确定性(Non-deterministic Polynomial complete,NPC)问题,其复杂度过高,往往没有实用价值。现有技术中为了降低VMIMO调度的复杂度,一般采用的方法是:基站先按照某种策略选取第一层用户,该第一层用户暂时单独占用时频资源;然后再将剩余的待调度用户作为候选配对用户,根据配对后系统流量或公平性的增益来决定候选配对用户和第一层用户之间是否需要进行VMIMO配对,当决定需要VMIMO配对时再调度候选配对用户和第一层用户占用相同的时频资源。该类调度算法的重点在于如何从待调度用户中选取合适的用户与第一层用户进行配对。
现有技术中被采用的配对算法一般分为两种:第一种配对算法是穷举算法,即遍历所有配对的可能性,然后从中选取增益最大的作为最终配对方案。第二种配对算法是贪婪算法,即从第一层用户中选取一个已调度用户,依次计算其与待调度候选用户配对的增益,从中选取有增益且增益最大的一个作为最终配对结果,然后对剩余第一层用户和待调度用户重复上述过程。
上述第一种配对算法虽然能够找到最优的配对方案,但其搜索次数非常多,实现起来复杂度太高,故该算法没有实用价值;第二种配对算法与第一种配对算法相比,复杂度降低了,但是该算法中每次选取对当前用户最优的配对方案,而不考虑后面的配对用户,所以该算法无法达到比较优化的配对性能。
发明内容
本发明实施例提供了一种用户终端间的配对方法和装置,根据处理模块的负载能力选取用于配对的用户数量,从而降低了配对的复杂度,还能根据处理模块的负载情况,在复杂度和性能之间做出动态调整。
在第一方面,本发明提供了一种用户终端间的配对方法,所述方法包括:从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端;计算所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益;将所述增益中的负增益置零处理;从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素;所述总和最大的增益元素处理得到所述第一用户终端所配对的第二用户终端。
在第二方面,本发明提供了一种用户终端间的配对装置,所述装置包括:选取单元用于从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端;计算单元用于计算所述选取单元选取的所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益,,以及将计算出的所有增益由第一处理单元进行处理;第一处理单元用于将所述计算单元计算出的所述增益中的负增益置零处理,以及将所述置零处理后的增益由挑选单元进行挑选;挑选单元用于从所述第一处理单元置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素,以及将所述挑选出增益元素总和最大的增益元素由第二处理单元进行处理;第二处理单元,用于将所述挑选单元挑选出的所述总和最大的增益元素处理得到所述第一用户终端所配对的第二用户终端。
通过应用本发明实施例公开的方法和装置,从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端和从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端,对第一数量个第一用户终端和第二数量个第二用户终端进行最优配对,降低了配对的复杂性并提高了数据流量。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的用户终端间的配对方法的流程图;
图2为本发明实施例二提供的用户终端间的配对装置的示意图;
图3为本发明实施例三提供的用户终端间的配对装置的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明公开了一种用户终端间的配对方法和装置,该方法和装置根据处理模块的负载能力从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端和从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端,其中第一数量和第二数量可以根据负载能力而动态变化。计算出所有第一用户终端和所有第二用户终端两两之间的增益并生成增益矩阵,利用算法对该增益矩阵求最优解从而确定最优的配对结果,降低了配对的复杂性并提高数据流量。其中,调度是指基站为用户终端分配无线传输资源;已调度用户终端指的是已经获得了无线传输资源的用户终端;待调度用户终端指的是尚未分配并正在等待分配无线传输资源的用户终端。
图1为本发明实施例一提供的用户终端间的配对方法的流程图。如图所示,本发明实施例具体包括以下步骤:
步骤101,从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端。
具体地,在该步骤101之前可以先根据基站处理器的处理能力或基站物理层处理单元的处理能力和基站的处理模块的负载能力确定选择已调度用户终端中需要配对的第一用户终端的第一数量和待调度用户终端中需要配对的第二层用户终端的第二数量。
从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端。其中,已调度用户终端包括未配对的用户终端和已经配对的用户终端,第一用户终端是从未配对的用户终端中选取出来的,第一用户终端的数量即第一数量不大于已调度用户终端中未配对的用户终端的数量。待调度用户终端是未配对的用户终端,第二用户终端是从待调度未配对的用户终端中选取出来的,第二用户终端的数量即第二数量不大于待调度用户终端的数量。比如,已调度用户终端中未配对的用户终端的数量为M个,选出的第一用户终端的第一数量为m个,则第一用户终端的第一数量m和已调度用户中未配对的用户终端的数量M的关系如公式(1)所示:
m≤M                                                   公式(1)
同理,待调度用户终端的数量为N,选出的第二用户终端的第二数量为n,则第二用户终端的第二数量n和待调度用户终端的数量N的关系如公式(2)所示:
n≤N                                                  公式(2)
当基站CPU的处理能力越强,则能用于配对算法的计算时间越多,则选取的第一用户终端的第一数量m和第二层用户终端的第二数量n的值越大。该m个第一用户终端可以按照已分配资源数从大到小选取,或者该m个第一用户终端和n个第二用户终端按照信噪比从大到小选取,也可以采用其他选取准则,在这里不再一一列举。
步骤102,计算所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益。其中,计算出的增益数量为第一数量和第二数量之积。
具体地,将第一数量的第一用户终端分别与第二数量的第二用户终端配对计算增益,将计算得到的增益建立增益矩阵,该增益矩阵的行与列数为第一数量和第二数量。比如,若第一用户终端为m个和第二用户终端为n个,计算该m个第一用户终端和n个第二用户终端两两之间配对带来的(m×n)个增益并将(m×n)个增益建立增益矩阵G。比如第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对带来的增益表示为gij。该增益可以为第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对前后的频率效率增益、传输速率或公平性增益。
步骤103,将增益中的负增益置零处理。
具体地,将增益矩阵G中小于零的增益值做置零处理。如公式(3)所示,若增益gij小于零,则该增益gij为负增益,将该增益gij置零处理,具体为cij为零;若增益gij不小于零,则该增益gij不做置零处理,具体为cij与gij相同。若增益gij为(m×n)个,则增益cij也为(m×n)个。
c ij = 0 ; g ij < 0 g ij ; g ij &GreaterEqual; 0 公式(3)
其中,i小于或等于m,j小于或等于n,gij为第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对带来的增益,cij为将第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对带来的增益gij中的负增益置零处理后的增益。
该步骤103的目的是将增益gij中的负增益置零处理后得到的增益cij组成的增益矩阵适用于利用匈牙利算法(Hungarian Algorithm,HA)求得该增益矩阵的最优解。为了保证利用匈牙利算法最后计算结果的正确性,要求增益矩阵中不能存在小于零的增益元素,故当增益为负增益时需要将该增益置零。
步骤104,从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素。
具体地,利用HA算法或穷举法从置零处理后的增益矩阵的每一行和每一列中选取出一个增益元素且该增益元素满足在该增益元素所在的行和列中是唯一被选取的,使得所选取出的增益元素总和最大。比如,(m×n)个增益元素cij生成(m×n)阶的增益矩阵G,其中增益元素cij不小于零。该增益矩阵G如公式(4)所示。
G = c 11 c 12 c 13 . . . c 1 j . . . c 1 n c 21 c 22 c 23 . . . c 2 j . . . c 2 n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c i 1 c i 2 c i 3 . . . c ij . . . c in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c m 1 c m 2 c m 3 . . . c mj . . . c mn 公式(4)
若选出的第一用户终端的数量m、第二用户终端的数量n都比较大时,则采用HA算法从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素即求增益矩阵G的最优解。若选出的第一层配对用户终端的数量m、第二层配对用户终端的数量n都比较小时,可以采用穷举法从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素即求增益矩阵G的最优解。即首先从(m×n)阶的增益矩阵G中每行、每列选取且只选取一个增益元素,然后将选出的增益元素相加得到增益元素和,将增益元素和最大的选取方案作为最优解。
其中,当从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素时,若选取了增益元素cij,则在增益矩阵G的i行和第j列就不再选取其他增益元素了。
步骤105,将总和最大的增益元素处理得到第一用户终端所配对的第二用户终端。
具体地,从增益元素总和最大的增益元素中挑选出大于零的值,为第一用户终端所配对的第二用户终端;其中,增益元素中不大于零的值,为第一用户终端不配对的第二用户终端。
具体地,当确定该增益元素cij为增益元素总和最大的增益元素中的增益元素时,则判断该增益元素cij是否大于零。若增益元素cij大于零,将cij中所对应的第一用户终端i和第二用户终端j确定为配对用户终端;若增益元素cij不大于零,则该cij中所对应的第一用户终端i和第二用户终端j为不配对用户终端。
因此,本发明公开了一种用户终端间的配对方法,该方法根据处理模块的负载能力从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端和从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端,其中第一数量和第二数量可以根据负载能力而动态变化。计算出所有第一用户终端和所有第二用户终端两两之间的增益并生成增益矩阵,利用算法对该增益矩阵求最优解从而确定最优的配对用户终端,降低了配对的复杂性并提高数据流量。
图2为本发明实施例二提供的用户终端间的配对装置的示意图,该用户终端间的配对装置可以用于执行前述实施例揭示的用户终端间的配对方法。如图所示,本发明实施例具体包括:选取单元21、计算单元22、第一处理单元23、挑选单元24和第二处理单元25。
选取单元21用于从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端;计算单元22用于计算选取单元21选取的所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益,以及将计算出的所有增益由第一处理单元23进行处理;第一处理单元23用于将计算单元22计算出的增益中的负增益置零处理,以及将置零处理后的增益由挑选单元24进行挑选;挑选单元24用于从第一处理单元23置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素,以及将挑选出增益元素总和最大的增益元素由第二处理单元25进行处理;第二处理单元25用于将挑选单元24挑选出的总和最大的增益元素处理得到第一用户终端所配对的第二用户终端。
另外,该装置还包括:确定单元,用于根据基站处理器的处理能力或基站物理层处理单元的处理能力和基站的处理模块的负载能力,确定第一数量和第二数量,用以选取单元21从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端。具体为,根据基站CPU的处理能力确定选择已调度用户终端中需要配对的第一用户终端的第一数量和待调度用户终端中需要配对的第二层用户终端的第二数量。
具体地,选取单元21中已调度用户终端包括用户终端和已经配对的用户终端,第一用户终端是从未配对的用户终端中选取出来的。第一用户终端的数量即第一数量不大于已调度用户终端中未配对的用户终端的数量;待调度用户终端是未配对的用户终端,第二用户终端是从待调度未配对的用户终端中选取出来的。第二用户终端的数量即第二数量不大于待调度用户终端的数量。比如,已调度用户终端中未配对的用户终端的数量为M个,选出的第一用户终端的第一数量为m个,则第一用户终端的第一数量m和已调度用户中未配对的用户终端的数量M的关系如公式(1)所示。同理,待调度用户终端的数量为N,选出的第二用户终端的第二数量为n,则第二用户终端的第二数量n和待调度用户终端的数量N的关系如公式(2)所示。当基站CPU的处理能力越强,则能用于配对算法的计算时间越多,则选取的第一用户终端的第一数量m和第二层用户终端的第二数量n的值越大。该m个第一用户终端可以按照已分配资源数从大到小选取,或者该m个第一用户终端和n个第二用户终端按照信噪比从大到小选取,也可以采用其他选取准则,在这里不再一一列举。
计算单元22中将第一数量的第一用户终端分别与第二数量的第二用户终端配对计算增益,将计算得到的增益建立增益矩阵,该增益矩阵的行与列数为第一数量和第二数量,其中,计算出的所有增益的数量为第一数量和第二数量之积。比如,若第一用户终端为m个和第二用户终端为n个,计算该m个第一用户终端和n个第二用户终端两两之间配对带来的(m×n)个增益并将(m×n)个增益建立增益矩阵G。比如第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对带来的增益表示为gij。该增益可以为第i个第一用户终端和第j个第二用户终端配对前后的频率效率增益、传输速率或公平性增益。
第一处理单元23中增益矩阵G中小于零的增益值做置零处理。如公式(3)所示,若增益gij小于零,则该增益gij为负增益,将该增益gij置零处理,具体为cij为零;若增益gij不小于零,则该增益gij不做置零处理,具体为cij与gij相同。若增益gij为(m×n)个,则增益cij也为(m×n)个。
挑选单元24中利用HA算法或穷举法从置零处理后的增益矩阵的每一行和每一列中选取出一个增益元素且该增益元素满足在该增益元素所在的行和列中是唯一被选取的,使得所选取出的增益元素总和最大。比如(m×n)个增益cij生成(m×n)阶的增益矩阵G,其中增益元素cij不小于零。该增益矩阵G如公式(4)所示。若选出的第一用户终端的数量m、第二用户终端的数量n都比较大时,则采用HA算法从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素即求增益矩阵G的最优解。若选出的第一层配对用户终端的数量m、第二层配对用户终端的数量n都比较小时,可以采用穷举法从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素即求增益矩阵G的最优解。即首先从(m×n)阶的增益矩阵G中每行、每列选取且只选取一个增益元素,然后将选出的增益元素相加得到增益元素和,将增益元素和最大的选取方案作为最优解。其中,当从增益矩阵G的每一行和每一列中选取出一个增益元素时,若选取了增益元素cij,则在增益矩阵G的i行和第j列就不再选取其他增益元素了。
第二处理单元25中从增益元素总和最大的增益元素中挑选出大于零的值,为第一用户终端所配对的第二用户终端,其中,增益元素中不大于零的值,为第一用户终端不配对的第二用户终端。当确定该增益元素cij为增益元素总和最大的增益元素中的增益元素时,则判断该增益元素cij是否大于零。若增益元素cij大于零,将cij中所对应的第一用户终端i和第二用户终端j确定为配对用户终端;若增益元素cij不大于零,则该cij中所对应的第一用户终端i和第二用户终端j为不配对用户终端。
另外,该用户终端间的配对装置可以是利用本发明实施例一提供的用户终端间的配对方法的各种可以实现对用户终端之间进行配对的设备,比如基站。如图3所示。本发明实施例中具体包括基站31、已调度用户终端32和待调度用户终端33。其中,已调度用户终端32包括n个用户终端;待调度用户终端33包括m个用户终端;
基站31从已调度用户终端32中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端33中选取第二数量个第二用户终端;计算所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益;将增益中的负增益置零处理,从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素再次处理得到第一用户终端所配对的第二用户终端。其中第一数量小于或等于已调度用户终端的数量n,第二数量小于或等于待调度用户终端的数量m。因此,本发明公开了一种配对装置,该装置由选取单元根据处理模块的负载能力根据处理模块的负载能力从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端和从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端,其中第一数量和第二数量可以根据负载能力而动态变化。通过计算单元计算出第一用户终端和第二用户终端两两之间的增益并生成增益矩阵,再利用算法对该增益矩阵求最优解从而确定最优的配对用户终端,降低了配对的复杂性并提高数据流量。
本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式,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具体实施方式而已,并不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,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用户终端间的配对方法,其特征在于,所述方法包括:
从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端;
计算所有第一用户终端与第二用户终端配对时的增益;
将所述增益中的负增益置零处理;
从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素;
所述总和最大的增益元素处理得到与所述第一用户终端配对的第二用户终端。
2.根据权利要求1所述的用户终端间的配对方法,其特征在于,所述方法还包括,根据基站处理器的处理能力或基站物理层处理单元的处理能力或基站的处理模块的负载能力,确定第一数量和第二数量。
3.根据权利要求1或2所述的用户终端间的配对方法,其特征在于,所述计算所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益具体包括,将第一数量的第一用户终端分别与第二数量的第二用户终端配对计算增益,将计算得到的增益建立增益矩阵,所述增益矩阵的行数与列数为所述第一数量和第二数量,所述增益数量为第一数量和第二数量之积。
4.根据权利要求1所述的用户终端间的配对方法,其特征在于,所述将所述增益中的负增益置零处理具体为,将所述增益矩阵中小于零的增益值做置零处理。
5.根据权利要求1所述的用户终端间的配对方法,其特征在于,所述从置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素具体为,利用HA算法或穷举法从所述增益矩阵的每一行和每一列中选取出一个增益元素且所述增益元素满足在所述增益元素所在的行和列中是唯一被选取的,使得所选取出的增益元素总和最大。
6.根据权利要求1所述的用户终端间的配对方法,其特征在于,所述总和最大的增益元素处理得到所述第一用户终端所配对的第二用户终端具体为,从所述增益元素总和最大的增益元素中挑选出大于零的值,为所述第一用户终端所配对的第二用户终端。
7.一种用户终端间的配对装置,其特征在于,所述装置包括:
选取单元,用于从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端;
计算单元,用于计算所述选取单元选取的所有第一用户终端与所有第二用户终端配对时的增益,以及将计算出的所有增益由第一处理单元进行处理;
第一处理单元,用于将所述计算单元计算出的所述增益中的负增益置零处理,以及将所述置零处理后的增益由挑选单元进行挑选;
挑选单元,用于从所述第一处理单元置零处理后的增益中挑选出增益元素总和最大的增益元素,以及将所述挑选出增益元素总和最大的增益元素由第二处理单元进行处理;
第二处理单元,用于将所述挑选单元挑选出的所述总和最大的增益元素处理得到所述第一用户终端所配对的第二用户终端。
8.根据权利要求7所述的用户终端间的配对装置,其特征在于,所述装置还包括:
确定单元,用于根据基站处理器的处理能力或基站物理层处理单元的处理能力或基站的处理模块的负载能力,确定第一数量和第二数量,用以所述选取单元从已调度用户终端中选取第一数量个第一用户终端,从待调度用户终端中选取第二数量个第二用户终端。
9.根据权利要求7或8所述的用户终端间的配对装置,其特征在于,所述计算单元具体包括,将第一数量的第一用户终端分别与第二数量的第二用户终端配对计算增益,将计算得到的增益建立增益矩阵,所述增益矩阵的行与列数为所述第一数量和第二数量,所述增益数量为第一数量和第二数量之积。
10.根据权利要求7所述的用户终端间的配对装置,其特征在于,所述第一处理单元具体用于将所述增益矩阵中小于零的增益值做置零处理。
11.根据权利要求7所述的配对装置,其特征在于,所述挑选单元具体用于利用HA算法或穷举法从所述增益矩阵的每一行和每一列中选取出一个增益元素且所述增益元素满足在所述增益元素所在的行和列中是唯一被选取的,使得所选取出的增益元素总和最大。
12.根据权利要求7所述的配对装置,其特征在于,所述第二处理单元具体用于从所述增益元素总和最大的增益元素中挑选出大于零的值,为所述第一用户终端所配对的第二用户终端。
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CN101919200A (zh) * 2007-12-28 2010-12-15 诺基亚公司 针对多用户mimo的最佳用户配对

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