CN102740490A

CN102740490A - 利用长时信道信息的大规模分布式mimo系统调度方法

Info

Publication number: CN102740490A
Application number: CN2012102061585A
Authority: CN
Inventors: 高西奇; 孙强; 张源; 金石; 孙晨
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN102740490B

Abstract

本发明公开了一种利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，该方法在不同传输模式下利用长时信道信息调度用户与分布式单元，实现了两种调度方法，分别为贪婪调度法和两阶段贪婪调度法；其中贪婪调度法只采用一种传输模式，即单个分布式单元传输模式或协作分布式单元传输模式，而两阶段贪婪调度法采用混合的传输模式，即单个分布式单元传输模式和协作分布式单元传输模式。本发明具有所需的信令开销小，算法复杂度低的优点，可灵活设置不同传输模式和调度方法以满足不同系统和用户服务质量的特点。

Description

利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法

技术领域

本发明涉及一种分布式MIMO系统调度技术，尤其涉及利用不同传输模式下的用户与分布式单元调度方法。

背景技术

无线通信系统需要最大化数据速率以满足高速数据和多媒体服务的需求，而未来无线通信系统设计的主要挑战是减少干扰的不利影响。最近，一种减轻干扰的可行策略就是使用分布式天线系统（DAS），它能够提高容量和覆盖。而且通过减少发送和接收机的接入距离，可以给无线网络的能效带来直接影响，是未来的一种绿色架构。

目前已有大量文献主要研究了小规模分布式天线与集中式天线系统的对比，研究了关于DAS的天线位置的设计，并且大多数研究的场景都是单小区分布式天线系统包含一个基站和6个分布式天线单元，基站和分布式天线单元配置单天线，每个分布式天线单元只接入1个用户；或者多小区分布式天线系统的场景下，每小区为单用户。而研究多用户场景的文献主要考虑分布式MIMO系统，构成一个宏观的MIMO信道来研究。然而现有的文献主要研究了不同传输模式和不同信道状态信息条件的下行系统的容量问题以及上行系统容量的问题。另外受到大规模集中式MIMO系统研究的启发，若将基站端的大规模天线分散出去，则构成了一个大规模分布式MIMO系统。虽然大规模布设分布式天线单元会带来架构网络成本的提高，但是随着硬件和软件水平的不断提高，以及目前运营商大规模铺设光纤升级有线接入网，因此，布设大规模分布式MIMO系统也是一种可行的绿色无线接入解决方案。

而调度算法是解决大规模分布式MIMO系统用户间干扰的核心技术之一，由于采用大规模分布式天线单元，与传统的分布式天线系统不同，会遇到信令开销，算法复杂度以及传输模式的选取等一系列新的问题，因此，需要设计更加简单和符合实际的调度算法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，利用长时信道信息确定邻居分布式单元，并利用长时信道信息对用户与分布式单元进行配对，有效的解决了小区内的干扰问题，能够减少反馈和算法复杂度，很好的获得系统频谱效率。

本发明采用的技术方案：一种利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，该方法在不同传输模式下利用长时信道信息调度用户与分布式单元，实现了两种调度方法，分别为贪婪调度法和两阶段贪婪调度法；

所述的贪婪调度法包括如下步骤：

步骤11：在每个调度周期开始，K个用户发送正交导频信息，N个分布式天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；

步骤12：中心单元根据获取的所有用户与相邻分布式天线单元的长时信道信息，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元；

步骤13：若采用单个分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合与分布式单元调度集合，K＝K-1；

步骤14：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，若增加的用户与分布式单元能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，结束调度；

步骤15：若K＝0，结束调度，否则，重复步骤14；

步骤16：若采用协作分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤17：按照系统平均和速率最大准则，中心单元再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，若增加的用户与协作分布式单元簇能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，结束调度；

步骤18：若K=0，结束调度，否则，重复步骤17；

所述的两阶段贪婪调度法包括如下步骤：

步骤21：在每个调度周期开始，K个用户发送正交导频信息，N个分布式天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；

步骤22：中心单元根据获取的所有用户与相邻分布式天线单元的长时信道信息，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元；

步骤23：采用单个分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤24：按照系统平均和速率最大准则，中心单元再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，若增加的用户与分布式单元能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，X＝K-1，否则，转步骤26；

步骤25：若K＝0，转步骤26，否则，重复步骤24；

步骤26：采用协作分布式单元传输模式，从用户调度集合中S，选择平均系统和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，若该用户与协作分布式单元簇能够提高原来的系统平均和速率，则该用户采用协作分布式单元传输模式，并且将该用户的协作分布式单元簇并入到分布式单元调度集合R中；否则，结束调度。

作为优选，所述的用户数K要小于分布式单元数N，随着分布式单元数N增大，则可调度到更多的用户，最后趋于饱和，最多调度到K个用户。

作为优选，在步骤12和步骤22中，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元，M至少为2，最多为N。

作为优选，所述的协作分布式单元簇包含的分布式单元数至少为2个，且小于等于M个邻居分布式单元数。

作为优选，在所述的步骤17、步骤24中，按照系统平均和速率最大准则中心单元调度用户和相应的分布式单元，根据不同的系统和用户的服务质量要求，还可以按照比例公平调度准则调度用户和相应的分布式单元，按照平均每用户速率最大准则调度用户和相应的分布式单元，或按照系统平均能效最大准则调度用户和相应的分布式单元。

本发明的有益效果：1、本发明仅需要知道长时信道信息，反馈开销小，算法复杂度低，适用于各种的分布式或多小区无线通信系统；

2、本发明中利用长时信道信息对小区内的用户与分布式单元进行配对组合，取代利用瞬时信道信息进行调度，更加有利于实际系统的调度和配对；

3、本发明中可以根据系统和用户服务质量（QoS）的要求，灵活设置不同的传输模式进行调度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多用户大规模分布式MIMO系统模型示意图；

图2为本发明实施例提供的贪婪调度法的流程图；

图3为本发明实施例提供的两阶段贪婪调度法的流程图。

具体实施方式：

本发明实施例提供了两种利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，分别为贪婪调度法和两阶段贪婪调度法：

（1）贪婪调度法包括如下步骤：

步骤1：在每个调度周期开始，K个用户发送正交导频信息，N个分布式天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；

步骤2：中心单元根据获取的所有用户与相邻分布式天线单元的长时信道信息，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元；

步骤3：若采用单个分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合与分布式单元调度集合，K＝K-1；

步骤4：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，若增加的用户与分布式单元能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，结束调度；

步骤5：若K＝0，结束调度，否则，重复步骤4；

步骤6：若采用协作分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤7：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，若增加的用户与协作分布式单元簇能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，结束调度；

步骤8：若K＝0，结束调度，否则，重复步骤7；

（2）两阶段贪婪调度法包括如下步骤：

步骤3：采用单个分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤4：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，若增加的用户与分布式单元能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，转步骤6；

步骤5：若K＝0，转步骤6，否则，重复步骤4；

步骤6：采用协作分布式单元传输模式，从用户调度集合中S，选择平均系统和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，若该用户与协作分布式单元簇能够提高原来的系统平均和速率，则该用户采用协作分布式单元传输模式，并且将该用户的协作分布式单元簇并入到分布式单元调度集合R中。否则，结束调度。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本实施例的多用户大规模分布式MIMO系统模型如图1所示，假设单小区有N个分布式天线单元，通过光纤连接到中心处理单元，每个分布式天线单元有M根天线，用户数为K（K＜＜N)，每个用户终端有单根天线。假设每个用户终端最多与相邻两个分布式天线单元通信，所有的分布式天线单元共享用户的大尺度衰落信息（统计信道信息）和数据信息，接收端可以精确知道瞬时信道信息，每个分布式天线单元的天线端口发送功率为P。整个系统由模块101、模块102，和模块103组成，其中模块101是分布式天线单元，主要作用是取代传统的基站的射频单元，负责收发数据；模块102是用户终端，主要作用是用户收发数据的设备，如手机、笔记本和IPAD等；模块103是中心单元，主要作用是取代传统的基站基带处理单元，负责信号处理以及调度算法等。若按照系统和速率最大为指标，可以采用两阶段贪婪传输模式进行用户和分布式单元调度；若按照用户和速率最大，同时兼顾系统和速率指标，则可以采用协作分布式单元传输模式的贪婪调度法。而实现单个分布式单元传输模式的贪婪调度法更加简单，适合于信道质量较好的用户终端。

如图2所示，本发明实施例提供了一种贪婪调度法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤201：在每个调度周期开始，K个用户发送正交导频信息，N个分布式天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；

步骤202：中心单元根据获取的所有用户与相邻分布式天线单元的长时信道信息，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元；

步骤203：选择传输模式，是否为单个分布式单元传输模式，若是，则转步骤204，否则，转步骤209；

步骤204：首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合与分布式单元调度集合，K＝K-1；

步骤205：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元；

步骤206：判断增加的用户与分布式单元是否能够提高原来的系统平均和速率，若能增加系统平均和速率，则转步骤207，否则，结束调度；

步骤207：将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤208：判断K是否为0，若为0，则结束调度，否则转步骤205；

步骤209：采用协作分布式单元传输模式；

步骤210：首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个协作分布式单元簇，将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合与分布式单元调度集合，K＝K-1；

步骤211：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个协作分布式单元簇；

步骤212：判断增加的用户与协作分布式单元簇是否能够提高原来的系统平均和速率，若能增加系统平均和速率，则转步骤213，否则，结束调度；

步骤213：将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤214：判断K是否为0，若为0，则结束调度，否则转步骤211；

如图3所示，本发明实施例提供了一种两阶段贪婪调度法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤301：在每个调度周期开始，K个用户发送正交导频信息，N个分布式天线单元获取长时信道信息并报告给中心单元；

步骤302：中心单元根据获取的所有用户与相邻分布式天线单元的长时信道信息，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元；

步骤303：采用单个分布式单元传输模式，首先从K个用户中选择平均速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤304：再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元；

步骤305：判断增加的用户与分布式单元是否能够提高原来的系统平均和速率，若能增加系统平均和速率，则转步骤306，否则，转步骤308；

步骤306：将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1；

步骤307：判断K是否为0，若为0，则转步骤308，否则，转步骤304；

步骤308：采用协作分布式单元传输模式，从用户调度集合中S，选择平均系统和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇；

步骤309：判断增加的用户与协作分布式单元簇是否能够提高原来的系统平均和速率，若能增加系统平均和速率，则转步骤310，否则，结束调度；

步骤310：将该用户的协作分布式单元簇并入到分布式单元调度集合R中，同时该用户的传输模式切换为协作分布式单元传输模式，最后转步骤308。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，其特征在于：该方法在不同传输模式下利用长时信道信息调度用户与分布式单元，实现了两种调度方法，分别为贪婪调度法和两阶段贪婪调度法；

所述的贪婪调度法包括如下步骤：

步骤15：若K＝0，结束调度，否则，重复步骤14；

步骤17：按照系统平均和速率最大准则，中心单元再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的协作分布式单元簇，若增加的用户与协作分布式单元簇能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与协作分布式单元簇分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，X＝K-1，否则，结束调度；

步骤18：若K=0，结束调度，否则，重复步骤17；

所述的两阶段贪婪调度法包括如下步骤：

步骤24：按照系统平均和速率最大准则，中心单元再从K个用户中选择系统平均和速率最大的一个用户与其相应的一个分布式单元，若增加的用户与分布式单元能够提高原来的系统平均和速率，则将所选择的用户与分布式单元分别加入到用户调度集合S与分布式单元调度集合R，K＝K-1，否则，转步骤26；

步骤25：若K＝0，转步骤26，否则，重复步骤24；

2.根据权利要求1所述的利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，其特征在于：所述的用户数K要小于分布式单元数N，随着分布式单元数N增大，则可调度到更多的用户，最后趋于饱和，最多调度到K个用户。

3.根据权利要求1所述的利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，其特征在于：在步骤12和步骤22中，按照平均接收信号强度大小排序，确定每个用户距离最近的M个邻居分布式单元，M至少为2，最多为N。

4.根据权利要求1所述的利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，其特征在于：所述的协作分布式单元簇包含的分布式单元数至少为2个，且小于等于M个邻居分布式单元数。

5.根据权利要求1所述的利用长时信道信息的大规模分布式MIMO系统调度方法，其特征在于：在所述的步骤17、步骤24中，按照系统平均和速率最大准则中心单元调度用户和相应的分布式单元，根据不同的系统和用户的服务质量要求，还可以按照比例公平调度准则调度用户和相应的分布式单元，按照平均每用户速率最大准则调度用户和相应的分布式单元，或按照系统平均能效最大准则调度用户和相应的分布式单元。