CN102932113B - 上行多用户mimo 配对方法、装置和基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种上行多用户MIMO配对方法、装置和基站，涉及无线移动通信技术领域。该方法包括：根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组；选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量；选择第二天线分组中使配对后的信道容量最大的用户，作为待配对用户在第二天线分组中的配对用户。本发明的方法和装置，能够根据室内楼层间隔离较大，单通道单用户上行信号在基站不同天线端口大尺度衰落不同的特点，将用户按通道接收功率进行分组，组间用户进行多用户配对，减少配对算法计算复杂度，减小用户间干扰，有效提升系统上行吞吐量。

Description

上行多用户MIMO配对方法、装置和基站

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，尤其涉及上行多用户MIMO配对方法、装置和基站。

背景技术

一般来说，MIMO(多输入多输出)系统容量是随着min{N_t，N_r}而线性增长的。实际系统中，由于终端多发射天线设计的复杂性，大量单发射天线的低成本LTE终端将存在于网络，不能充分利用MIMO信道容量。为了解决这一问题，可以将多个单天线发射的用户配对，与基站多天线一起构成多用户MIMO传输，从而提高系统上行吞吐量。

在我国，随着2G/3G网络全面深入覆盖，绝大多数已建成的室内分布系统均为单通道建设，改造成双通道的难度较大。同时室内楼层之间以及墙体之间的穿透损耗较大，如何充分利用室内环境特点，进行上行多用户MIMO配对，提高系统上行吞吐量成为需要重点关注的问题。

目前上行多用户配对算法主要有随机配对、正交配对、基于SNR和信道信息的配对方法等。这些配对算法没有考虑到室内天然隔离导致大尺度链路不平衡的特点，配对算法复杂度高。

发明内容

综上所述，为了解决现有技术存在的缺陷，提升室内系统上行吞吐量，研究充分利用室内楼层间隔离，低复杂度高性能的上行多用户配对算法，具有较强的现实意义。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种LTE室内分布系统上行多用户MIMO配对方法，能够有效地减少配对算法复杂度，减小用户间干扰，提高系统上行吞吐量。

根据本发明的一个方面，提供一种上行多用户MIMO配对方法，包括：根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组；选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量；选择第二天线分组中使配对后的信道容量最大的用户，作为待配对用户在第二天线分组中的配对用户。

优选地，该方法还包括：测量所有用户上行信道矩阵。

优选地，该方法还包括：遍历其他天线分组以确定待配对用户在其他天线分组中的配对用户。

优选地，根据如下容量计算公式计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′))

其中 $H^{\′}=(H_i,H_j)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{1i}& h_{1j}\\ h_{2i}& h_{2j}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{\mathrm{pi}}& h_{\mathrm{pj}}\end{array}\right)$ 为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，包含大尺度和小尺度衰落。

优选地，在LTE室内分布系统中，用户划分到用户所在楼层的端口对应的天线分组。

根据本发明的另一方面，提供一种上行多用户MIMO配对装置，包括：用户分组模块，用于根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组；容量计算模块，用于选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量；配对选择模块，用于选择第二天线分组中使配对后的信道容量最大的用户，作为待配对用户在第二天线分组中的配对用户。

优选地，该装置还包括：信道测量模块，用于测量所有用户上行信道矩阵。

优选地，容量计算模块根据如下容量计算公式计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′))

其中 $H^{\′}=(H_i,H_j)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{1i}& h_{1j}\\ h_{2i}& h_{2j}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{\mathrm{pi}}& h_{\mathrm{pj}}\end{array}\right)$ 为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，包含大尺度和小尺度衰落。

优选地，在LTE室内分布系统中，用户分组模块将用户划分到用户所在楼层的端口对应的天线分组。

优选地，第二天线分组遍历不同于第一天线分组的其他天线分组以确定待配对用户在其他天线分组中的配对用户。

本发明的另一方面，还提供一种基站，包括上述上行多用户MIMO配对装置。

本发明实施例的方法和装置，将用户根据基站在不同端口接收到的上行信号功率划分为不同的天线分组，不同分组内的用户进行配对进行多用户MIMO传输，有效减少了配对算法的复杂度，减小了用户间干扰，提高了系统上行吞吐量。

附图说明

图1示出本发明的上行多用户MIMO配对方法的一个实施例的流程图；

图2示出本发明的上行多用户MIMO配对方法的另一个实施例的流程图；

图3为本发明应用例中LTE室内分布系统RRU端口和天线映射示意图；

图4示出本发明的上行多用户MIMO配对装置的一个实施例的结构图；

图5示出本发明的上行多用户MIMO配对装置的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

图1示出本发明的上行多用户MIMO配对方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，在步骤102，根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组。例如，将接收功率最强的端口作为用户所在的通道。

在步骤104，选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量。第二天线分组是不同于第一天线分组的天线分组。

在步骤106，选择第二天线分组中使配对后的信道容量最大的用户，作为待配对用户在第二天线分组中的配对用户。

上述实施例中，第一天线分组可以从所有天线分组中随机选择或者指定，第二天线分组可以遍历所有不同于第一分组的天线分组，从而实现不同天线分组中的用户间的配对。

上述实施例，将用户根据基站在不同端口接收到的上行信号功率划分为不同的天线分组，不同分组内的用户进行配对进行多用户MIMO传输，有效减小了用户间干扰，提高了系统上行吞吐量。

已有室内分布系统多为单通道单发射天线建设，LTE RRU天线端口数P大于每楼层通道数。将RRU天线端口分为P组，每个天线分组对应一定的楼层，不同的天线分组对应不同的楼层。分组之间的天线在上行信道上采用多用户MIMO模式空分复用相同的时频单元，从而充分利用MIMO空间复用增益。

图2示出本发明的上行多用户MIMO配对方法的另一个实施例的流程图。

如图2所示，步骤202，基站测量所有用户上行信道矩阵；

步骤204，基站根据用户i在不同端口接收到的上行信号功率 判断上行信号功率最强的端口为用户i所在通道，将该通道对应的天线分组A⁽ⁱ⁾为该用户i所在的天线分组。 p＝0，1，…，P为用户i在端口p接收的上行信号功率；

步骤206，把所有用户分别加入其所在的天线分组列表ε_a a＝1，2，…P；

步骤208，选取待配对用户i，待配对用户i的选取原则可根据目标不同。如随机选取，信干噪比最大，比例公平。假设用户i属于天线分组列表ε₁。

步骤210，依次遍历天线分组列表ε₂中每个用户j，计算用户j与初始用户i配对后的信道容量。容量计算公式为：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′)) (1)

其中 $H^{\′}=(H_i,H_j)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{1i}& h_{1j}\\ h_{2i}& h_{2j}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{\mathrm{pi}}& h_{\mathrm{pj}}\end{array}\right)$ 为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，包含大尺度和小尺度衰落，h_pi为基站天线端口p到用户i发射天线的信道冲击响应，h_pj为基站天线端口p到用户j发射天线的信道冲击响应，I₂为2*2的单位阵，H′^H为H′信道矩阵的共轭转置，det(□)为矩阵的行列式。

选取使信道容量最大的用户j作为用户i在天线分组列表ε₂中的配对用户。

步骤212，遍历剩余天线分组列表ε₃…ε_p，重复步骤210，分别选择与用户i配对后信道容量最大的用户m…n，形成配对用户对{i，j，m，…n}，进行上行多用户传输。

步骤214，选择天线分组列表ε₁中下一个用户，重复步骤208-212进行多用户配对。

相对于现有的LTE上行多用户MIMO配对算法而言，上述实施例能够根据室内楼层间隔离较大，单通道单用户上行信号在不同天线端口大尺度衰落不同的特点，将用户按通道接收功率进行分组，组间用户进行多用户配对，减少配对算法计算复杂度，减小用户间干扰，有效提升系统上行吞吐量。

图3为本发明应用例中LTE室内分布系统RRU端口和天线映射示意图。在该实施例中，以2通道RRU、2收1发终端(即终端2根接收天线，1根发射天线)、单通道室分系统为例，对结合附图对本发明的技术方案进一步详细阐述。但本发明所涉及的原理和方法不局限于以上端口和天线数配置。

如图3所示，在LTE室内分布系统中，室内每个楼层采用单通道分布系统，每个楼层每个天线点位有1根收发天线。楼层1(1F)和楼层2(2F)为同一天线分组1，对应RRU端口(Port)1，楼层3(3F)和楼层4(4F)为同一天线分组2，对应RRU端口2。考虑到楼层之间以及墙体之间的穿透损耗较大一般在20-30dB左右，室内用户进行上行数据传输时，基站将主要接收其所在楼层的单通道的信号。若采用单用户MIMO模式时，单用户上行信道最大秩为1；采用虚拟多用户MIMO模式时，可支持两个用户同时进行上行信道秩为1的传输，可成倍增加系统上行吞吐量。

用户终端UEi在楼层1，对应RRU端口1，属于天线分组1。进行上行数据传输时，基站在端口1接收到用户终端UEi的上行信号功率远大于端口2接收到信号功率。对用户i进行配对时，如选择同属于天线分组1的用户，会造成较大干扰。因此配对时只考虑有较大空间隔离的天线分组2的用户，这样可以降低配对时计算复杂度，同时降低用户间干扰。

图3中用户i和用户j的单发射天线与基站的2个接收天线端口构成了2*2MIMO信道矩阵 $H^{\′}=(H_i,H_j)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{1i}& h_{1j}\\ h_{2i}& h_{2j}\end{array}\right).$ 信道矩阵H′既包含了大尺度衰落也包含了小尺度衰落。

利用容量公式C＝log₂(det(I₂+H′^HH′))依次计算天线分组2中每个用户与用户i配对后的容量，选择容量最大的用户j与用户i配对。

重复上述步骤，选择下一个用户进行多用户配对。

上述应用例中，根据室内楼层间隔离较大的特点对处于不同天线分组的用户根据信道容量最大化进行上行多用户MIMO配对，减少基站配对算法的计算复杂度，减小配对用户间的干扰，提高单通道室内分布系统上行吞吐量。

图4示出本发明的上行多用户MIMO配对装置的一个实施例的结构图。如图4所示，该装置包括用户分组模块41、容量计算模块42、配对选择模块43。其中，用户分组模块41根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组；容量计算模块42选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与待配对用户配对后的信道容量；配对选择模块43于选择第二天线分组中使配对后的信道容量最大的用户，作为待配对用户在第二天线分组中的配对用户。第二天线分组可以遍历不同于第一天线分组的其他天线分组以确定待配对用户在其他天线分组中的配对用户。

根据本发明的一个实施例，容量计算模块42根据如下容量计算公式计算第二天线分组中每个用户与所述待配对用户配对后的信道容量：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′)) (2)

其中 $H^{\′}=(H_i,H_j)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{1i}& h_{1j}\\ h_{2i}& h_{2j}\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ h_{\mathrm{pi}}& h_{\mathrm{pj}}\end{array}\right)$ 为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，包含大尺度和小尺度衰落，h_pi为基站天线端口p到用户i发射天线的信道冲击响应，h_pj为基站天线端口p到用户j发射天线的信道冲击响应，I₂为2*2的单位阵，H′^H为H′信道矩阵的共轭转置，det(□)为矩阵的行列式。

图5示出本发明的上行多用户MIMO配对装置的另一个实施例的结构图。如图5所示，该装置包括用户分组模块41、容量计算模块42、配对选择模块43和信道测量模块54。用户分组模块41、容量计算模块42和配对选择模块43可以参见上文实施例中的描述，为简洁起见在此不再详细描述。信道测量模块54测量所有用户上行信道矩阵，用于用户分组模块41的用户分组和容量计算模块42的系统信道容量计算。

上文实施例中描述的上行多用户MIMO配对装置可以位于基站内或者作为单独的设备存在。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (11)

1.一种上行多用户MIMO配对方法，其特征在于，包括：

根据基站在不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组，所述不同端口包括针对单用户上行信号的大尺度衰落不同的端口；

选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与所述待配对用户配对后的信道容量，所述第二天线分组是不同于第一天线分组的天线分组；

选择所述第二天线分组中使所述配对后的信道容量最大的用户，作为所述待配对用户在所述第二天线分组中的配对用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

测量所有用户上行信道矩阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，遍历其他天线分组以确定所述待配对用户在所述其他天线分组中的配对用户。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下容量计算公式计算第二天线分组中每个用户与所述待配对用户配对后的信道容量：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′))

其中为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，h_pi为基站天线端口p到用户i发射天线的信道冲击响应，h_pj为基站天线端口p到用户j发射天线的信道冲击响应，I₂为2*2的单位阵，H′^H为H′信道矩阵的共轭转置，det(I₂+H’^HH’)为矩阵I₂+H’^HH’的行列式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在LTE室内分布系统中，用户划分到用户所在楼层的端口对应的天线分组。

6.一种上行多用户MIMO配对装置，其特征在于，包括：

用户分组模块，用于根据在基站不同端口接收到用户的上行信号功率确定用户所在通道，将用户划分到用户所在通道对应的天线分组，所述不同端口包括针对单用户上行信号的大尺度衰落不同的端口；

容量计算模块，用于选取第一天线分组中的待配对用户，计算第二天线分组中每个用户与所述待配对用户配对后的信道容量，所述第二天线分组是不同于第一天线分组的天线分组；

配对选择模块，用于选择所述第二天线分组中使所述配对后的信道容量最大的用户，作为所述待配对用户在所述第二天线分组中的配对用户。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

信道测量模块，用于测量所有用户上行信道矩阵。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述容量计算模块根据如下容量计算公式计算第二天线分组中每个用户与所述待配对用户配对后的信道容量：

C＝log₂(det(I₂+H′^HH′))

其中为用户i和用户j与基站组成的信道矩阵，h_pi为基站天线端口p到用户i发射天线的信道冲击响应，h_pj为基站天线端口p到用户j发射天线的信道冲击响应，I₂为2*2的单位阵，H′^H为H′信道矩阵的共轭转置，det(I₂+H’^HH’)为矩阵I₂+H’^HH’的行列式。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在LTE室内分布系统中，用户分组模块将用户划分到用户所在楼层的端口对应的天线分组。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二天线分组遍历不同于所述第一天线分组的其他天线分组以确定所述待配对用户在所述其他天线分组中的配对用户。

11.一种基站，其特征在于，包括权利要求6至10中任意一项所述的上行多用户MIMO配对装置。