CN103051421B - 一种基于码本预编码的配对用户选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了网络通信技术领域中的一种基于码本预编码的配对用户选择方法及装置。本发明首先接收用户终端发送的信道状态信息，根据所述信道状态信息调度首用户；然后根据所述首用户的预编码矩阵索引和秩指示选择首用户的匹配预编码矩阵索引集合；根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合寻找所述期望配对用户的预编码矩阵索引；最后根据所述预编码矩阵索引选择与所述首用户配对的次用户；向所述首用户和所述次用户的发送数据。本发明在不增加用户终端任何反馈开销的前提下，减小了干扰对配对结果的影响，减少了基站端计算复杂度，实现了更有效准确的用户配对，进而提高MU-MIMO系统的下行数据传输性能。

Description

一种基于码本预编码的配对用户选择方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种基于码本预编码的配对用户选择方法及装置。

背景技术

3GPP技术的长期演进(LTE)提出的MU-MIMO是有效解决峰值数据速率、平均小区吞吐量、小区边缘用户吞吐量的关键技术，图1为SU-MIMO传输和MU-MIMO传输的示意图。在SU-MIMO传输中，基站(eNodeB)将相同时频资源上的多个数据流发送给相同的用户。而在MU-MIMO传输中，基站将相同时频资源上的多个数据流发送给不同的用户，通过同时为多个用户传输数据提高系统容量。

在MU-MIMO实施过程中，有效地用户终端配对是决定MU-MIMO整体性能的一个最基础最重要的因素。

在下行MU-MIMO用户配对的实际操作当中，基站需要通过对配对用户进行预编码或将预编码和配对算法这二者结合起来使得配对用户之间的信道干扰最小。在FDD（频分双工）系统中，需要基站通过上行链路接受反馈获得用于传输的信道信息来进行预编码操作及其调整。

预编码技术是在发射端利用信道状态信息对发送符号进行预处理以达到消除干扰，以此来达到提高系统容量目的。预编码需要基站获知传输信道信息，并根据传输信道信息确认预编码矩阵。按照预编码矩阵的获得方式，可将线性预编码操作分为两大类：基于码本的预编码（codebookbasedprecoding）和非码本的预编码（non-codebookbasedprecoding）。在基于码本的预编码技术中，码本对于用户终端(UE)和基站(eNodeB)而言是相同的。用户通过向基站反馈预编码矩阵指示(PMI)、秩指示(RI)来向基站通知该用户所使用的预编码矩阵。

现有技术中，一般通过用户终端上报附加反馈等参数，通过提供给基站更具体更精确的用户信道状态，由基站端选择出合适的配对用户。目前已有很多针对附加的MU-CQI（MultipleUser-ChannelQualityIndication）反馈进行用户配对。例如，阿朗公司在提案R1-094613中提出，可以反馈一个最佳陪同PMI及与之相对应的MU-CQI来进行配对用户的调度；基于这一方案的演进，RIM公司在提案R1-102052中提出了一种减少反馈的方法。该方法将码本分成多个子集，每个SU-MIMOPMI与其中一个子集有关，这种子集称为陪同子集（companionsubset）。对于一个给定的SU-MIMOPMI，最佳的MU-MIMO配对PMI将会从它的陪同子集（companionsubset）中选出。用户需要向基站反馈陪同PMI子集指示和陪同子集中每一个匹配PMI对应的MU-CQI，增加了至少两倍的反馈负荷。于此同时，MU-CQI具体的计算方法和定义，以及附加的反馈比特数仍然悬而未决。

时至今日，随着网络拓扑越来越复杂，特别是在3GPPLTE-A无线网络里，用户终端所遭受的干扰环境也日益复杂，这些干扰对用户配对的影响越来越大；用户和基站端的上行信道状态反馈负荷越来越多，真正起到关键作用的附加反馈寥寥无几；尤其是针对码本预编码的多用户配对，由于不能像ZF、BD算法良好的消除配对用户干扰，进而对MU-MIMO的性能造成了严重的影响。如何实现更有效、更准确、更简便的基于码本预编码的用户终端配对，进而MU-MIMO的下行数据传输性能，是一个亟待解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一个配对用户选择方法，实现信息的高效传输。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于码本预编码的配对用户选择方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

S1：接收用户终端发送的信道状态信息；

S2：根据所述信道状态信息调度首用户；

S3：根据所述首用户对应的预编码矩阵索引和秩指示选择首用户的匹配预编码矩阵索引集合；根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合寻找所述期望配对用户的预编码矩阵索引；

S4：根据所述期望配对用户的预编码矩阵索引选择与所述首用户配对的次用户；向所述首用户和所述次用户的发送数据。

所述在步骤S4后还有：

若没有与所述首用户配对的次用户，则对所述首用户进行单用户信息传输。

所述信道状态信息调度首用户具体为：信道状态信息根据比例公平调度算法调度首用户。

所述选择与所述首用户匹配的次用户的方法为：通过快速寻找法或顺序寻找法选择与所述首用户配对的次用户。

所述快速寻找法具体为：若所述次用户的预编码矩阵索引属于所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合，则对所述次用户和所述首用户配对。

所述顺序寻找法具体为：查看所述正交性表格中的第一个元素是否有对应的用户，若有，则将其作为次用户和所述首用户配对，过程结束；否则，查看所述正交性表格中的下一个元素是否有对应的用户，直到找到该元素对应的用户。

所述信道状态信息包括信道质量指示、预编码矩阵索引和秩指示。

所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合，是所述首用户的预编码索引对应的正交性表格前设定个值。

一种配对用户选择装置，其特征是，该装置包括：

参数接收单元，用于接收用户终端的信道状态信息；

与所述参数接收单元连接的用户调度单元，用于根据所述信道状态信息调度首用户；

与所述用户调度单元连接的匹配信息存储单元，用于根据所述首用户的所述信道状态信息选择正交性表格；根据所述正交性表格寻找首用户的匹配预编码矩阵索引集合；

与所述匹配信息存储单元连接的配对搜索单元，用于根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合选择次用户；

与所述配对搜索单元连接的数据发送单元，用于向所述首用户和所述次用户的发送数据。

（三）有益效果

本发明通过用户终端的信道状态信息调度首用户，得到首用户的预编码矩阵索引，通过首用户的匹配预编码矩阵索引集合选择和首用户配对的次用户进行数据传输。本发明在不增加用户终端任何反馈开销的前提下，减小了干扰对配对结果的影响，减少了基站终端计算复杂度，实现了更有效准确的用户配对，进而提高MU-MIMO系统的下行数据传输性能，具有很高的实用性。

附图说明

图1是SU-MIMO与MU-MIMO对比示意图。

图2是本发明涉及的MU-MIMO基于选择码本的用户配对方法流程示意图。

图3是本发明涉及的MU-MIMO基于选择码本的用户配对基站装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了提高MU-MIMO的性能，解决用户终端配对效率低，配对过程复杂等不足，本发明提供了一种基于码本预编码的配对用户选择方法及装置。旨在不增加用户终端任何反馈开销的前提下，以更简便快捷的方式，降低配对用户间干扰，实现更有效准确的用户配对，进而提高MU-MIMO系统吞吐量。

本发明装置包括：

1.参数接收单元，用于接收用户终端的信道状态信息；

2.用户调度单元，与所述参数接收单元连接，用于根据所述信道状态信息调度首用户；

3.匹配信息存储单元，与所述用户调度单元连接，用于根据所述首用户的所述信道状态信息选择正交性表格，即针对每一个秩指示和预编码矩阵索引存储其首用户匹配预编码矩阵索引集合；根据所述正交性表格寻找首用户的匹配预编码矩阵索引集合；

4.配对搜索单元，与所述匹配信息存储单元连接，用于根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合选择次用户；基于所述匹配信息存储单元中存储的首用户匹配预编码矩阵索引集合，实现基于码本预编码的MU-MIMO配对用户码本选择方法；

5.数据发送单元，与所述配对搜索单元连接，用于向所述首用户和所述次用户的发送数据。

本发明包括以下步骤：

S1：参数接收单元接收用户终端发送的信道状态信息；

用户终端向基站的上报信道状态信息（CSI，ChannelStateInformation），其中包括CQI（信道质量指示）、PMI（预编码矩阵索引）、RI（秩指示）；基站根据用户终端反馈的PMI（PrecodingMatrixIndesign）、RI（RankIndex）确定用户预编码矩阵，矩阵行数为发送天线数，列数为数据传输层数，即RI大小；PMI为预编码矩阵索引，基站首先根据RI确定数据传输层数，再根据PMI指示确定预编码矩阵。

S2：用户调度单元根据所述信道状态信息调度首用户；

信道状态信息根据比例公平调度算法调度首用户。

基站根据CSI调度首用户，为每个资源块调度一个首用户，根据CQI，使用比例公平调度算法对首用户进行调度；资源块大小根据基站规定，首先在所述资源块大小上调度一个首用户；

S3：匹配信息存储单元根据所述首用户的预编码矩阵索引和秩指示选择首用户的匹配预编码矩阵索引集合；根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合寻找期望配对用户的预编码矩阵索引；

根据首用户RI进行正交性表格选择；正交性表格体现首用户预编码矩阵和配对用户预编码矩阵之间的正交性，正交性大小判断方法是计算两用户预编码向量或矩阵每一列之间正交性，求和后由小到大的排列；针对RI=1和RI=2混合层数用户配对，正交性表格为32行16列的表格，由于可以配对的用户集合为RI=1或RI=2，不同层数分别对应16个PMI，所以有32个可选配对集合；确定了首用户的层数，RI=1或RI=2，只有16个PMI，所以16列分别代表了层数确定的首用户PMI；

根据正交表格寻找匹配PMI；正交性表格决定了首用户匹配PMI集合，每个首用户根据自身PMI、RI，可以选择正交性表格中的前6个作为首用户匹配PMI集合；PMI用于向用户终端说明发送数据需要使用的预编码矩阵，取值为0到15。首用户匹配PMI集合可以根据实际情况改变其中元素的数量，RI指示用于表示用户信道矩阵的秩，与用户传输层数相等，取值为1到4；

S4：配对搜索单元根据所述期望配对用户的预编码矩阵索引选择与所述首用户匹配的次用户；将两用户数据在同一时频资源块上数据发送单元向所述首用户和所述次用户的发送数据；

通过快速寻找法或顺序寻找法选择与所述首用户配对的次用户。其中：

快速寻找法具体为：若所述次用户的预编码矩阵索引属于所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合，则对所述次用户和所述首用户配对。

顺序寻找法具体为：查看所述正交性表格中的第一个元素是否有对应的用户，若有，则将其作为次用户和所述首用户配对，过程结束；否则，查看所述正交性表格中的下一个元素是否有对应的用户，直到找到该元素对应的用户。

若没有与所述首用户配对的次用户，则对所述首用户进行单用户信息传输。

下面结合图1至图3来对本发明进行说明。

如图1所示MIMO系统中SU-MIMO和MU-MIMO场景下数据传输的示意图，所述的SU-MIMO传输中，基站(eNodeB)将相同时频资源上的多个数据流发送给相同的用户。而在MU-MIMO传输中，基站将相同时频资源上的多个数据流发送给不同的用户，通过同时为多个用户传输数据提高系统容量。

表1示出了针对单双层混合配对的正交性表格，针对每个RI、PMI，顺序表示了两者正交性的大小。其中1-16表示PMI为0-15并且RI=1，17-32表示PMI为0-15并且RI=2。

表1(a)正交性表格（针对单双层混合）

图表1（b）正交性表格（针对单双层混合）

表2示出了针对单双层混合配对的首用户的匹配PMI集合，针对每个RI、PMI，顺序表示了两者正交性的大小。其中1-16表示PMI为0-15并且RI=1，17-32表示PMI为0-15并且RI=2。

表2匹配首用户PMI集合（针对单双层混合）

图2示出了本发明涉及的MU-MIMO基于选择码本的用户配对方法流程示意图。

MU-MIMO用户传输根据层数的不同需要选择相应的预编码矩阵，通过分析配对用户预编码矩阵的正交性，选择正交性最好的预编码矩阵进行MU-MIMO配对，可以在接收端获得较好的干扰消除。

正交PMI配对算法的主要准则即寻找针对首用户最优的配对集合，针对配对集合大小、顺序、正交PMI选择方式的差异，选取最优的配对集合，使得首用户寻找到最优的配对用户，提升配对后系统整体性能。

具体流程描述如下：

(1)用户终端向基站的上报CSI，其中包括CQI（信道质量指示）、PMI（预编码矩阵索引）、RI（秩指示）。PMI指示用户终端发送数据流需要使用的预编码矩阵，取值0-15，RI表示用户信道矩阵的秩，与用户传输层数相等，取值1-4。基站根据用户终端反馈的PMI、RI确定用户预编码矩阵，矩阵行数为发送天线数，列数为数据传输层数，即RI大小；

(2)基站根据CSI调度首用户，为每个资源块分配一个首用户，调度首用户根据CQI进行，使用比例公平调度算法；资源块大小根据基站规定，首先在所述资源块大小上调度一个首用户；

(3)根据首用户RI进行正交性表格选择；基站根据首用户RI维护不同的正交性表格。正交性表格体现首用户和配对用户预编码矩阵正交性，正交性大小判断方法是计算两用户预编码向量或矩阵每一列之间正交性，求和后由小到大的排列；针对RI=1和RI=2混合层数用户配对，正交性表格为32行16列的表格，由于可以配对的用户集合为RI=1或RI=2，不同层数分别对应16个PMI，所以有32个可选配对集合；确定了首用户的层数，RI=1或RI=2，只有16个PMI，所以16列分别代表了层数确定的首用户PMI；

如表1所示，其中1-16表示PMI为0-15并且RI=1，17-32表示PMI为0-15并且RI=2。表(a)为首用户RI=1，第一行为PMI从0-15，每一列为对应单双层RI和PMI的每一个可能配对用户的正交性由小到大的顺序排列。表(b)为首用户RI=2，第一行为PMI从0-15，每一列为对应单双层RI和PMI的每一个可能配对用户的正交性由小到大的顺序排列。

根据正交表格寻找匹配PMI；正交性表格决定了首用户匹配PMI集合，每个首用户根据自身PMI、RI，可以选择正交性表格中的前6个作为首用户匹配PMI集合；首用户匹配PMI集合可以根据实际情况改变其中元素的数量；

如表2所示，其中1-16表示PMI为0-15并且RI=1，17-32表示PMI为0-15并且RI=2。第一列为RI=1或2与PMI为0-15的映射，每一行为对应单双层RI和PMI的每一个可能配对用户的正交性由小到大的顺序排列。选择首用户匹配PMI集合大小为6是由于仿真结果中显示，集合元素个数为6时系统达到最大吞吐量。

(4)首用户选择次用户时，有两种选择方式。

一、快速寻找方法，只要寻找到次用户PMI属于首用户匹配PMI集合，即可进行两用户配对。

二、顺序寻找方法，基站首先寻找正交性顺序表格中的第一个元素，即配对后预编码矩阵正交性最小的匹配PMI，若找到，进行配对；若没有这样的用户，再寻找正交性顺序表格中的第二个元素，若找到，进行配对；若没有这样的用户，再寻找正交性顺序表格中的第三个元素，依次类推，直到找到配对用户。

通过上述两种寻找方式，若次用户PMI属于首用户匹配PMI集合，基站确认该次用户终端为配对用户终端，将两用户数据在同一时频资源块上配对传输；

若使用快速寻找方法或顺序寻找方法都未能找到匹配的次用户，首用户进行单用户传输。

图3示出了本发明涉及的MU-MIMO基于选择码本的用户配对方法基站端装置示意图。该装置包括：参数接收单元、匹配信息存储单元、配对搜索单元、数据发送单元。

本发明通过用户终端的信道状态信息调度首用户，得到首用户的预编码矩阵索引，通过首用户的匹配预编码矩阵索引集合选择和首用户配对的次用户进行数据传输。本发明在不增加用户终端任何反馈开销的前提下，减小了干扰对配对结果的影响，减少了基站终端计算复杂度，实现了更有效准确的用户配对，进而提高MU-MIMO系统的下行数据传输性能，具有很高的实用性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种基于码本预编码的配对用户选择方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

S1：接收用户终端发送的信道状态信息；

S2：根据所述信道状态信息调度首用户；

S3：根据所述首用户对应的预编码矩阵索引和秩指示选择首用户的匹配预编码矩阵索引集合；根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合寻找期望配对用户的预编码矩阵索引；

S4：根据所述期望配对用户的预编码矩阵索引选择与所述首用户配对的次用户；向所述首用户和所述次用户发送数据；

其中步骤S3中根据所述首用户对应的预编码矩阵索引和秩指示选择首用户的匹配预编码矩阵索引集合，包括：

根据所述首用户的所述信道状态信息选择正交性表格，即针对每一个秩指示和预编码矩阵索引存储其首用户匹配预编码矩阵索引集合；根据所述正交性表格寻找首用户的匹配预编码矩阵索引集合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，在所述步骤S4后还有：

若没有与所述首用户配对的次用户，则对所述首用户进行单用户信息传输。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述信道状态信息调度首用户具体为：根据比例公平调度算法调度首用户。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述选择与所述首用户匹配的次用户的方法为：通过快速寻找法或顺序寻找法选择与所述首用户配对的次用户。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述快速寻找法具体为：若所述次用户的预编码矩阵索引属于所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合，则对所述次用户和所述首用户配对。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述顺序寻找法具体为：查看正交性表格中的第一个元素是否有对应的用户，若有，则将其作为次用户和所述首用户配对，过程结束；否则，查看所述正交性表格中的下一个元素是否有对应的用户，直到找到该元素对应的用户。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述信道状态信息包括信道质量指示、预编码矩阵索引和秩指示。

8.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合，是所述首用户的预编码索引对应的正交性表格的前设定个值。

9.一种根据权利要求1-8任一所述方法的配对用户选择装置，其特征是，该装置包括：

参数接收单元，用于接收用户终端的信道状态信息；

与所述参数接收单元连接的用户调度单元，用于根据所述信道状态信息调度首用户；

与所述用户调度单元连接的匹配信息存储单元，用于根据所述首用户的所述信道状态信息选择正交性表格；根据所述正交性表格寻找首用户的匹配预编码矩阵索引集合；

与所述匹配信息存储单元连接的配对搜索单元，用于根据所述首用户的匹配预编码矩阵索引集合选择次用户；

与所述配对搜索单元连接的数据发送单元，用于向所述首用户和所述次用户发送数据。