具体实施方式
如背景技术所述,在多用户调度的场景下,下行多用户占用相同的时频资源,会导致用户间干扰增加,而现有的技术方案中,是通过采用基于Doa的配对准则,将干扰较小的用户进行配对的方式来减小干扰,但是,由于多径信道的存在,基站基于GOB算法估计的各用户的地理角度信息存在着误差,因此用户配对的精度较低。
为了克服这样的缺陷,本发明实施例提出了一种多用户调度方法,能有效的降低用户间干扰,同时能根据用户间干扰水平更准确地选择用户的调制编码方式,来提高系统性能。
如图3所示,为本发明实施例所提出的一种多用户调度方法的流程示意图,该方法具体包括以下步骤:
步骤S301、基站为各主用户分配第一层资源。
步骤S302、所述基站通过卡庞波束赋形算法,确定满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA。
在具体的处理场景中,本步骤的处理过程,具体包括:
步骤A、所述基站确定当前满足CQI门限的主用户和剩余用户。
通过本步骤,确定了需要进行DoA确定的用户范围,避免对没有满足CQI门限的用户进行DoA确定过程所带来的系统资源的浪费。
步骤B、所述基站根据SRS信道,分别确定当前满足CQI门限的各主用户和剩余用户的频域信道矩阵hi。
其中,hi为一个8乘1的矩阵,i表示一个用户的第i根天线。
步骤C、所述基站采用卡庞波束赋形算法(Capon Beamforming),分别确定各用户在不同DoA下基站天线阵列的接收信号功率值Pi。
在具体的应用场景中,本步骤的处理过程如下:
所述基站按照预设的规则遍历一个用户所有可能的DoA取值,并按照以下公式,确定所述用户在不同DoA下基站天线阵列的Pi:
其中,Rhh为信道hi的空间相关矩阵,具体为:
S表示子载波个数,表示hi,s的共轭转置;
θ表示用户的天线i的有效径和所述基站的法线方向的夹角,作为当前的DoA取值,θ的取值范围为[-90°,90°];
aθ表示DoA取值为θ时所对应的基站天线阵列响应,具体为:
步骤D、所述基站比较同一个用户所对应的全部Pi值,并确定其中最大的Pi值所对应的DoA为当前用户的DoA。
在具体的应用场景中,本步骤的处理过程如下:
所述基站比较同一个用户所对应的全部Pi值,并将其中最大的Pi值所对应的θ作为当前用户的第i根天线对应信道的有效径的DoA;
当所述基站确定当前用户所对应的进行SRS发送的天线为1根时,所述基站确定所述第i根天线对应信道的有效径的DoA为当前用户的DoA;
当所述基站确定当前用户所对应的进行SRS发送的天线多于1根,且为单极化天线时,所述基站确定当前用户所对应的所有天线对应信道的有效径的DoA平均值为当前用户的DoA;
当所述基站确定当前用户所对应的进行SRS发送的天线多于1根,且为双极化天线时,所述基站分别将当前用户所对应的所有天线在每个极化方向上对应信道的有效径的DoA的集合确定为当前用户的DoA。
步骤S303、所述基站根据满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA差异,以及信道相关性,对当前的主用户和剩余用户进行配对。
在具体的处理场景中,上述的配对过程的操作如下:
所述基站根据优先级,将满足CQI门限的各剩余用户依次与当前的主用户进行DoA比较,确定相应的DoA角度差。
所述基站将与当前的主用户的DoA角度差的绝对值大于预设的角度差阈值的剩余用户放入暂存集合。
所述基站通过确定当前的主用户与所述暂存集合中的各剩余用户之间的信道相关性,选取相关性最弱的剩余用户作为所述当前的主用户的配对用户;
所述基站确定所述当前的主用户配对成功,将作为配对用户的所述剩余用户放入配对用户集合中,并清空所述暂存集合,继续对其他尚未配对成功的主用户和其他的满足CQI门限的各剩余用户进行配对处理。
需要说明的是,上述的基站确定当前的主用户与所述暂存集合中的各剩余用户之间的信道相关性r所依据的公式,具体为:
其中,S为选取的子载波个数,Hmain为当前的主用户的信道矩阵,Hpaired为当前进行配对处理的剩余用户的信道矩阵,Hmain,s为第s个子载波上主用户的信道矩阵,Hpaired,s为第s个子载波上配对用户的信道矩阵,||X||表示矩阵X的范数。
需要进一步指出的是,当所述基站确定当前用户所对应的进行SRS发送的天线多于1根,且为双极化天线时,所述基站确定一个满足CQI门限的剩余用户与当前的主用户的DoA角度差的方式,具体为:
如果所述基站确定当前的主用户所对应的进行SRS发送的天线多于1根,且为双极化天线,所述基站分别确定所述满足CQI门限的剩余用户的DoA与所述当前的主用户的每个极化方向上的DoA之间的角度差,并将所得到的各角度差的平均值作为所述满足CQI门限的剩余用户与当前的主用户的DoA角度差;
如果所述基站确定所述满足CQI门限的剩余用户所对应的进行SRS发送的天线多于1根,且为双极化天线,所述基站分别确定所述当前的主用户的DoA与所述满足CQI门限的剩余用户的每个极化方向上的DoA之间的角度差,并将所得到的各角度差的平均值作为所述满足CQI门限的剩余用户与当前的主用户的DoA角度差;
如果所述基站确定所述满足CQI门限的剩余用户和所述当前的主用户所对应的进行SRS发送的天线均多于1根,且均为双极化天线,所述基站分别确定所述当前的主用户的每个极化方向上的DoA与所述满足CQI门限的剩余用户的每个极化方向上的DoA之间的角度差,并将所得到的各角度差的平均值作为所述满足CQI门限的剩余用户与当前的主用户的DoA角度差。
步骤S304、所述基站为配对成功的剩余用户分配第二层资源。
在本步骤完成之后,还包括进一步的MCS的调整过程,具体说明如下:
当所述基站进行多用户数据收发时,各配对成功的用户获取自身以及自身的配对用户的预编码矩阵;
所述各配对成功的用户根据自身以及自身的配对用户的信道矩阵和预编码矩阵,以及反馈的信号与干扰加噪声比SINR,确定当前的信干噪比值;
所述各配对成功的用户根据最新的信干噪比值调整自身的调制与编码策略MCS,选择与当前的信干噪比值相匹配的MCS。
在具体的处理场景中,上述的各配对成功的用户根据自身以及自身的配对用户的信道矩阵和预编码矩阵,以及反馈的SINR,确定当前的信干噪比值的操作过程,具体为:
所述各配对成功的用户确定自身的信道矩阵为H1,自身的配对用户的信道矩阵H2;
所述各配对成功的用户确定自身反馈的SINR为SINRorg;
所述各配对成功的用户根据以下公式,确定当前的信干噪比值SINR1:
其中,
表示当前用户的信号功率值,w1表示当前用户的预编码矩阵,v1=H1w1表示当前用户的检测矩阵,表示v1的共轭转置;
表示当前用户接收到的来自自身的配对用户的干扰功率,w2表示当前用户的配对用户的预编码矩阵。
与现有技术相比,本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点:
通过应用本发明实施例的技术方案,基站在为各主用户分配第一层资源后,通过卡庞波束赋形算法确定满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA,保证了DoA的高准确度,然后,根据DoA差异以及信道相关性对当前的主用户和剩余用户进行配对,并为配对成功的剩余用户分配第二层资源,从而,在基站进行下行多用户调度时,采用一种基于DoA的多用户调度方法,在保证DoA具有较高的估计准确度,并利用DoA进行初步配对用户选取后,进一步根据用户的信道相关性来选取最优的用户进行配对,提高了配对的准确性,保证了多用户调度过程中,将干扰最低的用户进行配对,降低了多用户调度方案的复杂度。
下面,结合具体的应用场景,对本发明实施例所提出的技术方案进行说明。
为了能够更清楚地说明本发明实施例所提出的技术方案,接下来,将分为三个部分对具体的处理过程进行说明。
第一部分、用户的DoA估计过程。
本发明实施例所提出的技术方案在本部分中使用比现有技术中的GoB方案估计精确度更高的卡庞波束赋形算法估计满足CQI门限的当前活跃的各用户有效径的DoA。
基站根据SRS信道估计获得频域信道矩阵hi,hi为一个8乘1的矩阵,其中i代表UE第i根天线。
需要说明的是,用户是一种身份概念,其在具体的应用场景中是需要对应到具体的终端设备(即UE)后,才能够与基站进行通信,因此,UE与用户在本发明实施例中是属于等同的概念,在后文中也是如此,不再一一说明。
由于UE端SRS一般采用天线轮流发送的方式,因此,基站端最终可获得UE所有天线到基站的信道矩阵。
在上述的处理基础上,基站采用卡庞波束赋形算法计算获得的不同到达角θ下天线阵接收信号功率值Pi为
其中,Rhh为信道hi的空间相关矩阵,具体为:
S表示子载波个数,表示hi,s的共轭转置;
θ表示用户的天线i的有效径和所述基站的法线方向的夹角,作为当前的DoA取值,θ的取值范围为[-90°,90°];
aθ表示DoA取值为θ时所对应的基站天线阵列响应,具体为:
在具体的处理场景中,基站将上述的θ以一定的步长(具体可以为1-2度,需要提前设置,具体度数大小的变化并不会影响本发明实施例的保护范围),遍历[-90°,90°]中的所有角度,根据上述的Pi的公式分别计算不同θ下的Pi值,将最大的接收信号功率值Pi所对应的θ作为当前UE第i根天线对应信道的有效径的到达角,即取:
上述方案可以实现只具有一个天线的UE的DoA估算处理,但是在具体的处理场景中,如果UE的SRS发送天线多于1根,则基站将获得各天线的到达角θi,并通过进一步处理获取相应的DoA。
以UE两天线单极化发送为例,UE的到达角θDOA为即取各天线的到达角θi的平均值。
而如果UE配置为双极化两天线,不同极化方向上的到达角可能相关性较弱,因此,此时θDOA不能简单做天线间平均,只能确定相应的到达角θDOA为:
θDOA=[θ1 θ2]。
并且,对于此种情况,在后续进行用户配对计算两个UE的DOA角度差异时,需要分别计算每个极化方向上的DOA角度差异,然后取平均值,才能得到最后的结果。
第二部分、用户配对过程。
在前述的处理过程中,已分配第一层资源的用户形成主用户集合,而满足CQI门限的剩余用户组成了待配对的剩余用户集合。
在具体的处理场景中,待配对的剩余用户集合中的各UE根据优先级依次与主用户集合中的UE进行配对,配对成功的UE进入配对用户集合,已配对的主用户集合中的UE不再与待配对的剩余用户集合中的UE判断是否满足配对条件。
具体的配对过程如下:
首先,待配对的剩余用户集合中的UE与已分配第一层资源的主用户集合中的UE(以下简称为“主UE”)进行DOA比较,将比较确定的DoA角度差异的绝对值大于门限θthres的UE选取出来形成集合Ω,其中θthres可通过仿真和经验获得。
然后,分别计算主UE与集合Ω中的UE的信道相关性r,选取与主UE相关性最弱的UE作为配对UE。
如果配对成功,则将该剩余用户从集合Ω中删除,放入配对用户集合中,同时,将集合Ω中对应当前的主UE的UE清空。
基站在获得主UE和配对UE的信道矩阵后,计算UE间的信道相关性。从简化算法复杂度,提高基站数据处理效率方面考虑,计算UE间的信道相关性的公式可为:
其中,S为选取的子载波个数,Hmain为主UE的信道矩阵,Hpaired为配对UE的信道矩阵,以UE配置两天线,基站配置8天线为例,Hmain,Hpaired都为2×8的信道矩阵,Hmain,s为第s个子载波上主用户的信道矩阵,Hpaired,s为第s个子载波上配对用户的信道矩阵,||X||为矩阵X的范数。
通过上述方案,本发明实施例所提的下行MU多用户配对方案根据各用户的DOA和信道相关性判断用户隔离度,具有很高的准确度,能更好的降低多用户之间的干扰。
第三部分、MCS回退。
当采用MU进行数据收发时,各UE在接收到自身信号的同时,也收到其配对UE的干扰。以UE1为例,计算其与UE2配对后的信干噪比值,同理也可获得UE2的信干噪比。
需要说明的是,本发明实施例所提出的MCS回退处理过程是发生在CQI基于ACK/NACK调整之后。
假设UE1接收到的数据为:
x=H1w1s1+H1w2s2+N,
其中,H1w2s2为UE2对UE1的干扰。也就是说,进行MU传输时,当前UE的信干噪比SINR根据配对用户的不同而不同,在获得UE反馈的SINR之后,需要根据当前配对UE的干扰水平进行MCS的调整,使其匹配配对后的SINR值。
以终端两天线接收为例,Hiwj为一个2×1的矢量,可用aj来代替,这样,上述公式变成:
x=a1s1+a2s2+N。
简单起见,将作为UE1的检测矩阵v1=a1,而v2=a2,这样UE1接收到的来自UE2的干扰功率为:
UE1的信号功率值为:
假设UE1反馈的信干噪比值(线性值)为SINRorg,SINRorg根据CRS计算获得的信干噪比进行反馈,
其中,为UE1的信号功率,可等效为 为UE1接收到的干扰,包含了其它小区对该UE的干扰等,从而可获得等效的干扰和噪声值,因此进行用户配对后UE1的信干噪比值变为:
假设UE1反馈的信干噪比为UE1根据上述公式计算获得的信干噪比值进行MCS选取,由于MU数据发送时干扰用户的存在,配对的UE选取的MCS一般会比反馈的低。
与现有技术相比,本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点:
通过应用本发明实施例的技术方案,基站在为各主用户分配第一层资源后,通过卡庞波束赋形算法确定满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA,保证了DoA的高准确度,然后,根据DoA差异以及信道相关性对当前的主用户和剩余用户进行配对,并为配对成功的剩余用户分配第二层资源,从而,在基站进行下行多用户调度时,采用一种基于DoA的多用户调度方法,在保证DoA具有较高的估计准确度,并利用DoA进行初步配对用户选取后,进一步根据用户的信道相关性来选取最优的用户进行配对,提高了配对的准确性,保证了多用户调度过程中,将干扰最低的用户进行配对,降低了多用户调度方案的复杂度。
为了实现本发明实施例的技术方案,本发明实施例还提供了一种基站,其结构示意图如图4所示,至少包括:
第一分配模块41,用于确定主用户,并为各主用户分配第一层资源;
确定模块42,通过卡庞波束赋形算法,确定满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA;
配对模块43,用于根据满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA差异,以及信道相关性,对当前的主用户和剩余用户进行配对;
第二分配模块44,用于为所述配对模块43配对成功的剩余用户分配第二层资源。
优选的,所述确定模块42,具体用于:
确定当前满足CQI门限的主用户和剩余用户;
根据探测参考信号SRS信道,分别确定当前满足CQI门限的各主用户和剩余用户的频域信道矩阵hi,其中,hi为一个8乘1的矩阵,i表示一个用户的第i根天线;
采用卡庞波束赋形算法,分别确定各用户在不同DoA下基站天线阵列的接收信号功率值Pi;
比较同一个用户所对应的全部Pi值,并确定其中最大的Pi值所对应的DoA为当前用户的DoA。
优选的,所述配对模块43,具体用于:
根据优先级,将满足CQI门限的各剩余用户依次与当前的主用户进行DoA比较,确定相应的DoA角度差;
与当前的主用户的DoA角度差的绝对值大于预设的角度差阈值的剩余用户放入暂存集合;
通过确定当前的主用户与所述暂存集合中的各剩余用户之间的信道相关性,选取相关性最弱的剩余用户作为所述当前的主用户的配对用户;
确定所述当前的主用户配对成功,将作为配对用户的所述剩余用户放入配对用户集合中,并清空所述暂存集合,继续对其他尚未配对成功的主用户和其他的满足CQI门限的各剩余用户进行配对处理。
与现有技术相比,本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点:
通过应用本发明实施例的技术方案,基站在为各主用户分配第一层资源后,通过卡庞波束赋形算法确定满足CQI门限的主用户和剩余用户的DoA,保证了DoA的高准确度,然后,根据DoA差异以及信道相关性对当前的主用户和剩余用户进行配对,并为配对成功的剩余用户分配第二层资源,从而,在基站进行下行多用户调度时,采用一种基于DoA的多用户调度方法,在保证DoA具有较高的估计准确度,并利用DoA进行初步配对用户选取后,进一步根据用户的信道相关性来选取最优的用户进行配对,提高了配对的准确性,保证了多用户调度过程中,将干扰最低的用户进行配对,降低了多用户调度方案的复杂度。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可以通过硬件实现,也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或网络侧设备等)执行本发明实施例各个实施场景所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本发明实施例所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明实施例的几个具体实施场景,但是,本发明实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明实施例的业务限制范围。