CN104602352A - 用于无线网络中的协同调度传输的改进方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于无线网络中的协同调度传输的改进方法和装置。本发明涉及一种用于确定无线网络中的两个用户设备(UE)是否能够由上行链路调度器协同调度的方法和装置。该方法包括确定所考虑的每个用户设备对的正交因子以及根据正交因子选择要协同调度的UE。

Description

用于无线网络中的协同调度传输的改进方法和装置

本申请是申请日为2010年10月28日申请号为201080050609.X(国际申请号：PCT/GB2010/051807)发明名称为“用于无线网络中的协同调度传输的改进方法和装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及对用户设备传输进行协同调度的装置和方法。本发明适于在无线网络中使用，更具体地说，本发明适于在无线网络的基站中使用。

背景技术

在无线网络中，从用户设备(UE)到基站的时域和频域上的传输调度都受到关注。如果多个UE在空间上紧靠在一起，并且在从UE向基站发送上行链路传输的时间和频率上存在明显重叠，那么这些UE的传输之间将存在干扰。这种干扰可能意味着来自每个UE的每次传输突发中能够成功解码的信息量较少(即它们也许需要选择低阶调制符号集)。

传统上，为了克服该缺陷，网络给向基站传输信号的每个UE分配不同的传输时频资源块。由于小区内的UE现在不互相干扰，所以它们各自能够在每次传输突发中传输更多信息(例如通过选择高阶调制符号集)。

然而，由于通常在多个用户之间合理地共享无线介质上的全部资源，因此分配独立(不共享)的时频资源块限制了向UE传输突发分配的资源。

一种用来更有效地利用可用资源的技术涉及在同一时频资源块上协同调度UE对。在这项技术中，只有当认为来自UE的信号在空间上充分分离时，才对这些UE进行协同调度。然而，当以此方式执行协同调度时，例如由于UE信号之间的任何残留的重叠，在接收机处仍然可能发生残余干扰，这使来自每个UE的每次传输突发中能够成功解码的信息量减少。这里所描述的发明涉及最佳地选择进行协同传输的UE从而最小化任何残留的残余干扰的技术。

发明内容

根据本发明的方面，提供一种在无线网络中选择用户设备进行协同调度的方法，所述无线网络包括接收机站和多个用户设备，所述接收机站包括多条天线，每个用户设备包括一条天线，所述方法包括：确定从用户设备到所述接收机的每次传输的特征；将每个用户设备的传输特征与另一用户设备的传输特征进行比较，以确定这些特征的正交性；以及选择具有最高正交性的用户设备对同时进行传输。通过确定这些特征的正交性，能够识别并协同调度最不可能产生干扰的用户设备。

可选地，所述特征可以是用户设备的传输的导向矢量，其使得能够识别在空间上具有最高分离性的UE。所述正交性可以使用所述特征的共轭转置矩阵来计算。

优选地，进行协同调度的UE在音调的相位和幅度变化在传输期间基本一致的信道上进行传输。这意味着在传输期间这些传输特征存在最小改变，因此UE传输之间的相互影响相对稳定。

优选地，对正交性水平降低的每个其它用户设备对进行协同调度。这意味着以与用户设备对最可能产生干扰相反的顺序协同调度用户设备对。

此外优选地，每个用户设备对仅在正交因子低于阈值的情况下进行协同调度，这意味着仅对之间具有足够低干扰的传输进行协同调度。优选地，所述正交因子是在0和1之间测量的因子，等于0的正交因子意味着传输完全正交，而等于1的正交因子意味着传输是共线的。

可选地，可以通过将所述正交因子乘以修改因子来计算修改的正交因子。修改因子可以是例如用户设备对中各个用户设备的SINR中的较大SINR、Log₁₀(SINR_MAX)或者用户设备对中各个用户设备的SINR的最大函数。这防止有噪声的信号被协同调度，并且降低两个用户设备的传输之间的干扰可能性。还可以引入另一因子来促进具有近似相等SINR的用户设备的调度。该另一因子的示例是SINR_MAX与SINR_MIN的比率。

所述方法可以进一步包括确定用户设备的吞吐量的步骤，以及如果合并的吞吐量低于阈值则对用户设备进行单独调度的步骤。阈值的示例是与两个用户设备的传输被单独调度时的吞吐量相等的阈值。

可以单独计算每个用户设备的吞吐量，并且计算每个用户设备对的合并吞吐量，首先对具有最高吞吐量的用户设备或用户设备对进行调度。这使得能够最大程度地利用信道容量。

根据本发明的另一方面，提供一种在无线网络中对用户设备进行协同调度的上行链路调度器，包括：用于接收用户设备的传输特征的输入端；用于比较来自各个用户设备的传输特征以确定这些特征的正交性的比较器；以及用于选择具有最高正交性的用户设备对同时进行传输的处理器。

可选地，所述特征可以是在基站处接收的来自用户设备的传输的导向矢量。

所述上行链路调度器可以进一步包括信道选择器，所述信道选择器用于选择在传输期间音调的相位和幅度改变在时间维度和频率维度上基本一致的信道。形成被协调调度的用户设备的组的用户设备从可以在所述信道上进行传输的用户设备中选择。

修改的正交因子可以是所述特征乘以用户设备对中各个用户设备的SINR中的较大SINR。

优选地，所述处理器单独计算每个用户设备的吞吐量，计算每个用户设备对的合并吞吐量，并且选择会使吞吐量最大化的方法。例如，这可以通过首先对具有最高吞估量的用户设备或用户设备对进行协同调度来实现。对吞吐量水平降低的其它用户设备对或单个用户设备进行协同调度。

根据本发明的又一方面，提供一种包括在无线网络中对用户设备进行协同调度的上行链路调度器的基站，所述基站包括接收机和上行链路调度器，所述接收机接收来自用户设备的传输，所述上行链路调度器包括比较器和处理器，所述比较器对来自各个用户设备的传输的传输特征进行比较，以确定这些特征的正交性，所述处理器选择具有最高正交性的用户设备对同时进行传输。

根据本发明的再一方面，提供一种包括计算机可用介质的计算机程序产品，所述计算机可用介质存储有计算机程序逻辑，以使上行链路调度器能够执行下列操作：接收从用户设备到接收机的每次传输的特征；将每个用户设备的传输特征与另一用户设备的传输特征进行比较，以确定这些特征的正交性；以及选择具有最高正交性的用户设备对在所述接收机和所述用户设备之间同时进行传输。

附图说明

当本领域技术人员浏览以下结合附图对本发明具体实施例的描述时，本发明的其它方面和特征将变得显而易见。

图1示出可以实施本发明的无线网络中的小区；

图2示出可以实施本发明的接收机和用户设备；

图3是在无线网络中对UE进行协同调度的方法的流程图；以及

图4和图5是在无线网络中对UE进行协调调度的替代方法的流程图。

具体实施方式

图1示出可以实施本发明的网络中的小区2。优选地，本发明是包括接收机站6和多个UE 4的OFDM网络。UE 4具有单条天线，接收机站6(例如基站)具有两条接收机天线，如图2所示。

基站6包括用于调度从UE 4到基站6的上行链路传输的上行链路调度器。上行链路调度器确定UE 4能够使用哪个时频资源块来传输数据。在本发明中，上行链路调度器进一步被配置成确定两个或多个UE 4是否能在不导致来自UE 4的信号明显减弱的情况下在上行信道的单个时隙内同时进行传输。

首先，如图3的步骤10所示，上行链路调度器选择可以应用协同调度的信道。所选择的信道可以是在传输期间音调的相位和幅度改变在时间维度和频率维度上都基本一致的任意音调组。一旦已经确定了信道，就能够识别可以在该信道中传输信号的UE，如步骤12所示。

一旦已经识别出UE，就对该组中的每个UE的导频音进行分析，以估计每个UE的导向矢量，如步骤14所示。导频音可以来自于这些UE的新近上行链路传输，或者来自于专门调度的上行链路“试探突发(sounding burst)”。可以使用任何适合的信道估计方法来估计每个UE的导向矢量。

对于从单条天线向具有两条天线的基站传输信号的每个UE，UE传输具有导向矢量。针对每条天线包括单个(复数个)元素的导向矢量可以表示为：

$H_1=\left(\begin{array}{c}a+\mathrm{jb}\\ c+\mathrm{jd}\end{array}\right)$

因此，对于具有两个用户设备UE1和UE2的信道的简单实施方式来说，UE1和UE2中每一个的天线矢量H1和H2分别是：

$\begin{array}{cc}{H}_1=\left(\begin{array}{c}a+\mathrm{jb}\\ c+\mathrm{jd}\end{array}\right)& H_2=\left(\begin{array}{c}e+\mathrm{jf}\\ g+\mathrm{jk}\end{array}\right)\end{array}$

一旦在步骤14中确定了每个UE的导向矢量，就在步骤16中使用下面的共轭转置矩阵计算UE1和UE2的导向矢量之间的正交因子：

$\mathrm{OF}=\frac{\left|H_1^H{H}_2\right|}{\left|H_1\right|\left|H_2\right|}$

其中 $H_1^H=(a-\mathrm{jb},c-\mathrm{jd})$

$H_1\sqrt{a^2+b^2+c^2+d^2}$

$\left|H_2\right|=\sqrt{e^2+f^2+g^2+k^2}$

一旦确定了正交因子，上行链路调度器就能够确定正交因子是否低于预设的阈值，如步骤18所示。如果正交因子低于阈值，那么能够对这两个UE的传输进行协同调度，如步骤20所示。然而如果正交因子高于阈值，那么这两个UE的传输彼此干扰过大，因此代之以单独调度这两个UE，如步骤22所示。

本领域技术人员将理解，可以使用任何其它适合的公式来确定正交因子，并且正交因子代表两个UE的传输的正交性。

当步骤10中选择的信道中存在两个以上的UE时，可以在该信道内的UE组中的每个UE对之间进行类似的比较。该比较确定哪个UE对具有最低的正交因子因此该组中的哪个UE对最适合于协同调度。例如，当在所确定的信道内存在具有以下导向矢量的向基站进行传输的五个UE时：

$\mathrm{UE}1:H\left(1\right)\left(\frac{0.059+0.143i}{0.669-1.914i}\right)$

$\mathrm{UE}2:H\left(2\right)\left(\frac{0.229+1.188i}{0.569-0.172i}\right)$

$\mathrm{UE}3:H\left(3\right)\left(\frac{-0.546-0.642i}{-0.236-0.964i}\right)$

$\mathrm{UE}4:H\left(4\right)\left(\frac{-0.095+0.556i}{-1.271+0.563i}\right)$

$\mathrm{UE}5:H\left(5\right)\left(\frac{-1.034-0.089i}{0.477-0.430i}\right)$

然后使用前面描述的共轭转置矩阵计算每个UE对之间的正交因子，给出正交因子矩阵：

可以看出，UE 2和UE 4之间的正交因子最低，为0.127。因此上行链路调度器对UE 2和UE 4的传输进行协同调度。然后从上行链路调度器考虑进行协同调度的UE组中移除UE 2和UE 4。

余下的UE(UE 1、UE 3和UE 5)之间的最低正交因子是在UE 1和UE5之间。因此上行链路调度器对UE 1和UE 5的传输进行协同调度。然后同样从进一步考虑进行协同调度的UE组中移除UE 1和UE 5。UE 3未与任何其它UE一起协同调度，因此被分配其自己的时隙。

可选地，上行链路调度器可以向正交因子应用阈值并防止正交因子高于阈值的UE对被协同调度。例如，在以上参考五个UE给出的范例中，阈值可以设置为0.5。如果将阈值设置在该水平上，那么因为UE 1和UE 5的正交因子(0.53)高于该阈值，上行链路调度器不会协同调度UE 1和UE 5。在此情况下，因为UE 2和UE 4的正交因子低于阈值，上行链路调度器协同调度UE 2和UE 4，并且单独调度UE 1、UE 3和UE 5。

可选地，可以对正交因子进行修改，以便考虑其它因子。例如，可以考虑SINR(信号与干扰加噪声比)。这是因为如果存在具有高SINR的信号，那么使用易受来自协同调度的用户干扰的高阶调制将是有利的。现在对照图4描述考虑SINR的一种方法。

除了在步骤16中计算UE对的正交因子之后将正交因子乘以用来计算正交性的那两个UE的每一个中的较大SINR(如步骤24所示)以外，这种方法与前面对照图3描述的方法相同。对在信道中进行传输的UE组中正交因子×每个UE对的最大SINR进行比较。对具有最低OF×SINR的UE对进行协同调度，如步骤28所示。通过比较余下的UE对的这个OF×SINR值，对其它UE对进行协同调度，直到对所有的UE对进行协同调度为止。

除了将正交因子乘以SINR以外，正交因子也可以乘以属于UE之一的最高SINR的函数。这种函数的一个示例是Log₁₀(SINR_MAX)，但是本领域技术人员会理解，可以使用任何适合的函数。

可选地，阈值可以被设置为，使得在正交因子乘以最大SINR高于阈值的情况下，具有最大SINR的UE不与别的UE进行协同调度。替代地，可以确定每个UE的SINR，然后将每个UE的SINR与阈值SINR进行比较。对于SINR大于阈值SINR的任何UE，上行链路调度器确定该UE不与任何其它UE进行协同调度，而是单独调度该UE。对于SINR低于阈值的UE，确定正交因子并且像对照图2所描述的那样对传输进行协同调度。

也可以除了SINR以外或替代SINR而考虑替代性因子。例如UE对的吞吐量。

在本发明的替代实施例中，上行链路调度器可以确定是否使用图5中所示的方法协同调度UE。如对照图2所述的，确定信道(未示出)并且还确定在该信道上传输数据的UE池。

通过结合权重集针对每个用户对计算UE传输的最小均方误差(MMSE)，如步骤34所示。可以使用MMSE权重集来计算每位用户的可能SINR，如步骤36中确定的那样。然后如步骤38中，可以确定这两个UE的合并传输的吞吐量。可以使用香农公式或调制码集(MCS)或任何其它适合的方法来计算吞吐量。

同时还在步骤40中计算每个UE单独的吞吐量。可以使用任何适合的方法计算该吞吐量。

在步骤42中，对每个单独UE的吞吐量以及每个UE对的吞吐量进行比较，并且首先调度具有最高吞吐量的UE或UE对。然后在步骤44中，从要调度的UE池中移除该UE或UE对，重复该过程直到所有UE或者被单独调度或者与另一UE合并调度为止。

可以使用任何适合的技术来分离两个用户设备的被协同调度的传输，例如可以使用SIC(连续干扰消除)方法代替MMSE。此外，可以使用除吞吐量以外的任何替代标准来确定调度哪些UE。例如，可以计算然后比较每位用户的相等吞吐量(EQT)。

此外，上行链路调度器可以仅对被协同调度的UE传输的总吞吐量低于阈值的那些UE进行协同调度。可替代地，每个UE对的正交因子可以被确定且用来确定是否协同调度该UE对或者是否该UE对不应被协同调度。

与前面一样，继续UE或UE对的比较，直到所有用户被调度为止。

优选地，用于UE调度的时间常数是比信道小尺度衰落(SSF)变化的时间常数短的时间段。因此优选被协同调度的UE是游动式的或固定式的，使得由于低水平的多普勒展宽，由SSF导致的变化较慢。上行链路调度器可以被配置成确定UE是移动式的(例如移动电话)、游动式的、还是固定式的(例如便携式电脑)。

协同调度可以应用于传输信道内的一个或多个频段。在这些频段以外以传统方式调度UE。可以使用用于计算正交性的任何其它适合的方法。

上述方法中的任何一个可以应用于具有接收机站或多个发射机站的网络或网络的一部分，其中与可能在同一时频资源块上协同调度的UE的UE传输天线总数相比，接收机站具有更多或同样数量的天线。

Claims (20)

1.一种操作无线网络中的接收机站的方法，所述无线网络包括所述接收机站和多个用户设备，其中，所述接收机站包括多个天线，其中，每个所述用户设备包括至少一个天线，所述方法包括：

a)对于每个所述用户设备，基于从所述用户设备到所述接收机站的对应传输确定对应导向矢量；

b)对于每对所述用户设备，基于该对用户设备中的第一用户设备的导向矢量和该对用户设备中的第二用户设备的导向矢量计算对应正交因子，其中，所述正交因子的较小的值表示该对用户设备的导向矢量之间的较大的正交性；以及

c)至少部分基于确定对应正交因子小于阈值来协同调度第一对所述用户设备。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述确定步骤之前，每对所述用户设备的正交因子通过如下方式被修改：将该正交因子与对应标量值相乘，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的信号与干扰和噪声比SINR和该对用户设备中的第二用户设备的信号与干扰和噪声比SINR的函数。

3.如权利要求2所述的方法，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值。

4.如权利要求2所述的方法，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值的对数。

5.如权利要求2所述的方法，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值包括SINR_MAX与SINR_MIN之比，其中，SINR_MAX是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值，其中，SINR_MIN是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最小值。

6.如权利要求1所述的方法，其中，对于每对所述用户设备，所述对应正交因子是使用该对用户设备的导向矢量之一与该对用户设备的另一导向矢量的共轭转置矩阵的相乘来计算的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个UE在一个信道上传输，在该信道上，每次传输期间音调的相位和幅度的变化实质上一致。

8.如权利要求1所述的方法，其中，额外的一对或多对所述用户设备以相继增大的正交因子的值被相继协同调度。

9.一种无线网络中的接收机站，所述无线网络包括所述接收机站和多个用户设备，其中，每个所述用户设备包括至少一个天线，所述接收机站包括：

多个天线；

输入端，其中，对于每个所述用户设备，所述输入端被配置为接收对应导向矢量；

比较器，其中，对于每对所述用户设备，所述比较器被配置为基于该对用户设备中的第一用户设备的导向矢量和该对用户设备中的第二用户设备的导向矢量来计算对应正交因子，其中，所述正交因子的较小的值表示该对用户设备的导向矢量之间较大的正交性；

处理器，其被配置为至少部分基于确定对应正交因子小于阈值来协同调度第一对所述用户设备。

10.如权利要求9所述的接收机站，其中，所述比较器被配置为对于每对所述用户设备通过以下方式来修改正交因子：将该正交因子与对应标量值相乘，其中所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的信号与干扰和噪声比SINR和该对用户设备中的第二用户设备的信号与干扰和噪声比SINR的函数。

11.如权利要求10所述的接收机站，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值。

12.如权利要求10所述的接收机站，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值的对数。

13.如权利要求10所述的接收机站，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值包括SINR_MAX与SINR_MIN之比，其中，SINR_MAX是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值，其中，SINR_MIN是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最小值。

14.如权利要求9所述的接收机站，其中，对于每对所述用户设备，所述比较器被配置为使用该对用户设备的导向矢量之一与该对用户设备的另一导向矢量的共轭转置矩阵的相乘来计算所述对应正交因子。

15.如权利要求9所述的接收机站，还包括：

信道选择器，其被配置为选择一信道，在该信道上，来自每个所述用户设备的传输的相位和幅度的变化实质上一致，其中，所述多个用户设备是从可以在该信道上传输的用户设备的超集中选择的。

16.一种非暂时性存储介质，用于操作无线网络中的接收机站，所述无线网络包括所述接收机站和多个用户设备，其中，所述接收机站包括多个天线，其中，每个所述用户设备包括至少一个天线，其中所述存储介质存储程序指令，所述程序指令可被处理器执行来实现：

a)对于每个所述用户设备，基于从所述用户设备到所述接收机站的对应传输确定对应导向矢量；

b)对于每对所述用户设备，基于该对用户设备中的第一用户设备的导向矢量和该对用户设备中的第二用户设备的导向矢量计算对应正交因子，其中，所述正交因子的较小的值表示该对用户设备的导向矢量之间的较大的正交性；以及

c)至少部分基于确定对应正交因子小于阈值来协同调度第一对所述用户设备。

17.如权利要求16所述的非暂时性存储介质，其中，所述程序指令可被处理器执行来还实现：在所述确定步骤之前，对于每对所述用户设备通过如下方式修改正交因子：将该正交因子与对应标量值相乘，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的信号与干扰和噪声比SINR和该对用户设备中的第二用户设备的信号与干扰和噪声比SINR的函数。

18.如权利要求17所述的非暂时性存储介质，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值。

19.如权利要求17所述的非暂时性存储介质，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值的对数。

20.如权利要求17所述的非暂时性存储介质，其中，对于每对所述用户设备，所述对应标量值包括SINR_MAX与SINR_MIN之比，其中，SINR_MAX是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最大值，其中，SINR_MIN是该对用户设备中的第一用户设备的SINR和该对用户设备中的第二用户设备的SINR中的最小值。