CN106031279A - 多用户多进多出（mimo）中用户设备的配对方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于多用户多进多出中用户设备的配对方法与装置。根据本发明的一实施例，一多用户‑多进多出的配对方法包含:接收用户设备在无线网络中的无线位置；以该用户设备的无线位置表征干扰；及使用该干扰加权多用户‑多进多出配对矩阵，和/或使用该干扰控制该多用户‑多进多出中配对的用户设备数，可以更好地平衡多用户多进多出总容量和总干扰，从而优化无线网络容量。本发明可解决多用户‑多进多出中的小区间或簇(cluster)间干扰问题，提高系统的吞吐量。

Description

多用户多进多出 （MIMO) 中用户设备的配对方法与装置 技术领域
本发明是关于多用户多进多出 （MIM0) 中用户设备的配对方法与装置。
背景技术
在长期演进项目（LTE, Long Term Evolution)及长期演进-高级项目（ LTE-Advanced ) 发展过程中， 高级多用户-多进多出 （MU- MIMO, Multiple Users-Multiple Inputs Multiple Outputs) 是最具前景的并逐歩被广泛使用的可以通过空间复用来提高无线网 络系统容量的关键技术之一。
具体的， 高级多用户-多进多出主要包含两种类型： 一种是单小区 （Single cell) 多进多出， 另一中是多点协作（CoMP, Coordinated Multi-Point) 多进多出。 使用这两 种多进多出方法的 LTE 或 LTE- A 无线网络都存在严重的小区间千扰或协作簇（CoMP c 1 u s t e r )间干扰问题， 且很难通过目前基于有限回路（ b a c k h a u 1 )信令来降低干扰的方法 解决。 如传统的半静态小区间干扰控制或具有 X2 信令的改进小区间干扰控制都是基于 长期测量的干噪比 （IoT, Interference over Thermal) ,与多用户-多进多出并无直接 关联。 另一方面， 发展中的多点协作技术除了要求测量干扰链路和在回路带宽延迟、 计 算复杂性等的严格限制外， 还存在严重的簇间干扰问题， 目前没有针对多点协作多进多 出中的残留簇间干扰的任何技术方案。
因此，如何有效解决使用多用户-多进多出中的无线网络小区间或簇（CoMP cluster) 间干扰问题是 LTE/LTEA项目发展中的重要任务之一。 发明内容
本发明的目的之一在于提供多用户-多进多出中用户设备的配对方法与装置， 以解 决使用多用户-多进多出无线网络中的干扰问题。
根据本发明一实施例的多用户-多进多出的配对方法， 其包含：接收用户设备在无线 网络中的无线位置； 以该用户设备的无线位置表征干扰； 及使用该干扰加权多用户-多 进多出配对矩阵， 和 /或使用该干扰控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数， 使所 配对的用户设备的合容量低于一干扰相关的合容量门限。
在一实施例中， 以该用户设备的无线位置表征的干扰是该用户设备所在小区的路径 损耗、 该用户设备所在小区的路径损耗与相邻小区的路径损耗的差， 或多点协作中多个 协作小区的等效路径损耗。 其中使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵的加权值， 及使用该干扰控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数的干扰依赖门限均是使用路 径损耗的线性函数 β (PL,)得到，
0. PL, <= PL„
ρτ _ ρτ
( ' ) * a, PL0 < PL, <= PL,
PL, - PLC
a. PL, < PL 其中 0≤ a ≤1、 PLi是该用户设备与其服务基站 ί间的链路的路径损耗、 PL。是该路 径损耗的下门限、 PL,是该路径损耗的上门限。 在另- 实施例中， 使用该干扰加权多用 户-多进多山配对矩阵时， 进一步包含在一服务小区 /簇， 服务基站计算测量来自其服务 用户设备的簇内小区所有信道状态信息； 使用典型的多用户-多进多出配对策略计算配 对额外用户设备的总和或增加的容量； 及选择具有最大加权的增加的比例公平的用户设 备直到达到最大的总和容量或最大流数或用户数。 而在一实施例中， 使用该 : ΙΛ扰控制该 多用户-多进多出中配对的用户设备数时， 进一步包含以通常的配对策略査找适当的用 户设备用于配对； 然后使用该干扰计算干扰依赖门限， 确定该适当的用户设备 /流是否 可被配对。 在另一实施例中， 使用该干扰控制该多用户-多进多出中配对的用户设备数 时， 进一步包含计算该用户设备 /流的增加的比例公平， 并将其与该干扰依赖门限比较。
本发明的实施例还提供了多用户-多进多出的配对装置， 其包含： 接收设备， 经配 S以接收用户设备在无线网络中的无线位置； 干扰表征设备， 经配置以该用户设备的无 线位置表征干扰； 及配对设备， 经配置以使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵， 和 /或使用该干扰控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数， 使所配对的用户设备的 总干扰低于一干扰门限。
本发明可基于服务小区或簇的信道状态信息先验知识最大化多用户-多进多出的容 量， 最小化引起其相邻小区或簇的容量衰退的小区间干扰， 并在两者之间取得平衡。 从 而降低小区间干扰或簇间千扰， 提交系统的吞吐量。 附图说明
图 1是根据本发明一实施例的路径损耗的线性函数的曲线图
图 2是根据本发明一实施例的单小区多用户-多进多出场景示意图
图 3是根据本发明一实施例的多点协作多用户-多进多出场景示意图
图 4是根据本发明一实施例的多用户-多进多出配对装置的结构示意图
具体实施方式
为更好的理解本发明的精神， 以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说 明。
如本领域技术人员所知， 多用户-多进多出与小区间千扰的联合处理并不是一个简 单问题， 因为这不仅需要在传统多用户 -多进多出中使用的服务信号链路的先验知识， 也需要干扰链路的先验知识。 更重要的是， 在这些先验知识的应用之外， 还需克服其它 潜在的问题， 例如， 甚至无法获取干扰链路的信道状态信息。
与服务链路不同， 没有理想的回路， 干扰链路被认为是在服务小区 /簇没有其先验 信道状态信息的 "白" 链路。 所谓 "服务链路" 是指用户设备与其所服务的基站之间的 链路， 而 "干扰链路"则是指用户设备与非服务的基站之间的链路。 此外， 没有干扰链 路的信道状态信息， 也没有服务链路和来自相同用户设备的干扰链路的可分析的 (tractable)联合信号模型， 相应的复杂的信号处理也没有多少帮助。
针对上述问题， 本发明提出一种新颖的用于 LTE 及 LTE-A 上行链路的分数 (fract i onal )多用户-多进多出技术， 其使用用户设备的无线位置 （radi o geometry ) 对 "白"干扰进行特征化。 尽管缺少在服务小区的即时信道信息， 通过使用长期无线位 置， 干扰仍可被很好的估计。 因此本发明可基于服务小区或簇的信道状态信息 ( CSI, Channel State Interference ) 先验知识最大化多用户-多进多出的容量 （sum ut i l i ty) ， 最小化引起其相邻小区或簇的容量衰退的小区间干扰， 并在两者之间取得 平衡。
例如根据本发明的一实施例， 一多用户-多进多出的配对方法包含： 接收用户设备 在无线网络中的无线位置； 以该用户设备的无线位置表征千扰； 及使用该千扰加权多用 户-多进多出配对矩阵， 和 /或使用该干扰控制该多用户-多进多出中配对的用户设备数， 使所配对的用户设备的合容量 （sum uti l ity ) 低于一干扰相关的合容量门限， 该合容 量与配对用户设备的干扰相关。 所谓 "配对"对本领域技术人员而言， 通常是指一基站 在同一时频资源上选择为多个用户设备服务， 选择该多个用户设备即为 "配对" 。 而所 谓 "容量" 又可称为 "效用函数" 。
以该用户设备的无线位置表征的干扰是该用户设备所在小区的路径损耗、 该用户设 备所在小区的路径损耗与相邻小区的路径损耗的差， 或多点协作中多个协作小区的等效 路径损耗。 该路径损耗可以由用户设备测量小区的下行的小区参考信号 （CRS) 的接收 功率 （RSRP) 来表征， 也可以通过测量上行探测参考信号 （SRS) 来获得。
在使用干扰加权多进多出的配对矩阵时， 距离小区中心越近的用户设备就具有越高 的优先权被配对； 反之， 距离小区边缘越近的用户设备具有越低的优先权被配对。 由于 用户设备在无线网络中位于不同的无线位置将有不同的容量和干扰平衡， 可使用一干 扰， 如以路径损耗表征的分数 （fractional) 函数计算该加权值。
图 1是根据本发明一实施例的路径损耗的线性函数的曲线图。 在该实施例中， 加权 值（如 l-p(PL) )是基于该干扰使用路径损耗的线性函数 p(PL)得到的，该线性函数 β(Ρ 具体表示如等式 （1) 。 其中 0≤ α ≤ 1， α用于平衡容量和千扰贡献， 可以用来调节多 用户多输入多输出对容量和干扰的贡献程度、 是该用户设备与其服务基站 i 问链路 的路径损耗、 PL。是该路径损耗的下门限、 PL,是该路径损耗的上门限、 。 PL„、 PL,, ci可 由本领域技术人员根据实际的网络条件和设计要求进行设置。
p(PL,) = PL, ； (1)
'，
图 2是根据本发明一实施例的单小区多用户-多进多出场景示意图。 在图 2中， 不 同用户设备 UEh、 UE IJE2、 UE3在基站 eNB_A所服务的小区内所处的应用等式 （1) 的 不同小区带得以清楚演示。
此外， 结合图 2 的场景， 一更详细的使用干扰加权配对矩阵的多用户-多进多出配 对实施例可描述如下： 在服务小区 /簇， 服务基站 eNB_A测量来自其服务用户设备的所 有信道状态信息。 使用典型的多用户-多进多出配对策略计算配对任何额外服务用户设 备的总禾口或增力口的月艮务容量（sum or incremental serving utility)。 例如可基于 Ϊ言道 质量选择第一个用户设备， 如用户设备 UEh, 然后选择另一用户设备 UE1、 UE2或 UE3配 对， 然后计算配对该另一用户设备 UE1、 UE2或 UE3的总和或增加的容量， 如比例公平 (proportional fairness)。 此外， 还测量或收集用户设备 UE1、 UE2或 UE3的无线位置， 如至服务小区 /簇的路径损耗或至相邻小区 /簇的路径损耗差， 并基于此通过等式 （1) 计算加权值， 由加权值得到加权的增加的服务容量， 如增加的比例公平。 最后选择具有 最大加权的增加的服务容量的用户设备， 如 UE2 , 直到达到最大的总和容量 （合容量） 或最大流。
图 3 是根据本发明一实施例的多点协作多用户 -多进多出场景示意图。 在该实施例 中， 路径损耗可测量表示为至服务簇的路径损耗 PL„ft， 该路径损耗 P .n可是测量的至簇 中所有小区的路径损耗的总计， 即如等式 （2 ) 所示的等效路径损耗， 其中 K 是一簇内 的小区总数。 各小区具有图 2所示的布置场景， 不再赘述。
(2)
在使用干扰控制多用户-多进多出中配对的用户设备数时， 类似的， 如果用户设备 接近小区中心， 则较多的用户设备数或流被允许配对； 而当用户设备接近小区边缘时， 则较少的用户设备数或流被允许配对。
根据本发明一实施例， 先以通常的配对策略査找适当的用户设备用于配对。 然后根 据该用户设备的无线位置得到表征干扰的路径损耗， 并使用该表征的千扰计算干扰依赖 门限， 确定该用户设备 /流是否可被配对。 该干扰依赖门限同样由等式 （1 ) 计算得到。 在配对时， 计算该用户设备 /流的增加的容量（uti l i ty) , 又称效用函数， 如比例公平） ， 并将其与合容量门限比较， 仅在低于门限的情况下才将配对该用户设备。 从而保证可配 对该用户设备后所有用户设备的总干扰在设定的干扰门限之下。
在本发明的一实施例中， 可同时结合使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵， 和使用该干扰控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数， 使所配对的用户设备的总 干扰低于一干扰门限。 例如在选择到具有最大加权的增加的服务容量 （比例公平） 的用 户设备后， 可进一步判断配对该用户设备的增加的比例公平是否在干扰依赖门限之内， 如符合则可配对， 否则不予配对。
本发明的实施例还提供了多用户-多进多出配对装置， 如一基站， 其可执行上述多 用户-多进多出方法。 图 4是根据本发明一实施例的多用户-多进多出配对装置的结构示 意图。 具体的， 该多用户 -多进多出配对装置 40包含： 接收设备 42， 经配置以接收用户 设备在无线网络中的无线位置； 干扰表征设备 44， 经配置以以该用户设备的无线位置表 征干扰； 及配对设备 46， 经配置以使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵， 和 /或使 用该干扰控制该多用户-多进多出中配对的用户设备数， 使所配对的用户设备的合容量 低于一干扰相关的合容量门限。
需要指出的是， 由于技术的发展和标准的更新， 具有相同功能的部件往往具有多个 不同的称呼。 本发明专利申请书中所使用的技术名词是为解释和演示本发明的技术方 案， 应以其在本技术领域内所共识的功能为准， 而不能仅以名称的异同任意解读。 木发明的技术内容及技术特点已揭示如上， 然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于 本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。 因此， 本发明的保护范 围应不限于实施例所揭示的内容， 而应包括各种不背离本发明的替换及修饰， 并为本专 利申请权利要求书所涵盖。

Claims (10)

  1. 权 利 要 求 书
    1 、 一种多用户-多进多出的配对方法， 包含：
    接收用户设备在无线网络中的无线位置；
    以该用户设备的无线位置表征干扰； 及
    使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵， 和 /或使用该干扰控制该多用户-多进多 出中配对的用户设备数， 使所配对的用户设备的合容量低于一干扰相关的合容量门限。
  2. 2、 如权利要求 1所述的多用户-多进多出的配对方法， 其中以该用户设备的无线位 置表征的干扰是该用户设备所在小区的路径损耗、 该用户设备所在小区的路径损耗与相 邻小区的路径损耗的差， 或多点协作中多个协作小区的等效路径损耗。
  3. 3、 如权利要求 1所述的多用户-多进多出的配对方法， 其中使用该千扰加权多用户 -多进多出配对矩阵的加权值， 及使用该干扰控制该多用户-多进多出中配对的用户设备 数的干扰依赖门限均是使用路径损耗的线性函数 β (ρι^)得到，
    0, PL, <= PL0
    ρτ _ ΡΤ
    ' ° ) * α, PL。 < PL,
    PL, - PL/ 。 '
    a PL, < PL. 其中 O a ^ l , α用于平衡容量和干扰贡献、 PLi是该用户设备与其服务基站 i间的 链路的路径损耗、 PLQ是该路径损耗的下门限、 ΡΙ^是该路径损耗的上门限。
  4. 4、 如权利要求 1所述的多用户-多进多出的配对方法， 其中使用该干扰加权多用户 -多进多出配对矩阵时， 进一步包含在一服务小区 /簇， 服务基站测量来自其服务用户设 备的所有信道状态信息；使用典型的多用户-多进多出配对策略计算配对额外用户设备的 总和或增加的服务容量； 及选择通过 加权的具有最大加权的增加的容量 的用户设备直到达到最大的总和容量或最大流。 如权利要求 1所述的多用户-多进多出的配对方法， 其中使用该干扰控制该多用 户-多进多出中配对的用户设备数时，进一歩包含以通常的配对策略查找适当的用户设备 用于配对； 然后使用该干扰计算干扰依赖门限， 确定该适当的用户设备 /流是否可被配 对。
  5. 6、 如权利要求 5所述的多用户-多进多出的配对方法， 其进一歩包含计算该用户设 备 /流的增加的比例公平， 并将其与该干扰依赖门限比较。
  6. 7 、 一种多用户-多进多出的配对装置， 包含：
    接收设备， 经配置以接收用户设备在无线网络中的无线位置；
    干扰表征设各， 经配置以以该用户设备的无线位置表征干扰； 及
    配对设备， 经配置以使用该干扰加权多用户-多进多出配对矩阵， 和 /或使用该干扰 控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数，使所配对的用户设备的总容量低于一干扰 相关的合容量门限。
  7. 8、 如权利要求 7所述的多用户-多进多出的配对装置， 其中以该用户设备的无线位 置表征的干扰是该用户设备所在小区的路径损耗、 该用户设备所在小区的路径损耗与相 小区的路径损耗的差， 或多点协作中多个协作小区的等效路径损耗。
  8. 9、 如权利要求 7所述的多用户-多进多出的配对装置， 其中使用该干扰加权多用户 -多进多出配对矩阵的加权值， 及使用该干扰控制该多用户-多进多出中配对的用户设备 数的干扰依赖门限均是使用路径损耗的线性函数 β (ρ 得到，
    0, PL, <= PL o
    T ― Τ
    ( ' ° ) * , PL0 < PL, <= PL.
    PL「PL。 ' 。 ' i
    a, PL, < PL, 其中 0≤α≤ 1， a用于平衡容量和干扰贡献、 PLi是该用户设备与其服务基站 i间的 链路的路径损耗、 PLo是该路径损耗的下门限、 PL,是该路径损耗的上门限。
    10、 如权利要求 7所述的多用户-多进多出的配对装置， 其经配置以在使用该干扰 加权多用户-多进多出配对矩阵时， 进一步在一服务小区 /簇， 服务基站测量来自其服务 用户设备的所有信道状态信息；使用典型的多用户-多进多出配对策略计算配对额外用户 设备的总和或增加的服务容量； 及选择通过 （1- ;5 (P£, ) ) 加权的具有最大加权的增加 的容量的用户设备直到达到最大的总和容量或最大流。
  9. 1 1、 如权利要求 7所述的多用户-多进多出的配对装置， 其经配置以在使用该干扰 控制该多用户 -多进多出中配对的用户设备数时，进一歩以通常的配对策略査找适当的用 户设备用于配对； 然后使用该干扰计算干扰依赖门限， 确定该适当的用户设备 /流是否 可被配对。
  10. 12、 如权利要求 11所述的多用户-多进多出的配对装置，其经配置以进一步计算该 用户设备 /流的增加的比例公平， 并将其与该干扰依赖门限比较。
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