CN109644028A - 针对mu-mimo通信系统的ue选择和发送秩估计 - Google Patents

针对mu-mimo通信系统的ue选择和发送秩估计 Download PDF

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Abstract

一种在MIMO系统中调度发送的方法，其包括联合选择UE和秩。该方法包括在基站处选择候选UE中的UE以及针对所选UE的MIMO秩，该选择根据采用MIMO秩的所选UE和一个或多个被调度UE之间的UE间干扰进行。然后，与被调度UE一起调度采用所述MIMO秩的所选UE以进行发送。

Description

针对MU-MIMO通信系统的UE选择和发送秩估计
技术领域
本发明涉及高级无线通信网络中的控制信令，特别地涉及MU-MIMO通信系统中的控制信令。
<缩写>
这里使用了以下缩写：
DL 下行链路
FDD 频分复用
MIMO 多输入多输出
MU 多用户
SU 单用户
TDD 时分双工
UE 用户设备
背景技术
广泛地已知如下的无线通信系统，其中基站(也称为eNodeB(eNB))与该eNB的范围内的移动装置(也称为用户设备(UE))进行通信。各eNB将其可用带宽(即，频率和时间资源)划分为不同UE所用的不同资源分配。一直需要增加这类系统的容量并改进资源利用的效率，以适应更多用户(更多UE)、更多数据密集型服务和/或更高数据发送速率。
多输入多输出(MIMO)方案在发送器和/或接收器处(通常在这两者处)采用多个天线，以增强发送器和接收器之间可用的数据容量。通常，这用于实现eNB和该eNB所服务的UE之间的增强的数据容量。
图1示出根据现有技术的一般MU-MIMO系统100，其包括配备有NTX个天线的基站(eNB)105和N个UE。
eNB 105选择多个UE以供调度，并向被调度UE 110指派发送秩。被调度秩的总数不得超过eNB 105可以提供的层数LMAX。
对于这些被调度UE 110，eNB 105在相同时频上从多个发送天线向这些被调度UE110发送数据。为了使UE之间的干扰最小化，eNodeB通过预编码来创建发送束。在数学上，第i个UE处的接收信号被描述如下：
其中：
y(i)是第i个UE处的接收信号，
x(i)是针对第i个UE的数据信号，
H(i)是第i个UE处的信道矩阵，
V(i)是第i个UE处的预编码器矩阵，
n(i)是第i个UE处的加性高斯白噪声。
预编码器是基于来自UE 110的下行链路信道状况或下行链路信道估计而生成的。在TDD系统中，下行链路信道估计可以经由上行链路信道的估计而获得，并且在FDD系统中，下行链路信道可以使用UE反馈来估计。图2示出系统100的eNB 105和UE 110之间的下行链路和上行链路发送机制。
发明内容
发明要解决的技术问题
现有技术的MIMO系统的问题是它们没有充分利用可用带宽，因此工作效率低下。特别地，UE间干扰通常导致带宽的低效利用。
因此，在高级无线网络中需要改进的MIMO通信。
应当清楚地理解，即使这里引用了现有技术公开，这种引用也不会构成对于此公开在澳大利亚或任何其它国家形成本领域公知常识的一部分的承认。
用于解决问题的方案
本发明涉及MIMO系统以及MIMO系统所用的方法，其中该系统和该方法可以至少部分地克服上述缺点至少之一或者为消费者提供有用的或商业的选择。
鉴于上述情况，本发明以一种形式广泛地存在于一种在MIMO系统中调度发送的方法，所述MIMO系统包括基站、一个或多个被调度UE以及多个候选UE，所述方法包括：在所述基站处选择所述候选UE中的UE以及针对所选UE的MIMO秩，所述选择根据采用所述MIMO秩的所选UE和所述被调度UE之间的UE间干扰进行；以及与所述被调度UE一起调度采用所述MIMO秩的该UE以进行发送。
优选地，根据所选UE和所述被调度UE中的各被调度UE的信号与干扰加噪声比即SINR来确定所述UE间干扰。
优选地，通过以下操作来选择UE：确定各候选UE和所述被调度UE的UE间干扰；以及根据所确定的UE间干扰来选择所述候选UE中的UE。
优选地，针对多个MIMO秩中的各MIMO秩确定所述候选UE中的各候选UE的UE间干扰，并且根据所确定的UE间干扰来联合选择UE和MIMO秩。
该方法还包括：确定各候选UE和所述被调度UE的复合的预编码器，以及使用所述复合的预编码器和信道估计来确定所述UE间干扰。
根据信道估计的奇异值分解即SVD来确定所述预编码器。
优选地，根据下式来选择所选和秩
其中：
Ω是候选UE的集合；
NRX(i)是UE i处的接收器信道的数量；
Φ是被调度UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
rk是UE k的秩；
wi是UE i的权重。为了比例公平调度，权重可以是用户i的平均发送速率的倒数。
优选地，根据下式确定：
nSB，＝1，...，NSB，r＝1，..，NRX(i)，l＝1，..，r；以及
根据下式确定SINR(nSB，[i，r]，k，l)：
nSB，＝1，...，NSB，l＝1，..，rk
其中：
W(nSB，i，r)是预编码器；
H(nSB，i)是信道估计；
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量；
rk是UE k的秩；以及
SNR是信噪比。
优选地，根据下式确定所述预编码器：
P(nSB，i，r)＝F(nSB，i，r)H[F(nSB，i，r)F(nSB，i，r)H+αI]-1，r＝1，...，NRX(i)
其中：
F是复合代表性信道；以及
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量。
优选地，所述被调度UE包括基于根据信道估计的与其它UE的最小相关性而选择进行调度的第一UE。
优选地，根据下式来选择所述第一
其中：
Ω是候选UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
H(nSB,i)是信道估计。
优选地，根据信号与干扰加噪声比即SINR来选择所选的第一UE的秩。
优选地，根据下式来选择所选的第一UE的秩
其中：
NSB是带宽中的子带的数量；以及
W(nSB,i,r)是预编码器；
H(nSB,i)是信道估计；
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量。
优选地，所述方法还包括：在所述基站处选择所述候选UE中的另一UE以及所选另一UE的MIMO秩，所述选择根据采用该MIMO秩的所选另一UE和所述被调度UE之间的UE间干扰；以及与所述被调度UE一起调度采用该MIMO秩的所述另一UE以进行发送。
优选地，在所述基站处选择其它UE，直到达到秩阈值和/或干扰阈值为止。
优选地，根据各所选的C的变化来确定所述干扰阈值，其中：
Φ是被调度UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
rk是UE k的秩；
wi是UE i的权重。为了比例公平调度，权重可以是用户i的平均发送速率的倒数。
优选地，所述秩阈值包括：
其中，Φ是被调度UE的集合；
R(k)是UE k的发送秩；
LMAX是要使用的最大层数；
Ω是候选UE的集合；
是最佳候选UE的所选秩。
本发明以另一种形式广泛地存在于一种MIMO系统，包括：基站；多个UE，包括一个或多个被调度UE以及多个候选UE；其中，所述基站被配置为：选择所述候选UE中的UE以及针对所选UE的MIMO秩，所述选择根据采用所述MIMO秩的所选UE和所述被调度UE之间的UE间干扰进行；以及与所述被调度UE一起调度采用所述MIMO秩的该UE以进行发送。
本发明的实施例利用一类预编码使用信道估计来联合选择UE和秩以使总发送容量最大化。
由于可以在基站处确定UE的发送秩，因此可以考虑UE间干扰，这可以改进整体系统性能。
可以基于最佳发送秩估计来选择UE，因此同时选择UE和秩这两者。
可以在UE和秩确定处理中使用实际预编码器，以使得能够考虑准确的UE间干扰。
在本发明的范围内，这里描述的任何特征可以与这里描述的其它特征中的任何一个或多个特征组合成任何组合。
在本说明书中，对任何现有技术的引用不是且不应被视为对于该现有技术形成公知常识的一部分的承认或任何形式的启示。
附图说明
本发明的各个实施例将以下附图来进行描述，其中：
图1示出根据现有技术的一般MU-MIMO系统；
图2示出图1的系统中的eNB和UE之间的下行链路和上行链路发送机制。
图3示出根据本发明的实施例的在MIMO系统中调度UE发送的方法；
图4示出图3的方法中可以采用的选择第一UE及其发送秩的方法。
图5示出图3的方法中可以采用的选择后续UE及其发送秩的方法。
图6示出图4的方法中可以采用的计算UE所用的预编码器的方法。
图7示出图5的方法中可以采用的计算UE所用的预编码器的方法。
本发明的优选特征、实施例和变形可以从以下具体实施方式看出，该具体实施方式向本领域技术人员提供了足够的信息来实施本发明。具体实施方式不应被认为是以任何方式限制前述发明内容的范围。
具体实施方式
图3示出根据本发明的实施例的在MIMO系统中调度UE发送的方法300。该方法300在基站处进行(这使得UE间干扰最小化)，并且包括联合UE选择和秩估计。作为结果，可以更高效地利用可用带宽。
图3示出根据本发明的实施例的在MIMO系统中调度UE发送的方法300。该方法300在基站处进行(这使得UE间干扰最小化)，并且包括联合UE选择和秩估计。作为结果，可以更高效地利用可用带宽。
表1：方法300的输入、输出和控制参数
在步骤305处，对系统的数据输出和变量进行初始化。特别地，将被调度UE的集合Φ初始化为空集，将发送秩R设置为大小为NUE×1的空阵列，并且当前UE变量nUE＝1。
在步骤310处，确定第一UE及其发送秩。如以下进一步详细所述，图4示出步骤310中可以采用的选择第一UE及其发送秩的方法。
在步骤315处，计算第一UE所用的预编码器，并将其作为输入提供至步骤310中。如以下进一步详细所述，图6示出步骤315中可以采用的计算预编码器的方法。
在步骤320处，确定后续UE及其发送秩。如以下进一步详细所述，图5示出步骤320中可以采用的选择后续UE及其发送秩的方法。
在步骤325处，计算后续UE所用的预编码器，并将其作为输入提供至步骤320中。如以下进一步详细所述，图7示出步骤325中可以采用的计算预编码器的方法。
最后，在步骤330处，如果满足选择标准，则终止该方法。特别地，如下所概述，在步骤320中选择后续UE，直到满足预定义的选择标准为止。
图4示出根据本发明的实施例的选择第一UE及其发送秩的方法。
在步骤405处，计算UE之间的相关性，并且如下地选择具有最小相关性的
其中tr表示所得到的矩阵的迹，以及[]H是Hermitian转置。
如上所讨论的，H(nSB,i),i∈Ω是针对第i个UE的大小为NRX(i)×NTX的nSB子带的信道估计。
在步骤410处，确定所选UE的所有可能秩r∈{1,...,NRX(i)}的预编码器和代表性信道矩阵如以下进一步详细所述，图6示出步骤410中可以采用的计算UE所用的预编码器的方法。
在步骤415处，根据下式，针对所选UE的所有可能秩r∈{1,...,NRX(i)}、以及所有层l＝1,...,r计算信号与干扰加噪声比
在式3中，表示作为矩阵[]的逆的矩阵[]-1的第(l,l)个元素。
在步骤420处，根据下式选择所选的针对UE提供最大容量的秩：
如本领域熟练的收信方将容易理解的，可以根据SINR来确定MIMO系统的容量，其中更高的SINR实现更高的容量。
一旦选择了UE和秩，选择的基础被保存为：
如以下进一步详细讨论的，针对可以完成方法所基于的干扰阈值使用C0。
在步骤425处，从要调度的候选UE的集合Ω中移除所选UE向被调度UE的集合Φ添加所选UE并且将所选UE的发送秩作为添加至所选UE的发送秩。
如下所概述，代表性信道矩阵可以被指派为所选UE的子带所用的复合代表性信道D(nSB)作为以供预编码器生成时使用。
图5示出根据本发明的实施例的选择后续UE及其发送秩的方法500。
在步骤505处，针对所有可能秩r∈{1,...,NRX(i)}以及针对各候选UE i确定预编码器W(nSB,i,r)。然后，针对各所选UE k∈Φ，针对所选秩rk确定预编码器W(nSB,[i,r],k)。如以下进一步详细所述，图7示出步骤505中可以采用的计算UE所用的预编码器的方法。
在步骤510处，根据下式针对各候选UE i∈Ω、所有可能秩r∈{1,...,NRX(i)}、以及针对所有层l＝1,...,r计算信号与干扰加噪声比SINR(nSB,i,r,l)：
nSB，＝1，...，NSB，r＝1，..，NRX(i)，l＝1，..，r
(式6)
此外，根据下式针对各所选UE k∈Φ针对秩rk计算信号与干扰加噪声比SINR(nSB,[i,r],k,l)：
nSB,＝1,...,NSB，l＝1,..,rk
(式7)
在步骤515处，根据下式选择提供最大容量的UE及其发送秩
一旦选择了UE和秩，选择的基础被保存为：
在步骤520处，在满足条件和的情况下，从候选UEΩ移除所选UE并向被调度UEΦ添加该所选UE向所选UE的发送秩添加所选UE的秩作为此外，针对所选UE指派
针对所有候选UE重复方法500，直到达到秩阈值和干扰阈值为止。特别地，如果或者如果则方法完成(不再重复)。否则，C0＝C，nUE＝nUE+1，并且重复方法500以指派其它候选UE。
注意：|Φ|表示集合Φ的大小(元素数)。
图6示出根据本发明的实施例的生成SU预编码器的方法600。特别地，针对不同的发送秩以及给定的信道和SNR估计而生成预编码器。
为了方便起见，下表2提供了方法600的数据输入、方法600的数据输出、以及方法600所使用的控制参数的概览。
表2：方法600的输入、输出和控制参数
名称 速率 描述
H(n<sub>SB</sub>) 子帧 针对大小为N<sub>RX</sub>×N<sub>TX</sub>的第n<sub>SB</sub>子带的信道估计
W(n<sub>SB</sub>，r) 子帧 大小为N<sub>TX</sub>×r的预编码器矩阵
G(n<sub>SB</sub>，r) 大小为r×N<sub>TX</sub>的代表性信道矩阵
α 正则化参数
在步骤605处，根据下式确定信道协方差矩阵H(nSB)的奇异值分解(SVD)：
U(nSB)Λ(nSB)V(nSB)＝(nSB)HH(nSB)
(式10)
在步骤610处，根据下式中的任一个来确定代表性信道G(nSB，r)：
或：
在步骤615处，根据下式确定预编码器W(nSB，r)：
W(nSB，r)＝G(nSB，r)H[G(nSB，r)G(nSB，r)H+αI]-1，r＝1，...，NRX
(式13)
图7示出根据本发明的实施例的生成MU预编码器的方法700。特别地，针对不同的发送秩以及给定的信道和SNR估计而生成预编码器。
为了方便起见，下表3提供了方法700的数据输入、方法700的数据输出、以及方法700所使用的控制参数的概览。
表3：方法700的输入、输出和控制参数
在步骤705处，根据下式确定信道协方差矩阵H(nSB，i)的奇异值分解(SVD)：
U(nSB，i)Λ(nSB，i)V(nSB，i)＝H(nSB，i)HH(nSB，i)，i∈Ω
(式14)
在步骤710处，根据下式中的任一个来确定代表性信道G(nSB，i，r)：
或：
在步骤715处，根据下式确定针对所有可能秩r∈{1，...，NRX(i)}的符合代表性信道F(nSB，i，r)：
在步骤720处，根据下式确定复合预编码器P(nSB，i，r)：
P(nSB，i，r)＝F(nSB，i，r)H[F(nSB，i，r)F(nSB，i，r)H+αI]-1，r＝1，...，NRX(i)
(式18)
在步骤725处，根据下式计算UE i和已选UE所用的预编码器：
和
上述的本发明的实施例包括利用一类预编码使用信道估计来联合选择UE和秩以使总发送容量最大化。由于可以在基站处确定UE的发送秩，因此可以考虑UE间干扰，这可以改进整体系统性能。
在本说明书和权利要求书(如果有的话)中，单词“comprising”及其衍生词(包括“comprises”和“comprise”)包括所陈述的整数中的每一个，但不排除包括一个或多个其它整数。
在本说明书中引用“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代同一实施例。此外，这些特定特征、结构或特点能够以任何合适的方式组合为一个或多个组合。
按照法规，已经以更加或较不特定于结构或方法特征的语言对本发明进行了描述。应当理解，本发明不限于所示或所述的特定特征，因为这里描述的手段包括使本发明有效的优选形式。因此，本发明要求在所附权利要求书的合适范围内的、本领域技术人员以适当方式解释的任何形式或修改(如果有的话)的权益。
本申请基于并要求提交于2016年8月23日提交的澳大利亚临时专利申请2016903340的优先权的权益，上述文献的公开内容通过引用而全文并入于此。
附图标记列表
100 MU-MIMO系统
105 eNB
110 UE

Claims (18)

1.一种在MIMO系统中调度发送的方法，所述MIMO系统包括基站、一个或多个被调度UE以及多个候选UE，所述方法包括：
在所述基站处选择所述候选UE中的UE以及针对所选UE的MIMO秩，所述选择根据采用所述MIMO秩的所选UE和所述被调度UE之间的UE间干扰进行；以及
与所述被调度UE一起调度采用所述MIMO秩的该UE以进行发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所选UE和所述被调度UE中的各被调度UE的信号与干扰加噪声比即SINR来确定所述UE间干扰。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下操作来选择UE：
确定各候选UE和所述被调度UE的UE间干扰；以及
根据所确定的UE间干扰来选择所述候选UE中的UE。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对多个MIMO秩中的各MIMO秩确定所述候选UE中的各候选UE的UE间干扰，并且根据所确定的UE间干扰来联合选择UE和MIMO秩。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：确定各候选UE和所述被调度UE的复合的预编码器，以及使用所述复合的预编码器和信道估计来确定所述UE间干扰。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，根据信道估计的奇异值分解即SVD来确定所述预编码器。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，根据下式来选择所选和秩
其中：
Ω是候选UE的集合；
NRX(i)是UE i处的接收器信道的数量；
Φ是被调度UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
rk是UE k的秩；
wi是UE i的权重。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：
根据下式确定SINR(nSB，i，r，l)：
nSB，＝1，...，NSB，r＝1，...，NRX(i)，l＝1，...，r；以及
根据下式确定SINR(nSB，[i，r]，k，l)：
nSB，＝1，…，NSB，l＝1，..，rk
其中：
W(nSB，i，r)是预编码器；
H(nSB，i)是信道估计；
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量；
rk是UE k的秩；以及
SNR是信噪比。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，根据下式确定所述预编码器W(nSB，i，r)：
P(nSB，i，r)＝F(nSB，i，r)H[F(nSB，i，r)F(nSB，i，r)H+αI]-1，r＝1，...，NRX(i)
其中：
F是复合代表性信道；以及
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述被调度UE包括基于根据信道估计的与其它UE的最小相关性而选择进行调度的第一UE。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据下式来选择所述第一
其中：
Ω是候选UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
H(nSB,i)是信道估计。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，根据信号与干扰加噪声比即SINR来选择所选的第一UE的秩。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，根据下式来选择所选的第一UE的秩
其中：
NSB是带宽中的子带的数量；以及
W(nSB,i,r)是预编码器；
H(nSB,i)是信道估计；
NRX(i)是UE i处的接收天线的数量。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述基站处选择所述候选UE中的另一UE以及所选另一UE的MIMO秩，所述选择根据采用该MIMO秩的所选另一UE和所述被调度UE之间的UE间干扰；以及
与所述被调度UE一起调度采用该MIMO秩的所述另一UE以进行发送。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述基站处选择其它UE，直到达到秩阈值和/或干扰阈值为止。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，根据各所选的C的变化来确定所述干扰阈值，其中：
Φ是被调度UE的集合；
NSB是带宽中的子带的数量；以及
rk是UE k的秩；
wi是UE i的权重。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述秩阈值包括：
其中，Φ是被调度UE的集合；
R(k)是UE k的发送秩；
LMAX是要使用的最大层数；
Ω是候选UE的集合；
是最佳候选UE的所选秩。
18.一种MIMO系统，包括：
基站；
多个UE，包括一个或多个被调度UE以及多个候选UE；
其中，所述基站被配置为：
选择所述候选UE中的UE以及针对所选UE的MIMO秩，所述选择根据采用所述MIMO秩的所选UE和所述被调度UE之间的UE间干扰进行；以及
与所述被调度UE一起调度采用所述MIMO秩的该UE以进行发送。
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