CN1878021A - 在多天线系统中调度资源的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在多天线系统中将资源分配给个人用户的调度设备和方法。上层确定长期内将会分配给各个用户的资源，并且将比例提供给调度器。然后，调度器确定与所提供的比例相适应的系数。假定在预定时间内用户的统计信道特性是恒定的，则调度器确定用户的信道容量均值和标准偏差。调度器根据信道容量均值和标准偏差值、反馈给个人用户的瞬时信道容量、以及确定的系数来调度个人用户的资源分配，其中，所述信道容量均值和标准偏差值都是统计特性值。

Description

在多天线系统中调度资源的设备和方法

技术领域

本发明通常涉及在多天线系统中调度资源的设备和方法，特别涉及在多天线系统中为个人用户调度资源的设备和方法。

背景技术

通常，与有线信道环境不同，无线信道环境由于多径干扰、阴影、传播衰减、时变噪声、干扰等，表现出低可靠性，这种低可靠性妨碍了移动通信提高其数据速率。已经开发了用于解决这个问题的许多技术。两个典型的技术是用于控制信号失真和噪声的影响的差错控制编码技术和用于克服衰落的分集技术。

分集技术通过接收经过独立衰落的几个信号来克服衰落。通常，用于获得分集效果的方法包含时间分集、频率分集、多径分集、和空间分集。

时间分集通过与信道编码和交织结合来获得时间分集增益。其中以不同频率发送的信号经过不同的多径信号的频率分集获得频率分集增益。多径分集通过使用不同的衰落信息分离多径信号以获得多径分集增益。空间分集对发射机和接收机之一或其二者使用多个天线，通过独立的衰落信号来获得空间分集增益。空间分集使用天线阵列。

在使用天线阵列的系统(以下称为“天线阵列系统”)中发射机/接收机中包括多个天线，其目的在于利用空间域提高频率效率。与利用有限的时域和频域相比，利用空间域能够获得更高的数据速率。天线阵列系统也被称为多天线系统。构成天线阵列系统的天线分别发送它们独立的信息。因此，基本上天线阵列系统对应于多输入多输出(MIMO)系统。

由于天线阵列系统具有高频率效率，为了扩展系统容量，在发射天线和接收天线之间形成的相关系数应当是低的。当以低信道间相关系数工作时，从各个发射天线发送的信息在不同的信道上传输，所以移动站能够区分所发送的信息。即，为了便于区分，从各个发射天线发送的信号应当具有不同的空间特性，这有助于扩展信道容量。此外，天线阵列系统适用于许多多径信号具有不同空间特性的情况。然而，在视距(LOS)环境中，天线阵列系统在增加容量方面并不优于单发射/接收天线系统。天线阵列系统适用于由于在发射机和接收机之间有许多分散的物体而存在许多多径的环境，并且特别适用于发射/接收天线信道具有低相关系数的环境，即具有分集效应的环境。

在天线阵列系统中，接收机向发射机提供信道状态信息。在天线阵列系统中需要的信道状态信息包含发射天线和接收天线之间的信道响应。因此，信道状态信息的信息量与发射/接收天线的数量成比例。

天线阵列系统的发射机需要调度将要分配给个人用户的资源，以便最大限度地有效使用有限的资源。对于资源分配的调度基于由接收机提供的信道状态信息来完成。

在支持多用户的传统天线阵列系统环境下，最佳用户选择(BUS)调度器是典型的用于获得多用户分集增益的调度技术。BUS调度器在每个调度间隔中将数据发送给具有最大信道容量的用户。如果用户总数用K表示，则BUS调度器根据公式(1)向每个个人用户分配资源k_BUS ^*(t)。

$k_{\mathrm{BUS}}^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·,K}{\max }{C}_k\left(t\right)---\left(1\right)$

其中C_k(t)表示在时刻t用户k的信道容量。

图1是说明使用传统BUS调度器将资源分配给个人用户的天线阵列系统的配置。

参见图1，用户1120，用户2122...用户K 124向基站发送考虑了信道特性而确定的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)。用于个人用户的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)被提供给基站的分组调度器110。分组调度器110考虑个人用户的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)，根据公式(1)确定将被分配给每个个人用户的资源k_BUS ^*(t)。

将分配给个人用户的资源k_BUS ^*(t)提供给缓冲器112。缓冲器112是用于临时存储将被发送给个人用户的分组的队列。缓冲器112利用分配给个人用户的资源k_BUS ^*(t)输出所存储的个人用户的发送分组。从缓冲器112输出的发送分组被提供给编码和自适应调制单元114。在编码和自适应调制单元114中，基于特定的调制方案对将被发送给个人用户的分组进行编码和调制。调制方案根据提供给个人用户的信道状态信息自适应地改变。

空间复用器116将要被发送给个人用户的调制符号与调制符号流复用，调制符号流的数量等于发射天线的数量。通过与其相关联的发射天线将空间复用器116所复用的调制符号流发送给个人用户。

图1所显示的支持多用户的多天线系统具有基站与用户之间唯一的信道特性H₁(t)，H₂(t)，...，H_K(t)。用户120、122和124考虑它们自身的信道特性来确定信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)，并将信道状态信息反馈给基站。

当用户之间的平均信道容量有差异时，上述传统的BUS调度器把更多的资源分配给具有较高平均信道容量的用户，因此对于各个用户不能实现公平的资源分配。即，具有较差平均信道状态的用户几乎不能分配到资源。

发明内容

为了解决这个问题，除多用户分集技术之外，还在进行保证公平性的技术的研究。典型的技术包括比例公平(Proportional Fair，PF)技术和权重比例公平(WeightedProportional Fair，WPF)技术。然而，对于传统技术，没有进行任何用于以系统操作者期望的比例控制资源(时隙)分配的量化标准及其方法和算法的研究。

因此，本发明的目的是提供一种设备和方法，用于在支持多用户的多天线系统中以最佳比例向个人用户分配资源。

本发明的另一个目的是提供一种量化标准，用于在支持多用户的多天线系统中控制个人用户期望的资源分配。

本发明的另一个目的是提供一种调度设备和方法，用于在支持多用户的多天线系统中以期望的比例将资源分配给个人用户，同时获得多用户分集增益。

本发明的另一个目的是提供一种调度设备和方法，用于在支持多用户的多天线系统中以期望的比例将时隙分配给个人用户。

根据本发明的一个方面，提供一种用于在支持多用户的多天线系统中由基站将资源分配给个人终端的方法。该方法包括：确定在每个时隙间隔中将要分配给每个终端的时隙的比例；根据从每个终端报告的特定时间的信道容量来计算每个终端的信道容量均值和标准偏差；以及基于所确定的时隙的比例，根据为每个终端计算的信道容量均值和标准偏差以及最后报告的信道容量，确定将向其分配特定时隙的终端。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于在支持多用户的多天线系统中由基站将资源分配给个人终端的设备。该设备包括：比例判定单元，用于确定在每个时隙间隔中将要分配给每个终端的时隙比例；系数计算器，用于确定系数，该系数用来根据所确定的时隙比例调整每个终端的时隙分配；以及分组调度器，用于根据从每个终端报告的特定时间的信道容量计算每个终端的信道容量均值和标准偏差，并根据为每个终端计算的系数、信道容量均值和标准偏差、以及最后报告的信道容量来确定向其分配特定时隙的终端。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特性和优点将在以下参考附图的详细描述中变得更加明显，其中：

图1是说明使用传统BUS调度器向个人用户分配资源的天线阵列系统的配置的示图；

图2是说明根据本发明的将时隙分配给个人用户的例子的示图；

图3是说明根据本发明的资源调度设备的结构的示图；

图4A是说明为个人用户测量的信道条件的示图；

图4B是说明执行归一化成本函数(normalized cost function)，以使得图4A所示的个人用户的容量可以全部在以零(0)水平(level)为中心的周围变化的例子的示图；

图4C是说明通过向个人用户分配相位权重来改变个人用户的容量的例子的示图；

图5是说明根据本发明的对多用户分集增益的仿真结果的示图；

图6是说明当期望比例不规则变化时在图5的环境中获得的仿真结果的示图；以及

图7是说明根据本发明的调度器的控制性能的视图。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的优选实施例。在下面的描述中，为了清楚和简洁，省略了对这里所包括的已知功能和配置的详细描述。

根据本发明，上层确定长期内对各个用户的资源分配，并且将比例提供给调度器。然后，调度器使用这里提出的公式确定与所提供的比例相适应的系数。假设用户的统计信道特性在预定时间内是恒定的，则可以确定用户的信道容量均值和标准偏差，同时在算术上对它们进行持续更新，或在预定时间间隔内对其进行持续更新。个人用户的资源分配通过将作为统计特性值的信道容量均值和标准偏差值以及所反馈的个人用户的瞬时信道容量与上面得到的系数值一起代入这里提出的公式来进行调度。在这种情况下，资源分配将时隙分配给这样的用户：在由这里提出的公式所确定的值中，该用户具有最高值。

这里提出的调度技术可以在具有多用户分集增益的同时以每个个人用户期望的比例分配时隙。为了这个目的，该调度技术利用由采用了信道容量的高斯近似(approximation)的公式(2)所给出的算法来执行调度。

$k^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·,K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}+m_k---\left(2\right)$

其中，C_k(t)表示当前时隙的信道容量，C_k ^av表示用户k的信道容量均值，而C_k ^std表示用户k的信道容量标准偏差。这里，σ_k和m_k表示用于调整时隙以使得时隙以期望的比例分配给用户k的系数。

当期望的比例被确定时，存在许多可能的系数。在这种情况下，需要一种能够无需积分计算而找到系数并且对系数列表(tabling)的次最佳(sub-optimal)调度器。为了满足这一需要，本发明提出了一种控制方差(Control Variance，CV)调度器，其将所有用户的成本函数平均值设置为‘0’。该CV调度器利用下面的公式所给出的算法来执行调度：

$k_{\mathrm{CV}}^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·,K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}---\left(3\right)$

如上所述，在公式(3)中，CV调度器在将所有用户的成本函数平均值设置为‘0’(m_k＝0)之后确定方差σ_k。

图2是说明本发明的以期望的比例向个人用户分配时隙、同时获得多用户分集增益的概念的示图。图2说明了一个例子，其中，以3∶4∶5的比例将12个时隙分配给用户A，B和C。如图2所示，资源分配被实现为使得时隙在预定时隙间隔内以期望的比例分配给个人用户，而不是被规则地(regularly)分配给个人用户。

本发明基于这样的事实，即，当天线数量增加时，多天线系统的信道容量近似为高斯分布。参照公式(4)，在特定时隙t₀的值被设置为下式给出的值：

${\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t_0\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}+m_k=X_k,k=1,\·\·\·,K---\left(4\right)$

其中，X_k可以近似为具有高斯分布N(m_k，σ_k ²)的随机变量。

因此，用户k的选择概率可由下式确定：

$P_k(m_1,\·\·\·,m_K,{\mathrm{\σ}}_1,\·\·\·,{\mathrm{\σ}}_K)=\mathrm{Pr}$ (X_k为最大)

$={\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{1}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_k}{e}^{-\frac{{(x-m_k)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2}}\underset{\underset{i\≠}{i=1}}{\overset{K}{\mathrm{\Π}}}(0.5+0.5\mathrm{erf}\left(\frac{x-m_i}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right))\mathrm{dx}---\left(5\right)$

如果期望分配给每个用户的时隙比例由P_k ^*(k＝1，...，K)定义，则可以通过找到满足公式(5)中的 $P_k(m_1,\·\·\·,m_K,{\mathrm{\σ}}_1,\·\·\·,{\mathrm{\σ}}_K)=P_k^{*}(k=1,\·\·\·,K)$ 的系数来以期望的比例分配时隙。即，解K个联立方程。在这种情况下，由于系数的数量是方程数量的两倍，因此存在多组能够以期望的比例分配的系数。

当按照本发明提出的方式执行调度时，用户k的平均信道容量增益可以通过下式来计算：

$C_k^{\mathrm{sel}.\mathrm{av}}=\frac{C_k^{\mathrm{std}}}{{\mathrm{\σ}}_k}(X_k^{\mathrm{sel}.\mathrm{av}}-m_k)+C_k^{\mathrm{av}}---\left(6\right)$

其中X_k ^sel.av被定义为

$X_k^{\mathrm{sel}.\mathrm{av}}=E$ [X_k|X_k为最大]

$=\frac{1}{p_k^{*}}{\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{x}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\σ}}_k}{e}^{\frac{{(x-m_k)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2}}\underset{\underset{i\≠k}{i=1}}{\overset{K}{\mathrm{\Π}}}(0.5+0.5\mathrm{erf}\left(\frac{x-m_i}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right))\mathrm{dx}---\left(7\right)$

由于公式(7)中的X_k ^sel.av总是大于m_k，因此由公式(6)可以证明，由于这里所提出的调度方案，所有用户都获得了平均信道容量上的增益，即，调度增益。使用上述公式，也可以通过根据公式(8)进行调度来确定总的系统容量。

$C_{\mathrm{system}}(m,\mathrm{\σ})=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k^{*}{C}_k^{\mathrm{sel}.\mathrm{av}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k^{*}\frac{C_k^{\mathrm{std}}}{{\mathrm{\σ}}_k}\{X_k^{\mathrm{sel}.\mathrm{av}}(m,\mathrm{\σ},P_k^{*})-m_k\}+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k^{*}{C}_k^{\mathrm{av}}---\left(8\right)$

其中m和σ分别表示[m₁，...，m_K]^T和[σ₁，...，σ_K]^T，而X_k ^sel.av表示向量m和σ以及期望的比例P_k ^*的函数。在公式(8)中，由于后一项与能够通过权重轮循方案(weightedround-robin scheme)获得的系统容量相同，因此可获得对应于前一项的多用户分集。

如上所述，本发明提出的调度器可定义为许多类型。其中，使总的系统容量最大化的调度器由下式给出：

$k_{\mathrm{opt}.}^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·,K}{\max }{C}_k\left(t\right)+v_k---\left(9\right)$

通常，v_k很难直接确定，但是即使这种最佳调度器也包含在本发明提出的调度器的范畴内。因此，可以根据公式(9)来确定系数。然而，上述调度器应当根据信道状态 $({\mathrm{\σ}}_k=C_k^{\mathrm{std}})$ 来确定系数，因为系数取决于信道的统计特性。此外，为了在实际系统中使用公式(9)，调度器应该使用积分的近似技术。同样，对于实时执行计算来说这成为很大的负担。

因此，本发明提出了由公式(3)表示的CV调度器以作为次最佳调度器。该CV调度器具有极好的特性，即，信道的统计特性和系数是独立的，因为所有用户的成本函数平均值都是‘0’。当以这种方法将平均值设置成‘0’时，公式(5)可表示为：

${\mathrm{where\Φ}}_k\left({\mathrm{\Ω}}_{k,l}\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp (-\frac{x^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2})\underset{\∀i\∈{\mathrm{\Ω}}_{k,l}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{erfc}\left(\frac{x}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right)\mathrm{dx}---\left(10\right)$

这里，·表示高斯计算，其指示小于或等于相应的数的最大整数，而

表示从n个元素中选择出k个元素的可能情况的数量。此外，Ω_k，l表示在具有1到K中除k之外的所有整数作为其元素的全集(full set)之中的元素数目为l的部分集合(partial set)。

可以通过使用余误差函数(complementary error function)的近似公式来去除公式(10)中的所有积分。例如，余误差函数能够根据公式(11)来进行近似。

这里，当余误差函数的近似被用做θ的函数时，a₁＝0.5，a₂＝0.5-θ/π，而当余误差函数的近似被用作上界时，a₁＝2θ/π，a₂＝1-2θ/π。在这种情况下，函数Φ_k(Ω_k，l)被近似为

${\mathrm{\Φ}}_k\left({\mathrm{\Ω}}_{k,l}\right)\≈\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}_k}{a_1}^i{a_2}^{l-i}\left(\underset{\∀{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}}_l\∈{\mathrm{\ψ}}_{l,i}}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{\sqrt{1/{\mathrm{\σ}}_k^2+{{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_l}^T{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_l}}\right)---\left(12\right)$

这里，当具有对应于Ω_k，l＝{j₁...，j_l}的j_n(n＝1，...，l)的σ_jn作为其元素的、长度为l(size-l)的向量被定义为σl＝[σ_j1σ_j2...σ_jl]^T时，

被定义为

在公式(12)中，Ψ_l，i表示一个集合，其具有向量 ${\widetilde{\mathrm{\σ}}}_{\mathrm{jn}}=1/{\mathrm{\σ}}_{j_n}$ 作为(l-i)个元素，并且具有所有可能的 ${\widetilde{\mathrm{\σ}}}_{\mathrm{jn}}=1/{\mathrm{\σ}}_{j_n}\sin \mathrm{\θ}$ 的

个向量 作为余下的i个元素。通过将公式(5)和公式(12)结合，无需积分计算即可得到概率P_k。

使用得到的概率公式以及标准偏差σ_k和概率P_k相互成比例的特性，可以重复地找到对应于所有期望的概率P₁ ^*，...，P_K ^*的系数σ₁，...，σ_K。在下面的表1中，应用最速下降算法作为找到系数的方法的示例。

                            表1

步骤1

对所有k初始化σ_k(0)＝C，其中C是任意正常数。

步骤2

对于n＝0，...，N-1(任意大整数)  更新σ_k(n)

${\mathrm{\σ}}_k(n+1)={\mathrm{\σ}}_k\left(n\right)\×{\mathrm{\μ}}^{P_k^{*}-P_k\left(n\right)}$

其中，

步骤3

w_k＝σ_k(N)

在这种情况下，应当适当地调整正数μ(＞1)和N，以便快速精确地近似最佳值w_k。

为了快速确定分配给每个用户的信道容量，这里提出的CV调度器可以使用前述余误差函数。在这种情况下，公式(7)的积分公式近似为：

其中， ${\mathrm{\γ}}_k\left({\mathrm{\Ω}}_{k,l}\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}\frac{x}{{\mathrm{\σ}}_k\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp (-\frac{x^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2})\underset{\∀i\∈{\mathrm{\Ω}}_{k,l}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{erfc}\left(\frac{x}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right)\mathrm{dx}$

$\≈\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_k\sqrt{2\mathrm{\π}}}\underset{i=0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{a}_1^i{a}_2^{l-i}\left(\underset{\∀{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_l\∈{\mathrm{\ψ}}_{l,i}}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{1/{\mathrm{\σ}}_k^2+{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_k^T{\widetilde{\mathrm{\σ}}}_k}\right)---\left(13\right)$

图3是说明使用根据本发明的调度技术的多天线系统的配置的示图。

参见图3，这些用户：用户1330、用户2332，...，用户K334向基站发送通过考虑信道特性而确定的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)。在基站中，用于个人用户的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)被提供给分组调度器310。

比例判定单元314根据公式(10)确定将要分配给个人用户的时隙比例(P₁ ^*，...，P_K ^*)。比例判定单元314将所确定的时隙比例(P₁ ^*，...，P_K ^*)提供给系数计算器312。

系数计算器312考虑为个人用户确定的比例而计算作为分组调度的系数的向量m和σ。用于计算向量m和σ的具体方法已经在上面进行了描述。由系数计算器312计算的向量m和σ被提供给分组调度器310。

分组调度器310通过考虑用于个人用户的信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)以及向量m和σ来确定将要分配给每个个人用户的资源k^*(t)或k_CV ^*(t)。分组调度器310可以根据公式(2)或公式(3)来计算将要分配给每个个人用户的资源。

将要分配给每个个人用户的资源k^*(t)或k_CV ^*(t)被提供给缓冲器316。缓冲器316是用于暂时存储将被发送到个人用户的分组的队列。缓冲器316利用分配给个人用户的资源k^*(t)或k_CV ^*(t)输出所存储的个人用户的发送分组。从缓冲器316输出的发送分组被提供给编码和自适应调制单元318。在编码和自适应调制单元318中，将被发送给个人用户的分组经过基于特定调制方案的编码和调制。所述调制方案根据所提供的个人用户的信道状态信息来自适应地改变。

由空间复用器320将将被发送给个人用户的调制符号与调制符号数据流复用，调制符号数据流的数量等于发射天线的数量。由空间复用器320复用的调制符号数据流被经由与其相关联的发射天线发送给个人用户。

如图3所示的支持多用户的多天线系统具有在基站和用户之间的唯一的信道特性H₁(t)，H₂(t)，...，H_K(t)。用户330、332和334通过考虑其自身的信道特性来确定信道状态信息C_k(t)(k＝1，...，K)，并将该信道状态信息反馈给基站。

图4A是说明为个人用户测量的信道条件的示图。图4A示出了根据每个个人用户随着时间推移而变化的信道容量。从图4A中可以注意到，由实线表示的用户1的信道容量是最高的，而由点划线表示的用户3的信道容量是最低的。

图4B是说明执行归一化成本函数(normalized cost function)、以使得图4A所示的个人用户的容量可以全部在以零(0)水平(level)为中心的周围变化的例子的示图。这样做是为了防止信道被容量高于其它用户的第一用户独占。通过向个人用户分配不同的权重，可以如图4B所示相对于特定参考水平标准化个人用户的容量。在图3中，m被用作参考水平。

图4C是说明通过向个人用户分配相位权重来改变个人用户的容量的例子的示图。在图4C中，不同的权重被分配给个人用户，以此来改变资源被分配给个人用户的概率。在图3中，σ被用作权重。可以通过调整分配给个人用户的权重σ来调整分配给个人用户的时隙。在图4C中，向个人用户分配权重σ，以使得分配比例是8∶8∶3。如图4C所示，时隙被分配给在特定时间具有最大容量的用户。

图5是说明根据本发明对多用户分集增益的仿真结果的示图。图5示出了在使用4个发射和接收天线、并且用户的平均SNR均匀分布在9到11dB之间的情况下，对于系统容量相对于用户数量增加的变化进行的计算机仿真结果及其估计数值。在这种情况下，最佳调度器和CV调度器表现出了几乎相同的性能。即，示出了用户数量的增加大大提高了系统容量。

图6是说明在图5的环境中获得的仿真结果的示图，其中期望的比例不规则地变化。即使在这种情况下，最佳调度器和CV调度器都表明用户数量的增加大大地提高了系统容量。此外，两个调度器之间的性能差平均下降在1％以内。

在图7中，比较了CV调度器的平均绝对误差(Average Absolute Error，AAE)，以便确定时隙是否是以期望的比例分配给个人用户。从图7可以注意到，天线数量的增加使高斯近似精确，减小了AAE。此外还可以看出，当使用近似的积分公式时，即使天线数量增加，误差也可保持在某个范围内。所述误差分量是余误差函数的近似误差。

当发射/接收天线的数量是2或更大时，AAE低于0.01，这在统计信道条件符合周期性变化的实际系统环境下被认为是可忽略的。

总之，即使在天线的数量不多的情况下，本发明也表现出精确的控制性能。

从前述描述可以理解到，本发明可以以系统操作者期望的比例向每个用户提供数据服务，并且可以通过多用户分集来增加系统的总信道容量。此外，当不执行调度时，分配给每个用户的平均信道容量也会大于可用的平均信道容量。即，没有用户会遭受平均信道容量的降低。

因此，本发明同时满足基于多天线技术的调度和多用户分集两者，并且可保证服务质量(QoS)，从而有助于在多用户环境中使频谱效率最大化。

尽管参照本发明的特定优选实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不超出所附的权利要求书确定的本发明的精神及范围的情况下，可以在形式和细节上对本发明做出各种改动。

Claims (10)

1.一种在支持多用户的多天线系统中由基站将资源分配给个人终端的方法，该方法包括步骤：

确定在每个时隙间隔内将要分配给每个终端的时隙的比例；

根据从每个终端报告的特定时间的信道容量，计算每个终端的信道容量均值和标准偏差；以及

基于所确定的时隙的比例，根据为每个终端计算的信道容量均值和标准偏差以及最后报告的信道容量，确定将要向其分配特定时隙的终端。

2.如权利要求1所述的方法，其中，将要向其分配特定时隙的终端由下式确定：

$k^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}+m_k$

其中，C_k(t)表示当前时隙的信道容量，C_k ^av表示用户k的信道容量均值，C_k ^std表示用户k的信道容量的标准偏差，σ_k和m_k表示用来调整时隙以使得时隙被以期望的比例分配给用户k的系数。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述σ_k和m_k根据所确定的时隙的比例来确定。

4.如权利要求2所述的方法，其中如果期望分配给用户k的时隙比例由P_k ^*(k＝1，...，K)来定义，则根据下列公式中满足P_k(m₁，...，m_k，σ₁，...σ_k)＝P_k ^*(k＝1，...，K)的系数来确定σ_k和m_k：

$={\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\σ}}_k}{e}^{-\frac{{(x-m_k)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2}}\underset{i\≠k}{\overset{K}{\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}}}(0.5+0.5\mathrm{erf}\left(\frac{x-m_i}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right))\mathrm{dx}$

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述将要向其分配特定时隙的终端由下式确定：

$k_{\mathrm{CV}}^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}$

其中，C_k(t)表示当前时隙的信道容量，C_k ^av表示用户k的信道容量均值，C_k ^std表示用户k的信道容量的标准偏差，而σ_k表示用于调整时隙以使得时隙以期望的比例分配给用户k的系数。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述σk根据所确定的时隙的比例来确定。

7.一种用于在支持多用户的多天线系统中由基站将资源分配给个人终端的设备，包括：

比例判定单元，用于确定在每个时隙间隔中将要分配给每个终端的时隙的比例；

系数计算器，用于根据所确定的时隙比例，确定用来调整每个终端的时隙分配的系数；以及

分组调度器，用于根据从每个终端报告的特定时间的信道容量来计算每个终端的信道容量均值和标准偏差，并根据为每个终端计算的系数、信道容量均值和标准偏差、以及最后报告的信道容量来确定将向其分配特定时隙的终端。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述分组调度器根据下式来确定将向其分配特定时隙的终端：

$k^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}+m_k$

其中，C_k(t)表示当前时隙的信道容量，C_k ^av表示用户k的信道容量均值，C_k ^std表示用户k的信道容量的标准偏差，σ_k和m_k表示用来调整时隙以使得时隙以期望的比例分配给用户k的系数。

9.如权利要求7所述的设备，其中，如果期望分配给用户k的时隙比例由P_k ^*(k＝1，...，K)定义，则所述系数计算器根据下列公式中满足P_k(m₁，...，m_k，σ₁，...σ_k)＝P_k ^*(k＝1，...，K)的系数来确定系数σ_k和m_k；

$={\∫}_{-\∞}^{\∞}\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\σ}}_k}{e}^{-\frac{{(x-m_k)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_k^2}}\underset{i\≠k}{\overset{K}{\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}}}(0.5+0.5\mathrm{erf}\left(\frac{x-m_i}{\sqrt{2}{\mathrm{\σ}}_i}\right))\mathrm{dx}$

10.如权利要求7所述的设备，其中，所述分组调度器根据下式来确定将向其分配特定时隙的终端，

$k_{\mathrm{CV}}^{*}\left(t\right)=\arg \underset{k=1,\·\·\·K}{\max }{\mathrm{\σ}}_k\×\frac{C_k\left(t\right)-C_k^{\mathrm{av}}}{C_k^{\mathrm{std}}}$

其中，C_k(t)表示当前时隙的信道容量，C_k ^av表示用户k的信道容量均值，C_k ^std表示用户k的信道容量的标准偏差，而σ_k表示用于调整时隙以使得时隙以期望的比例分配给用户k的系数。

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