CN1960213A - 在sdma系统中进行用户分配的方法及对应基站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定这样一组用户的方法，上述用户能够在支持SDMA的多址无线通信系统的基站中的相同基本资源单元上调度。按照本发明，该方法包括以下步骤：为每个用户指定一个调度标准值，选择具有最高调度标准值的用户，检查与所选定用户空间分离的另外用户，从所述另外用户之中选择具有最高调度标准值的用户。

Description

在SDMA系统中进行用户分配的方法及对应基站
相关申请的交叉引用
本发明基于优先权申请EP05300891.8，在此通过参考将其纳入。
技术领域
本发明涉及一种在SDMA(空分多址)系统中进行用户分配的方法。
SDMA是一种基于用户空间分离的多址技术，在基站可以从不同方向看到两个或多个用户的情况下，以及该基站有多根发送天线(或天线阵列)用于执行波束成形的情况下，针对两个或多个用户采用SDMA能够重用同一频率和同一时隙。
背景技术
适当选择用户是吞吐量优化的一个关键点。
I.Koutsopoulos和L.Tassiulas发表在2002年6月的Proc.ofIEEE INFOCOM的文章“Adaptive Resource Allocation in SDMA-basedWireless Broadband Networks with OFDM Signaling”描述了具有高计算负荷的基于SDMA的系统中进行用户分配的一种解决方案。
在现有技术中，波束成形和调度是两个不同的过程，它们在不同通信层或功能块中彼此独立地处理。
本发明的一个特定目的是改进SDMA系统资源的用户分配。
本发明的另一目的是提供对应的基站。
发明内容
这些目的，以及下面出现的其他目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求9的基站来实现，其中该方法确定这样一组用户，这些用户能够在支持SDMA的多址无线通信系统的基站中的相同基本资源单元上调度。
本发明的目标是支持空分多址(SDMA)和自适应波束成形。为此，期望不同移动台可以重用同一时间/频率资源，原因是空间分离，这可以通过下行链路上天线权重的适当设计来实现。为此，本发明选择一组适当的用户，就一个时间频率资源元素(或者在CDMA系统的情况下为一个码)而言，这些用户可以空间分离，还考虑了不同用户的调度需求。根据本发明，对于需要在资源上进行调度的所有用户，考虑调度标准以及空间分离标准来进行联合资源分配和调度。
选择算法开始于具有最高调度标准的用户，随后查找与其空间分离的用户。在剩余的用户中，选择具有第二最高调度标准的用户，依此类推，直至不再有空间分离的用户，或者直到达到最大天线数量。
可选择地，当选择同时发送的用户时，发射机可以采用附加干扰抑制来得到更高的数据率。为此，通过在SDMA系统中使用自适应波束成形，单独地优化基带发送天线权重。
按照本发明的方法的优点在于，利用本发明联合进行资源分配和调度的事实，增加了网络中小区吞吐量。这种启发式递归方法还支持低计算复杂性。
本发明的其他有利特征在从属权利要求中定义。
附图说明
通过阅读作为非限制性说明给出的优选实施例的以下描述，以及通过附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：
－图1的框图示出了按照本发明的方法的处理步骤；
－图2详细给出了图1的功能块“选择发送用户”。
具体实施方式
图1的框图示出了按照本发明的方法的处理步骤。
图1包括与用户相关联的终端111、112、113，以及基站12。终端111、112、113通过无线信道13与基站12通信。本领域技术人员会清楚，本发明需要理解为用于多个(N个)终端。
按照本发明，该方法分配多址方案的基本资源单元给N个用户中的K个。这种基本资源单元可以是TDMA系统中的时隙，或者OFDMA系统中的资源块，该资源块包括一个或多个子载波中的一个或多个OFDM符号。
基站12包括空分标准计算模块121和调度标准计算模块122、选择模块123、天线权重优化模块124以及与不同用户111、112、113相关联的数据缓冲器125。基站12还包括多根发送天线或者天线阵列。基站12可以是蜂窝3G通信网络的基站。可选地，基站12也可以是WIMAX或4G系统的接入点。
根据本发明，该方法包括以下步骤：在模块122中为每个用户指定调度标准值；在模块123中选择具有最高调度标准值的用户；在模块121中检查与所选定用户空间分离的另外用户；以及，在模块123中从另外用户之中选择具有最高调度标准值的用户。循环重复这些步骤，直到没有其他用户与已经选出的用户空间分离。
优选地，终端111、112、113通过上行反馈信道将与发送协方差矩阵相关的信息131以及与信道质量相关的信息132发送给基站12，以便基站12具有所有相关信息，来决定所有用户111，…，113的调度标准和空间分离标准。
天线权重优化模块124是可选的。其优选地用于抑制同时调度的用户之间的相互干扰。
在资源分配处理之后，在下行链路上发送合成下行信号给选定的终端，前述合成下行信号包括所有同时调度的用户的复(complex)权重用户信号之和。
图2详细给出了图1的功能块“选择发送用户”。
步骤21包括通过将全部用户111、112、113都填入候选列表C，以及通过清空发送列表T，初始化选择算法。
步骤22包括将具有最高调度标准的用户从候选列表C移到发送列表T。
步骤23包括重复步骤24和25直到候选列表为空或者直到达到最大空间流数目。优选地，如果基站12有M根发送天线可用，流的最大数目是M。
步骤24包括从候选列表C中移走显示与T中最近选定用户的空分标准低于预定阈值的所有用户。
步骤25包括将显示最高空分标准的用户从候选列表C中移动到发送列表T。
在该处理结束后，发送列表T包含了将在下行链路上同时及在相同频率(或者在CDMA的情况下：使用相同码)上调度的所有空分用户。空分由基站用来发送缓存的数据给不同选定用户的天线权重来保证。
回到图1，下面将解释调度标准计算模块122和空分标准计算模块121的优选实现。需要理解，在不偏离本发明范围的前提下，这些实现可以为本领域技术人员所熟知的其他实现所替代。
在一种优选实施例中，调度标准计算模块122利用不同用户111、112、113发送的反馈信道质量指示，确定经历最佳传输条件的用户，该用户被选为进入发送列表T的第一用户。信道质量指示优选地在终端111、112、113测量，并且在信令信道中发送给基站12。在这个简单例子中，为了最大化小区吞吐量并忽略其他方面，信道质量可以通过‖hu‖(hu是M根发送天线的复信道系数的列矢量)来具体化，或者可以采用移动接收机的反馈估计SINR值。可选择地，为每个用户计算优先值，该优先值可以基于缓冲器状态，信道质量和公正限制(fairness constraint)。
在一种优选实施例中，空分标准计算模块121采用发送协方差矩阵131来检测不同用户之间的空间分离。在第一实施例中，发送协方差矩阵131可以在终端111、112、113中根据可用下行信道估计计算出来，并且通过上行反馈信令信道发送给基站12。
可选择地以及优选地，在TDD(时分双工)系统中，基站12可以利用TDD信道互惠(reciprocity)的特性，自主地计算不同用户的发送协方差矩阵。
在一种优选实施例中，在平坦衰落信道、0均值(数字下变频)、基站12有M根发送天线、终端111、112、113为单根接收天线的情况下，用户u的发送协方差矩阵Ru可以如下计算：Ru＝E{huhu H}，其中hu是M根发送天线的复信道系数的列矢量hu＝[hu，1，hu，2…hu，M]T，hu H是hu的转置复共轭。期望操作的时间间隔是这样，即长的足够平均化快衰落，以及短的足够具有大致恒定的偏离方向。
Ru可以在移动台中计算，并且通过上行信令反馈给基站。在TDD系统的情况下，在基站12可以通过估计h以及利用信道互惠特性来直接计算Ru。
在一种优选实施例中，空分标准可以包括，首先计算每个用户u的主波束成分，对应于Ru最大特征值的特征向量vu，Max。为了决定用户111和112的空间分离性，计算它们主成分的标量积(v111，Max·v112，Max *)(*表示复共轭)。结果为0意味着完全正交，1意味着空间特性的完全相似(无分离)。决定两个用户的空间分离性的实际标准是检查该积是否低于预定阈值。该阈值必须通过模拟来确定，其依赖于调制阶数和码率。一个可能的阈值是0.18。
本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明范围的前提下，还可以有检查空间分离性的其他选择。
此外，本发明可以包括确定基站12用以发送数据给选定用户111、…、113的每一个的天线权重的步骤。
在本发明的一种优选实施中，当选择了所有用户用于发送时，他们的天线权重可以优化，以避免引起彼此的相互干扰。如果跳过了该步骤，则共扼主成分天线权重vu，Max H应当用作单个用户自适应波束成形算法。
具有干扰抑制的多用户波束成形能带来更高可支持码率和/或调制阶数的额外好处，从而提高小区吞吐量。
一种可能的选择是采用空间发送迫零滤波器(ZF)，其将给出天线权重：wu＝(∑k≠uRk)-1vu，Max H，它是用户u的主成分权重矢量，乘上所有干扰协方差矩阵之和的逆。
对于较低SNR，空间发送MMSE滤波器表现更好，但是需要一些噪声方差σ的信息(其也可以被适合特定SNR操作点的近似常量替换)。
MMSE滤波器给出了天线权重：wu＝(σI+∑u≠kRu)-1vu，Max H，其中I是单位矩阵。
利用以上选择的权重，用户的数据可以通过无线信道同时发送。因为由于上述SDMA波束成形方法而使得小区间干扰保持较低，只需要简单的移动接收机。

Claims (9)

1.一种确定这样一组用户的方法，上述用户能够在支持SDMA的多址无线通信系统的基站中的相同基本资源单元上调度，所述方法包括以下步骤：
为每个用户指定调度标准值，
选择具有最高调度标准值的用户，
检查与所选定用户空间分离的另外用户，
从所述另外用户之中选择具有最高调度标准值的用户。
2.根据权利要求1的方法，还包括步骤：确定所述基站用以发送数据给所选定用户的每一个的天线权重。
3.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：在所述基站得到所选定用户的发送协方差矩阵的信息；以及利用所述发送协方差矩阵的信息，确定与所选定用户空间分离的所述用户。
4.根据权利要求3的方法，还包括步骤：使用上行反馈信令从所选定用户发送所述发送协方差矩阵给所述基站。
5.根据权利要求3的方法，还包括步骤：在所述基站计算所述发送协方差矩阵。
6.根据权利要求1的方法，还包括步骤：对所选定的同时发送用户进行附加的干扰抑制。
7.根据权利要求6的方法，其中所述附加的干扰抑制通过利用迫零滤波器来进行。
8.根据权利要求6的方法，其中所述附加的干扰抑制通过利用MMSE滤波器来进行。
9.一种支持SDMA的多址无线通信系统的基站，包括：
用于为每个用户指定调度标准值的装置，
用于选择具有最高调度标准值的用户的装置，
用于检查与所选定用户空间分离的另外用户的装置，
用于从所述另外用户之中选择具有最高调度标准值用户的装置。
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