多输入多输出无线通信系统中下行链路调度的系统和方法
【专利摘要】描述了一种用于在无线通信系统中进行下行链路调度的系统和方法。在一些实施例中，一种方法包括：在发送器处应用信道预测以发送信息到一个或多个移动设备；预测在其上发送信息的信道的信道状态信息，所述信道状态信息至少基于信道预测；确定预编码矩阵以应用到所述信息，所述确定至少基于该预测的信道状态信息；以及至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。该渐进遍历速率可以基于大尺度信道行为和移动设备之间的最大多普勒频移。
【专利说明】多输入多输出无线通信系统中下行链路调度的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用和要求优先权
[0002]本申请是2011 年 10 月 25 日提交的、题为 “Downlink Scheduling in NetworkMIMO Using Two-Stage Channel State Feedback”的美国临时专利申请 N0.61 / 551,285的非临时申请，并要求其权益，通过引用将所述申请其整体并入本文。
【技术领域】
[0003]所公开的内容一般地涉及无线通信，并且更具体地，涉及对于无线通信的下行链路调度。
【背景技术】
[0004]可以采用系统的多输入多输出(MMO)架构以提高宽带无线网络的吞吐量。在传统的蜂窝网络中，邻近小区中的频率复用会导致小区间干扰(ICI)和降低性能。为了克服这些问题，可以采用基站(BS)协作。例如，假设完美的回程连接，多个小区的网络可以被视为虚拟MMO系统，并且可以通过多个BS来共同服务所述多个小区中的移动设备/用户。
[0005]在资源单元中，在一个聚类中的协作基站可以共同地选择一组活跃的移动设备/用户。可以为所选择的移动设备/用户应用预编码。可以应用预编码，使得以比没有应用预编码的信号的干扰更低的干扰来接收针对每个所选择的移动设备/用户的信号。预编码可以是线性预编码，如基于块对角化(BD)的MU-MIM0，其中，每个用户的信号被投影到其它移动设备/用户的增广信道矩阵的零空间。可以为带有聚类间协作的聚类MMO网络执行预编码。此外，可以基于BD预编码为单一小区多用户MIMO(MU-MIMO)网络采用贪婪用户选择算法。然而，上述预编码技术假设在发送器(CSIT)处的完美信道状态信息。为了实现、或至少近似CSIT，采用来自移动设备/用户的反馈。不幸的是，由CSIT反馈引入的开销限制了 MMO系统的性能。对于带有大量移动设备/用户的多小区网络，期望进一步降低反馈。审阅以下详细描述之后，技术现状的其它问题和一些各种非限制性实施例的对应的益处可能变得更明显。
【发明内容】
[0006]下面给出所公开主题的简化概要，以提供对所公开的主题的一些实施例的基本理解。此概述不是所公开的主题的详尽综述。它既不旨在标识所公开主题的关键或重要元素，也不旨在描绘所公开的主题的范围。其唯一的目的是以简化形式给出所公开主题的一些概念作为稍后给出的更详细描述的序言。
[0007]在一些实施例中，一种方法包括:在发送器处应用信道预测，该发送器与发送信息给一个或多个移动设备有关；预测在其上发送信息的信道的信道状态信息，所述信道状态信息至少基于信道预测；确定预编码矩阵以应用到所述信息，所述确定至少基于来自所述预测的预测信道状态信息；至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率(asymptoticergodic rate)来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。[0008]在一些实施例中，一种设备包括:被配置为在用于将信息发送给一个或多个移动设备的发送器处应用信道预测的信道预测组件；以及被配置为预测在其上发送信息的信道的信道状态信息的信道状态信息预测组件，所述信道状态信息至少基于信道预测。该设备还可以包括:被配置为确定预编码矩阵以应用到所述信息的预编码矩阵组件，其中对所述预编码矩阵的确定至少基于预测的信道状态信息；以及被配置为至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送的调度组件。
[0009]在一些实施例中，另一种方法包括:获取在其上一个或多个移动设备进行发送的信道的统计信息；至少基于该统计信息确定遍历速率；至少基于所述遍历速率选择用于调度的一个或多个移动设备；以及至少基于信道中的变化调度所述一个或多个移动设备。
[0010]在一些实施例中，另一种方法包括:在一帧的第一位置处接收来自一个或多个移动设备的帧级反馈；至少基于该帧级反馈确定渐近遍历速率；以及选择所述一个或多个移动设备中的至少一个以在帧期间接收信息的下行链路发送。
[0011]在一些实施例中，另一种方法包括:选择单用户模式或多用户模式的至少一种，所述选择包括:选择与第一加权渐近遍历速率或第二加权渐近遍历速率中较高的一个相关联的模式；以及调度一个或多个移动设备来以单用户模式或多用户模式中的选定的一种中接收信息。
[0012]在一些实施例中，描述了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质可以具有计算机可执行指令，所述指令响应于执行，致使包括处理器的计算设备执行操作，所述操作包括:在发送器处应用信道预测，该发送器与发送信息给一个或多个移动设备有关；至少基于信道预测来预测在其上发送信息的信道的信道状态信息；确定预编码矩阵以应用到所述信息，所述确定至少基于预测的信道状态信息；至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。
[0013]为了实现前述和相关目的，则所公开的主题包括在下文中充分描述的特征。下面的描述和附图详细阐明了所公开的主题的某些说明性实施例。然而，这些实施例是仅指示可以以之采用所公开的主题的原理的各种方式的一小部分。当结合附图考虑时，根据对所公开主题的以下详细描述，所公开的主题的其它实施例、优点和新颖性特征将变得显而易见。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是根据所公开的主题的各种实施例的可以促进在无线通信系统中的下行链路调度的示例性系统的图。
[0015]图2是根据所公开的主题的各种实施例的可以促进在无线通信系统中的下行链路调度的示例性中央控制单元的框图的图示。
[0016]图3是根据所公开的主题的各种实施例的可以为其促进下行链路调度的示例性移动终端的框图的图示。
[0017]图4是根据所公开的主题的各种实施例的可以按照下行链路调度方法发送信息的示例性基站的框图的图示。
[0018]图5、6、7、8A和SB是根据所公开的主题的各种实施例的促进在无线通信系统中的下行链路调度的示例性方法的流程图。
[0019]图9是根据所公开的主题的各种实施例的对所选数量的天线的模拟和近似进行比较的总速率与小区边缘信噪比(SNR)的关系曲线的示例图。[0020]图10是根据所公开的主题的各种实施例的总能力与采用下行链路调度的移动设备/用户的数量的关系曲线的示例图。
[0021]图11是根据所公开的主题的各种实施例的平均Jain公平性指数与采用下行链路调度的观察窗口大小的关系曲线的示例图。
[0022]图12是示出促进本文所述的下行链路调度的合适的操作环境的一个示例性的示意框图。
[0023]图13是根据所公开的主题的各种实施例的可以促进无线网络组件的下行链路调度的示例性电子设备的框图。
【具体实施方式】
[0024]现在将参考附图描述所公开的主题，其中全文中相同的附图标记被用来指代相同的元素。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述许多具体的细节以便提供对所公开的主题的全面理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所公开的主题。在其它实例中，以框图的形式示出公知的结构和设备，以便于描述所公开的主题。
[0025]如在本申请中所使用，术语“组件”、“系统”、“平台”等可以指代与计算机相关的实体或与具有一个或多个特定的功能的操作机相关的实体。本文所公开的实体可以是硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。例如，组件可以是，但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序，和/或计算机。通过举例说明的方式，在服务器上运行的应用程序和服务器都可以是组件。一个或多个组件可以驻留在进程和/或执行的线程内，并且组件可以位于一台计算机上和/或分布在两个或更多计算机之间。另外，这些组件可从在其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。组件可以诸如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自与本地系统、分布式系统中的另一组件进行交互的一个组件的数据，和/或经由信号跨越诸如因特网的网络与其它系统)经由本地和/或远程进程进行通信。
[0026]此外，术语“或”意指包括性的“或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另外指定，或者从上下文可以明确看出，“X采用A或B”意指任何自然的包括性排列。也就是说，如果X采用A ;X采用B ;或者X采用A和B ;那么在任何前述情况下，都满足“X采用A或B”。此夕卜，在本说明书和附图中使用的冠词“一”和“一个”应通常被解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文可以明确看出针对单数形式。
[0027]此外，像是“用户装备”、“移动站点”、“移动”、“订户站点”、“通信设备”、“接入终端”、“终端”、“手持机”的术语及类似术语指代由无线通信服务的订户或用户利用以接收或传递数据、控制、语音、视频、声音、游戏或基本上任何数据流或信令流的无线设备(例如，蜂窝电话、智能电话、计算机、个人数字助理(PDA)、机顶盒、因特网协议电视(IPTV)、电子游戏设备、多媒体记录器/播放器、视频记录器/播放器、音频记录器/播放器、打印机等)。前述术语在说明书和相关附图中可互换使用。同样，术语“接入点”、“基站”、“节点B”、“演进型节点B”、“家庭节点B(HNB) ”等在说明书中可互换使用，并且指代供应和从一组订户站点接收数据、控制、语音、视频、声音、游戏或基本上任何数据流或信令流的无线网络组件或装置。数据和信令流可以是分组的或是基于帧的流。
[0028]这里公开的系统和方法涉及无线通信系统中的下行链路调度。具体地，下行链路调度可以采用在其中预测并采用信道状态信息的两阶段的反馈机制。中央控制单元能够将下行链路调度信息通信到发送信息给所选移动设备的一个或多个基站(BS)。下行链路调度可以基于移动设备的渐近遍历速率。渐近遍历速率可以是大尺度信道特性和该移动设备的最大多普勒频移的函数。
[0029]为了进行下行链路调度，中央控制单元可以在BS处应用信道预测，用于发送信息到一个或多个移动设备，以及预测在其上将发送信息的信道的信道状态信息。信道状态信息可以基于信道预测。中央控制单元还可以确定预编码矩阵以在BS发送之前将其应用到所述信息。预编码矩阵可以基于预测的信道状态信息。
[0030]在各种实施例中，系统和方法可以有利地提供渐近遍历速率作为大尺度衰落和所述一个或多个移动设备的多普勒频移的函数。该系统和方法可以实现具有到移动设备的到中央控制单元的较低的反馈开销的更高的移动设备频谱效率和公平性。
[0031]现在转到附图，图1是根据所公开的主题的各种实施例的可以促进在无线通信系统中的下行链路调度的示例性系统的图。系统100可以是MIMO系统。系统100可以包括一个或多个102、104和中央控制单元110。在各种实施例中，系统100还可以包括一个或多个移动设备106、108。基站102、104，移动设备106、108和/或中央控制单元110可彼此电和/或通信地耦合以执行系统100的一个或多个功能。
[0032]该移动设备106、108的一个或多个可以包括一个或多个天线。在各种实施例中，移动设备106、108可以被配置为发送反馈到所述基站102、104的一个或多个和/或中央控制单元110，用于促进本文所述的下行链路调度方法。
[0033]在一些实施例中，一个或多个移动设备可以包括诸如图3所示的结构。图3是根据所公开的主题的各种实施例的可以为其促进下行链路调度的示例性移动终端的框图的图示。
[0034]如图所示，移动设备300可以包括通信元件302，被配置为在BS和/或中央控制单元200之间发送和/或接收信息。例如，通信组件302可以发送反馈信息到中央控制单元200和/或从一个或多个基站接收在下行链路信道上发送的信息。
[0035]反馈组件304可被配置为生成发送到中央控制单元200的反馈。
[0036]调度组件306可被配置为接收调度信息，所述调度信息包括但不限于，指示该移动设备可以期望从一个或多个基站接收发送的信息的时间的信息。
[0037]移动设备300还可以包括存储器308，被配置为存储信息和/或计算机可执行指令。
[0038]移动设备300还可以包括微处理器310，被配置为执行计算机可执行指令以执行移动设备300的一个或多个功能。
[0039]基站102、104可以被配置为发送信息到移动设备106、108和从移动设备106、108接收信息。在各种实施例中，基站102、104可以是用于促进MIMO架构的多天线基站。在一些实施例中，信息的发送可以是根据由中央控制单元UO所确定的下行链路调度。
[0040]在一些实施例中，一个或多个基站可以包括诸如图4所示的结构。图4是根据所公开的主题的各种实施例的可以按照下行链路调度方法发送信息的示例性基站的框图的图示。
[0041]基站400可以包括被配置为在移动设备和/或中央控制单元200之间发送和/或接收信息的通信组件402。例如，通信组件402可以从中央控制单元200接收调度信息和/或发送信息到下行链路信道上的移动设备。
[0042]调度组件404可被配置为接收调度信息，所述调度信息包括但不限于，指示时间、帧和/或在此期间基站应当发送信息到移动设备的时隙的信息。该调度信息还可以包括标识基站应当向其发送信息的一个或多个移动设备的信息。
[0043]基站400还可以包括存储器406，被配置为存储信息和/或计算机可执行指令。
[0044]基站400还可以包括微处理器408，被配置为执行计算机可执行指令以执行基站400的一个或多个功能。
[0045]中央控制单元110可被配置成确定用于如本文参照图2所描述的从基站102、104的一个或多个到移动设备106、108的一个或多个进行下行链路发送的调度。
[0046]微处理器112可以执行在本公开中参照任何公开的系统和/或方法描述的一个或多个功能。存储器114可以是计算机可读存储介质，存储计算机可执行指令和/或用于执行在本公开中参照所公开的任何系统和/或方法描述的功能的信息。例如，如图所示，存储器114可以存储由计算设备执行以使得所述计算设备执行本文描述的系统和/或方法的操作的计算机可执行指令。在各种实施例中，计算设备可包括，但不限于，基站102、104的一个或多个，中央控制单元110和/或移动设备106、108的一个或多个。虽然图1示出了在中央控制单元110处的微处理器112和存储器114，微处理器112和/或存储器114的一个或多个可通信地耦合到基站102、104的一个或多个和/或在基站102、104的一个或多个之内。
[0047]图2是根据所公开的主题的各种实施例的可以促进在无线通信系统中的下行链路调度的示例性中央控制单元的框图的图示。在一些实施例中，中央控制单元200可以是或可以包括图1的中央控制单元110的结构和/或功能的一个或多个。中央控制单元200可以包括通信组件202、信道预测组件204、信道状态信息预测组件206、预编码矩阵组件208、渐近遍历速率计算组件210、调度组件212、微处理器214和/或存储器216。通信组件202、信道预测组件204、信道状态信息预测组件206、预编码矩阵组件208、渐近遍历速率计算组件210、调度组件212、微处理器214和/或存储器216可以可通信地或电耦合到彼此以执行中央控制单元200的一个或多个功能。
[0048]在一些实施例中，通信组件202可以被配置为向和从MMO网络中的一个或多个移动设备或者一个或多个基站发送和/或接收信息，所述中央控制单元200可通信地耦合到所述MIMO网络。例如，通信组件202可以从一个或多个移动设备接收反馈信息和/或发送用于在基站的一个或多个和移动设备的一个或多个之间进行通信的下行链路调度。
[0049]信道预测组件204可以被配置为在发送器处应用信道预测，用于将信息将信息发送给一个或多个移动设备。
[0050]信道状态信息预测组件206可以被配置为对于在其上发送信息的信道预测信道状态信息，所述信道状态信息至少基于所述信道预测。
[0051]预编码矩阵组件208可被配置成确定预编码矩阵以应用到所述信息。在一些实施例中，预编码矩阵的确定至少基于预测的信道状态信息。
[0052]调度组件210可被配置为调度在下行链路信道上的到一个或多个移动设备的信息的发送。下行链路调度可以至少基于所述一个或多个移动设备的渐近遍历速率。[0053]在各个实施例中，中央控制单元200的功能可以如下所示。在本公开中使用下面的符号。正常的字母表示标量；并且大写和小写粗体字母分别表示矩阵和向量。此外，Ot和Oh分别代表转置和共轭转置。[T]h。)表示通过分别选择由向量作索引的行和列所生成的T的子矩阵，而符号“:”被用于表示所有列或所有行。E[.]是括号内的变量或表达式的期望值。In表示与大小为N的单位矩阵。
[0054]在一些实施例中，系统模型和信道预测可以如下所述进行。在一些实施例中，信道预测组件204可以执行信道预测和系统建模。
[0055]接收到的信道模型可以如下。用户u的来自所有B协作基站的聚合信道系数矩阵可以表示为公式(I)所示
[0056]
【权利要求】
1.一种方法，包括: 在发送器处应用信道预测，该发送器与发送信息给一个或多个移动设备有关； 预测在其上发送 信息的信道的信道状态信息，所述信道状态信息至少基于信道预测；至少基于来自所述预测的预测信道状态信息确定预编码矩阵以应用到所述信息；以及至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度包括至少基于大尺度信道行为来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调度包括至少基于所述一个或多个移动设备的最大多普勒频移来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在发送器处应用信道预测包括在基站处应用信道预测。
5.一种设备，包括: 被配置为在用于将信息发送给一个或多个移动设备的发送器处应用信道预测的信道预测组件； 被配置为预测在其上发送信息的信道的信道状态信息的信道状态信息预测组件，所述信道状态信息至少基于由所述信道预测组件应用的信道预测； 被配置为至少基于从信道状态信息组件预测的信道状态信息确定预编码矩阵以应用到所述信息的预编码矩阵组件；以及 被配置为至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发送的调度组件。
6.根据权利要求5所述的设备，其中该设备包括中央处理单元。
7.根据权利要求6所述的设备，其中该中央控制单元被配置为控制在一个或多个基站处的下行链路调度。
8.根据权利要求5所述的设备，其中该发送器是基站。
9.根据权利要求5所述的设备，其中该一个或多个移动设备的渐近遍历速率至少基于大尺度信道行为。
10.根据权利要求9所述的设备，其中该一个或多个移动设备的渐近遍历速率至少基于该一个或多个移动设备的最大多普勒频移。
11.一种方法，包括: 通过包括至少一个处理器的至少一个计算设备获取在其上一个或多个移动设备进行发送的信道的统计信息； 至少基于该统计信息确定遍历速率； 至少基于所述遍历速率选择要被调度的一个或多个移动设备；以及 至少基于信道中的变化调度所述一个或多个移动设备。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括: 对于所选的要被调度的一个或多个移动设备执行信道预测。
13.根据权利要求12所述的方法，其中执行信道预测包括至少基于自回归模型执行信道预测。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括在对该一个或多个移动设备进行调度的一个或多个未来时隙中预测信道状态信息。
15.—种方法,包括: 在一帧的第一位置处接收来自一个或多个移动设备的帧级反馈； 至少基于该帧级反馈确定渐近遍历速率；以及 选择所述一个或多个移动设备中的至少一个以在该帧期间接收信息的下行链路发送。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，接收帧级反馈包括: 从一个或多个移动设备接收信噪比(SNR)信息，该SNR来自一个或多个协作基站；以及 从一个或多个移动设备接收多普勒频移信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，接收SNR包括接收平均SNR。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，接收多普勒频移信息包括接收最大多普勒频移。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括从所选的用于在该帧期间进行发送的一个或多个移动设备的至少一个接收时隙级反馈。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括应用该时隙级反馈。
21.根据权利要求19所述的方法，其中接收时隙级反馈包括在该帧的时隙的码元处接收信道系数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，该时隙的码元至少是该帧的时隙的最后一个码元或者导引码元之一。
23.根据权利要求21所述的方法，进一步包括在下一时隙的码元处预测信道系数，所述预测至少基于为其预测信道系数的信道的模型。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述预测包括至少基于信道模型进行预测，以及至少基于该信道的自回归模型进行预测。
25.根据权利要求24所述的方法，其中在下一时隙中预测信道系数包括至少基于内插在下一时隙中预测信道系数。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括至少基于为下一时隙所预测的信道系数来确定预编码器。
27.—种方法,包括: 选择单用户模式或多用户模式的至少一种，所述选择包括:选择与第一加权渐近遍历速率或第二加权渐近遍历速率中较高的一个相关联的模式；以及 调度一个或多个移动设备来以单用户模式或多用户模式中的选定的一种接收信息。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括: 对于在其中调度一个或多个移动设备的帧，确定一个或多个移动设备的单用户模式和多用户模式的渐进遍历速率； 对于该帧，至少基于该渐进遍历速率确定加权的遍历速率； 确定与单用户模式相关联的第一加权渐近遍历速率；以及 确定与多用户模式相关联的第二加权渐近遍历速率。
29.根据权利要求28所述的方法，其中确定加权的遍历速率包括通过与最大总速率调度或比例公平调度中的至少一个相关联的加权因子来对渐进遍历速率加权。
30.一种具有计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述指令响应于执行，致使包括处理器的计算设备执行操作，所述操作包括: 在发送器处应用信道预测，该发送器与发送信息给一个或多个移动设备有关； 至少基于信道预测来预测在其上发送信息的信道的信道状态信息； 至少基于预测的信道状态信息确定预编码矩阵以应用到所述信息；以及至少基于一个或多个移动设备的渐近遍历速率来调度到所述一个或多个移动设备的信息的发 送。
【文档编号】H04B7/06GK103947131SQ201280050666
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】曾理铨, A.F.哈尼夫, 黄经尧 申请人:寰太知识管理顾问股份有限公司