专利名称：用于低复杂度用户调度的系统和方法
技术领域：
概括地说，本发明涉及通信系统，具体地说，本发明涉及调度多个用户以在通信系统中进行传输。
背景技术：
在诸如蜂窝第三代合作伙伴计划、长期演进(3GPP-LTE)、改进的LTE和微波接入全球互通(WiMAX)之类的当前和未来的通信系统中，基 站(BS)和用户设备(UE)都具有多个天线。通常，这些通信系统称为多输入多输出(MMO)系统。在传统的蜂窝系统中，由BS向多个用户进行的传输被组织成时间序列帧，这些帧中的每一个被划分成一系列的子帧，并在各个子帧中分配单个用户进行传输。然而，在最近的系统中，可以使用MU-MIMO预编码算法来调度多个用户同时进行传输。图I示出了针对蜂窝系统的传统布置，其中BS具有多个天线(1、2、3)，给这些天线馈送去往用户设备UE-I、UE-2的各信号(yl、y2、y3)。每一个UE具有一个或多个天线，其中UE-I示出为具有分别传送信号vl、v2的两个天线(1、2)，UE-2具有传送信号v3、v4的两个天线(3、4)。来自BS的天线I的下行链路提供去往每一个天线的传输(hll、hl2、hl3、hl4)，BS的天线2提供类似的传输(未编号)并且BS的天线3提供类似的传输(h31、h32、h33、h34)。接收的信号可以用具有信号vl_v4的矩阵v来表示，其中T是向量的转置操作，接收的信号可以进一步表示成信道矩阵Hy。MIMO 信道可以将基站和多个UE之间的下行链路信道表示成矩阵H，其中该矩阵中的行数
(i)等于多个UE的天线的总数，该矩阵中的列数(j)等于基站处的发射天线的数量。对于图I来说，针对四个天线(1-4)存在4行并且针对BS处的3个天线存在3列。矩阵H的第(i，j)项表示第i个发射天线和第j个接收天线之间的复信道增Shu，如图I中所示。具体而言，复信道增益hu表示发射的信号在无线下行链路信道中经历的放大(或者衰减)。下行链路信道H用BS分别到UE-I和UE-2中的每一个的两个下行链路H1和H2来表示，并且每一个下行链路用具有如上所述的行和列内容的各矩阵H1、H2来表示。例如，Hl下行链路矩阵具有信号hll、h21、h31、hl2、h22和h32，如图I中所示。弦距离基站调度在下行链路上去往BE的传输所使用的一些传统算法是基于两个用户的信道矩阵空间之间的弦距离。该度量确定这两个子空间相离“多远”。关于弦距离的讨论出现在 2008 年 3 月 IEEE CISS, K. Ko, J. Lee 的“Low complexity MU MIMO scheduling withchordal distance，，中。图2示出了在基站200通过两个时隙向两个移动台发送信号的情况下的简单示例。在第一时隙中，传输是去往移动装置201，在第二时隙中，传输是去往移动装置202。考虑到这些传输的不同特性，这两个传输彼此之间不干扰。通过说明的方式，设I表示传输，0表示没有传输。因此，可以分别将移动装置201的信道写成[10]，将移动装置202的信道写成
。因此，声明无干扰状况的另一种方式是观测这些信道向量是正交的，也就是说，在时间或频率上没有干扰，并且没有重叠。弦距离对两个信道的正交性程度进行测量。在该示例中，这些信道具有最大的弦距离。可以通过假定MU-MMO算法挑选下行链路中的两个用户(用户I和用户2)来理解弦距离的影响。此外，假定针对每一个用户存在预编码器Tl和T2，并且所使用的预编码器是块对角化。在这些环境下，给定噪声向量z，数据流s和基站处的发射信号矢量X，则弦距离可以表示成y^HiX+Zi, y2=H2x+z2，其中，X=T1S^T2S2预编码器T1被设计为使得其位于其它用户的信道H2的 零空间中，从而用户I的信号不会对用户2造成干扰。因此，预编码器被设置为T1 = N(H2)。然而，这样做会将用户I的信道从H1修改为H1T1，这将导致性能损失。如果两个用户的信道尽可能的正交，则可以使这种损失减到最小。弦距离对两个信道之间的这种正交性程度或者分离程度进行测量。MU-MMO 调度图3A和图3B示出了 SU-MMO和MU-MMO调度的示例。对于图3A的SU-MMO来说，基站在每一个时隙中选择(调度)要向其进行发射的一个移动装置，而对于图3B中的MU-MMO来说，可以选择多个用户。在图3A和图3B的示例中，在两个时隙上显示了三个移动装置的调度。对于图3A的SU-MMO来说，基站200在时隙I中调度移动装置300 (通过[10]来表示)，在时隙2中调度移动装置301 (通过
来表示)。移动装置302未被调度(通过
来表示)。对于图3B的MU-MMO来说，基站200在时隙I中调度移动装置300和301，并且在时隙2中调度移动装置301和302。多个移动装置可以连接到单个基站，其中该单个基站在下行链路中对所有移动装置提供服务。然而，由于信号处理技术的限制，基站可能不能一次向所有移动装置都发送数据。在大多蜂窝系统中，将基站的服务时间划分成时隙。例如，在3GPP LTE中，基站决定每隔0. Ims的时隙向哪一个移动台进行发送。基站使用以决定每隔一个时隙向哪个用户或者哪些用户进行发射的过程称为调度。在LTE版本8中，基站在一个时隙中(在给定的频带上)仅调度单个用户。这称为单用户(SU-MIMO)调度。在LTE的更高版本中，基站可以选择在一个时隙中向其进行发射的多个用户。这称为多用户(MU-MMO)调度。假定在小区中存在K个用户，其中这K个用户适合于在一个帧中在下行链路中接收数据。由于调度所有用户可能导致所有用户的性能下降，因此基站选择这些用户的子集以在一个帧中进行传输。存在针对用户选择所提出的使不同度量最大化的多种算法。例如，一些先前算法尝试使总容量最大化。然而，这些算法具有高计算复杂度。其它算法尝试在使总容量最大化的同时减少复杂度。然而，在蜂窝系统中，通常将比例公平视作比总容量更好的度量，这是由于后一度量趋向于仅基于用户的信号强度来挑选用户。因此，更接近基站的用户将始终获得调度，这对于小区边缘用户来说是不公平的。使用比例公平(PF)度量的先前MU-MMO调度算法仍然需要穷举搜索，这需要很高的计算复杂度。比例公平循环对比(round-robin)调度器和比例公平调度器是两种公知的UE调度器的示例。循环对比调度器是最简单的调度器之一，其在没有优先级的情况下以循环顺序向每一个UE等份地分配资源块(例如，时隙、频带)。比例公平调度器(PFS)在UE之间使用公平考量。当UE的瞬时信道质量相对于其自己的随时间平均信道状况较高时，PFS调度该UE,即，如果^ [，则PFS其向UEk分配资源块m，其中
权利要求
1.一种用于对通信系统的多个用户进行调度的方法，所述方法包括 a)从所述多个用户中选择基础范例用户，以对经调度用户集进行初始化； b)基于度量，将所述多个用户中的每一个用户与所述经调度用户集进行比较；以及 c)基于所述度量，选择所述多个用户中的所述每一个用户以将其包含到所述经调度用户集中； 其中，所述度量包括 针对所述多个用户中的所述每一个用户的比例公平度量；以及 所述多个用户中的所述每一个用户与所述经调度用户集之间的弦距离。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括 重复步骤b)和C)，直到所述经调度用户集中的用户的数量等于所述通信系统中的天线的数量为止。
3.根据权利要求I所述的方法，还包括 重复步骤b)和C)，直到将所述用户包含到所述经调度用户集中也无法增加所述经调度用户集的总和速率为止。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，选择所述基础范例用户的步骤包括从所述多个用户中选择具有最高比例公平度量的用户。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述比较步骤还包括 计算所述经调度用户集的第一总和速率； 将所述多个用户中的所述每一个用户临时添加到所述经调度用户集中，以创建新集合；以及 在临时添加了所述多个用户中的所述每一个用户的情况下，计算所述经调度用户集的第二总和速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述选择所述多个用户中的所述每一个用户的步骤还包括 如果所述第二总和速率与所述第一总和速率相比更大，则使用所述新集合作为所述经调度用户集。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述度量通过等式 Ck°|A-Hk,QHk,QT_° 来确定，其中 H是信道矩阵； Ck是用户k的单用户PF度量； Hk；0是用户k的信道Hk的基础； A=PtlPtlH,其中PcKPtl,HSi_J，其中，将Ptl初始化为空向量，Si表示先前添加到所述经调度用户集中的用户；并且a是分配给所述PF度量的权重。
8.一种系统,包括 多个天线，其根据调度进行发射；以及 调度器单元，其通过执行过程来确定针对多个用户的调度，所述过程包括 a)从所述多个用户中选择基础范例用户，以对经调度用户集进行初始化； b)基于度量，将所述多个用户中的每一个用户与所述经调度用户集进行比较；以及 c)基于所述度量，选择所述多个用户中的所述每一个用户以将其包含到所述经调度用户集中； 其中，所述度量包括 针对所述多个用户中的所述每一个用户的比例公平度量；以及 所述多个用户中的所述每一个用户与所述经调度用户集之间的弦距离。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述调度器单元重复步骤b)和C)，直到所述经调度用户集中的用户的数量等于所述多个天线的数量为止。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述调度器单元重复步骤b)和C)，直到将所述用户包含到所述经调度用户集中也无法增加所述经调度用户集的总和速率为止。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，选择所述基础范例用户的操作包括从所述多个用户中选择具有最高比例公平度量的用户。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述比较操作还包括 计算所述经调度用户集的第一总和速率； 将所述多个用户中的所述每一个用户临时添加到所述经调度用户集中，以创建新集合；以及 在临时添加了所述多个用户中的所述每一个用户的情况下，计算所述经调度用户集的第二总和速率。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述选择所述多个用户中的所述每一个用户的操作还包括 如果所述第二总和速率与所述第一总和速率相比更大，则使用所述新集合作为所述经调度用户集。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统是基站。
15.—种发射机,包括 至少一个天线，其根据调度向多个用户进行发射，所述调度由包括以下操作的过程构成 a)从所述多个用户中选择基础范例用户，以对经调度用户集进行初始化； b)基于度量，将所述多个用户中的每一个用户与所述经调度用户集进行比较；以及 c)基于所述度量，选择所述多个用户中的所述每一个用户以将其包含到所述经调度用户集中； 其中，所述度量包括 针对所述多个用户中的所述每一个用户的比例公平度量；以及 所述多个用户中的所述每一个用户与所述经调度用户集之间的弦距离。
全文摘要
本发明涉及用于调度诸如移动台的多个用户设备以在蜂窝通信系统的下行链路中进行传输的系统和方法。在每一个调度时刻，这些系统和方法基于用户的过去调度历史、用户到基站的当前各个链路增益、以及多个用户的同时调度如何影响彼此的性能，来返回应当被调度的用户集。由于针对通信系统的最佳调度需要高计算复杂度，因此在接近于理论最佳解决方案的性能的情况下，使用低复杂度系统和方法。
文档编号H04W72/12GK102769923SQ201210135579
公开日2012年11月7日 申请日期2012年5月3日 优先权日2011年5月5日
发明者J·阿查里雅 申请人:株式会社日立制作所