通信系统下行多用户调度方法和装置与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信系统下行多用户调度方法和装置。

背景技术：

随着无线通信技术的快速发展，下一代宽带蜂窝通信系统要求在有限的频谱资源内，提供更高的速率，更好的性能以及更大的覆盖范围。

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称：MIMO)技术能够在不增加发射功率或系统带宽的情况下成倍地提高无线系统的容量。在多用户多天线(MU-MIMO)系统中，基站可以在同一频率、同一时隙为多个用户同时进行服务，从而能够使系统获得更大的吞吐量。为了满足移动用户数量以及数据速率的爆发式增长，3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)和国内IMT-2020(第5代移动通信系统)推进组已经将大规模天线(massive MIMO)列为未来5G通信系统的关键技术之一。在大规模天线系统中，基站侧会配置更多的天线(从几十到几千)，可以利用多天线系统的空间自由度同时服务更多的用户。

现有技术中LTE系统(Long Term Evolution，长期演进)多用户调度主要采用的是改进的比例公平(Proportional Fair，简称PF)调度算法。但是现有技术中的基于PF调度的改进方案，没有考虑用户在信道质量指示(Channel Quality Indicator，简称CQI)反馈时刻与调度时刻邻小区干扰环境的变化，该变化是由于系统的反馈时延造成的，将导致对所经历的邻小区干扰环境的估计产生偏差，从而导 致系统吞吐量的下降。这是在大规模天线系统应用中亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种通信系统下行多用户调度方法和装置，利用历史PMI信息对PF因子进行修正，能够减小由于邻小区干扰的变化所造成的信道估计偏差影响，提高通信系统的性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种通信系统下行多用户调度方法，包括：

接收资源块i上各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI；

将接收到的PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户模式下候选用户的PF因子修正值、以及多用户模式下候选用户对的PF因子修正值；

在候选用户的PF因子修正值、以及候选用户对的PF因子修正值中选出最大的PF因子修正值；

按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

在一个实施例中，候选用户的PF因子修正值当接收到的预编码矩阵指示PMI_k与保存的PMI相同时，否则，其中，为单用户模式下候选用户的PF因子，为单用户模式代价常数；；

候选用户对的PF因子修正值当接收到的候选用户对中所有用户终端的预编码矩阵指示PMI_p与保存的PMI相同时，否则，其中，为多用户模式下候选用户对的PF因子，为多用户模式代价常数。

在一个实施例中，还包括：

接收资源块i上的各用户终端反馈的信道质量指示CQI；

根据CQI_i,k计算单用户模式下各候选用户的可达速率其中，1≤k≤N，N为资源块i上的候选用户数；

根据CQI_i,p计算多用户模式下各候选用户对的可达速率其 中，1≤j≤M，M为候选用户对的数量，1≤p≤N，且p∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合；

根据和用户终端的平均吞吐量r_k，计算各候选用户的PF因子

根据和用户终端的平均吞吐量r_p，计算各候选用户对的PF因子

在一个实施例中，根据CQI_i,k计算单用户模式下候选用户的可达速率的步骤为：

或根据CQI与MCS映射关系得到候选用户的可达速率

在一个实施例中，根据CQI_i,p计算多用户模式下各候选用户对的可达速率的步骤为：

根据CQI_i,p计算候选用户对j中用户终端p的等效信道质量指示

其中，H_i为资源块i的等效信道，g为波束赋形向量；

根据计算用户终端p在候选用户对j中的可达速率

或根据CQI与MCS映射关系得到候选用户对中用户终端p的可达速率

在一个实施例中，计算单用户模式下各候选用户的PF因子的步骤包括：

计算多用户模式下各候选用户对的PF因子的步骤包括：

根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统下行多用户调度 装置，包括：接收单元、PF因子计算单元和调度单元，其中：

接收单元，用于接收资源块i上各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI；

PF因子计算单元，用于将接收到的PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户模式下候选用户的PF因子修正值、以及多用户模式下候选用户对的PF因子修正值；

调度单元，用于在候选用户的PF因子修正值、以及候选用户对的PF因子修正值中选出最大的PF因子修正值；按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

在一个实施例中，候选用户的PF因子修正值当接收到的预编码矩阵指示PMI_k与保存的PMI相同时，否则，其中，为单用户模式下候选用户的PF因子，为单用户模式代价常数；

候选用户对的PF因子修正值当接收到的候选用户对中所有用户终端的预编码矩阵指示PMI_p与保存的PMI相同时，否则，其中，为多用户模式下候选用户对的PF因子，为多用户模式代价常数。

在一个实施例中，上述装置还包括：速率计算单元，其中：

接收单元，还用于接收资源块i上的各用户终端反馈的信道质量指示CQI；

速率计算单元，用于根据CQI_i,k计算单用户模式下各候选用户的可达速率其中，1≤k≤N，N为资源块i上的候选用户数；计算多用户模式下各候选用户对的可达速率其中，1≤j≤M，M为候选用户对的数量；1≤p≤N，且p∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合；

PF因子计算单元，还用于根据和用户终端的平均吞吐量r_k，计算各候选用户的PF因子根据和各用户终端的平均吞吐量r_p，计算各候选用户对的PF因子

在一个实施例中，速率计算单元利用公式：

计算单用户模式下各用户终端的可达速率

或根据CQI与MCS映射关系得到候选用户的可达速率

在一个实施例中，速率计算单元利用公式：

计算候选用户对j中用户终端p的等效信道质量指示其中，H_i为资源块i的等效信道，g为波束赋形向量；

利用公式：

计算用户终端p在候选用户对j中的可达速率

或根据CQI与MCS映射关系得到候选用户对中用户终端p的可达速率

在一个实施例中，PF因子计算单元利用公式：

计算单用户模式下候选用户的PF因子

利用公式：

计算多用户模式下候选用户对的PF因子

本发明的一种通信系统下行多用户调度方法和装置，利用历史PMI信息对PF因子进行修正，能够减小邻小区干扰的变化所造成的信道估计偏差影响，提高通信系统的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明通信系统下行多用户调度方法一个实施例示意图。

图2为本发明通信系统下行多用户调度方法另一个实施例的示意图。

图3为本发明通信系统下行多用户调度装置一个实施例示意图。

图4为本发明通信系统下行多用户调度装置另一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

图1为本发明通信系统下行多用户调度方法一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例的方法步骤如下：

步骤101，接收资源块i上各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI。

步骤102，将接收到的PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户模式下候选用户的PF因子修正值、以及多用户模式下候选用户对的PF因子修正值。

步骤103，在候选用户的PF因子修正值、以及候选用户对的PF因子修正值中选出最大的PF因子修正值。

步骤104，按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

本发明的一种通信系统下行多用户调度方法，利用历史PMI信息对PF因子进行修正，考虑了反馈时延造成的干扰环境变化，即考虑了邻小区干扰用户预编码的变化，能够减小由于邻小区干扰的变化所造成的信道估计偏差影响，从而提高通信系统的性能。

图2为本发明通信系统下行多用户调度方法另一个实施例的示意图。如图2所示，本实施例的方法步骤如下：

步骤201，接收资源块(Resource Block，简称：RB)i上的各用户终端反馈的信道质量指示CQI；为了描述清楚，其中，单用户模式下的信道质量指示表示为CQI_i,k，多用户模式下的信道质量指示用CQI_i,p表示，其中，1≤k，p≤N，N为资源块i上的候选用户数。

本领域技术人员可以了解的是，用户终端反馈的CQI_i,k，是用户终端根据计算SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)得到的，通过获取用户终端反馈的CQI_i,k，可以得到邻小区的干扰情况。

步骤202，接收各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI。

现有的下行多用户调度的方案均没有考虑反馈时延造成的干扰环境变化，即调度时刻邻小区的干扰环境与反馈时刻邻小区干扰环境的变化，导致对所经历的邻小区干扰环境的估计产生偏差，从而导致系统吞吐量的下降。此外，在大规模天线系统中，天线数目的增加使得可同时支持的用户数增加，将会导致系统的干扰情况更加复杂。在步骤202中，接收并保存用户终端k发送的预编码矩阵指示PMI_k，以便在步骤207和208中对PF因子进行修正。

步骤203，根据CQI_i,k计算单用户模式下各候选用户的可达速率

在一个实施例中，根据CQI_i,k计算单用户模式下各候选用户的可达速率的步骤为：

在另一个实施例中，也可以根据CQI与MCS(Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略)映射关系得到候选用户的可达速率

步骤204，根据CQI_i,p计算多用户模式下各候选用户对的可达速率其中，1≤j≤M，M为多用户模式下的候选用户对的数量，1≤p≤N，且p∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合。

采用MIMO技术的通信系统在进行下行多用户调度时，对于资源块i，有两种调度模式。一种是单用户模式，将资源块i分配给单个候选用户；第二种是多用户模式，选择多个用户进行配对，将资源块i分配给多个配对的用户。在多用户模式下，候选用户对的数量与资源块i承载的用户数、通信系统可支持的最大配对用户数、以及配对的算法有关。例如，资源块i上候选承载的用户终端数目为4，分别为a₁、a₂、a₃和a₄，以穷举法为例，单用户模式下，可能的调度方式为集合{(a₁)；(a₂)；(a₃)；(a₄)}中的一个；多用户模式下，两用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂)；(a₁,a₃)；(a₁,a₄)；(a₂,a₃)；(a₂,a₄)；(a₃,a₄)}；三用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂,a₃)；(a₂,a₃,a₄)；(a₁,a₃,a₄)；(a₁,a₂,a₄)}；四用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂,a₃,a₄)}，在该实施例下，单用户模式共有4种方式，多用户模式共有11个候选用户对。随着用户终端数量的增加，若采用穷举法，候选用户对的数量增加较快，因此，可以综合考虑系统性能等因素，采用二分法等其他的配对方法，选出几种配对作为候选用户对。本发明对候选用户对的选取方法不进行限制。

在一个实施例中，步骤204中，首先根据CQI_i,p计算候选用户对j中用户终端p的等效信道质量指示

其中Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合，H_i为等效信道，g为波束赋形向量。例如，资源块i上共有4个候选用户终端，分别为a₁、a₂、a₃和a₄，单用户模式下，可能的调度方式为集合{(a₁)；(a₂)；(a₃)；(a₄)}中的一个；多用户模式下的候选用户对集合Ω_j为{(a₁,a₂)；(a₂,a₃,a₄)}，此时，M＝2，j可以取1和2，对于候选用户对1有：

对于候选用户对2有：

然后，根据计算用户终端p在候选用户对j中的可达速率

利用公式(3)可以得到各候选用户对中的用户终端相应的可达速率，如果还包括其他组合的候选用户对，可以采用上述方法，分别计算得到用户终端在各候选用户对的可达速率。

在另一个实施例中，也可以根据CQI与MCS映射关系得到候选用户对的可达速率

步骤205，根据和各用户终端的平均吞吐量r_k，计算单用户模式下各候选用户的PF因子

在一个实施例中，计算单用户模式下各候选用户的PF因子的步骤包括：

r_k为用户终端k的平均吞吐量，本领域技术人员可以了解得到r_k的方法，对平均吞吐量的计算不作为本发明的限定。

步骤206，根据和各用户终端的平均吞吐量r_p，计算各候选用户对的PF因子并求和

在一个实施例中，计算各候选用户对的PF因子的步骤为：

以上述实施例中资源块i上共有4个候选用户终端，分别为a₁、a₂、a₃和a₄，单用户模式下，可能的调度方式为集合{(a₁)；(a₂)；(a₃)；(a₄)}中的一个；多用户模式下的候选用户对集合Ω_j为{(a₁,a₂)；(a₂,a₃,a₄)}为例，在多用户模式下有两个候选用户对，可以通过公式(5)得到两个PF因子：

步骤207，将接收到的预编码矩阵指示PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户终端的PF因子修正值、以及候选用户对的PF因子修正值。

在一个实施例中，利用单用户模式下的修正因子计算单用户模式下各用户终端的PF因子修正值

优选的，当用户终端k发送的PMI_k与保存的历史值相同时，否则，β^SU为经过多次仿真验证的代价常数，通常取值在[0.1,0.8]。

在一个实施例中，利用多用户模式下的修正因子计算各候选用户对的PF因子修正值

优选的，当候选用户对内的所有用户终端发送的PMI_p均与保存的历史值相同时，否则，τ∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合。β^MU为经过多次仿真验证的代价常数，通常取值在[0.1,0.8]。β^MU和β^SU的数值可以相同，也可以不同。

步骤208，在和中选出最大的PF因子修正值。

步骤209，按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

本发明的通信系统下行多用户调度方法，引入了反馈时刻与调度时刻的预编码矩阵变化对信道估计造成的影响，在进行多用户调 度时，利用存储的PMI历史信息，对被调度用户的预编码矩阵的变化进行限定，达到系统公平性与效率的折中，进一步减小邻小区干扰变化所造成的信道估计偏差影响，从而提升了通信系统整体的性能。

图3为本发明通信系统下行多用户调度装置一个实施例的示意图。如图3所示，本发明的装置包括：接收单元301、PF因子计算单元302和调度单元303，其中：

接收单元用于接收资源块i上各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI。

PF因子计算单元用于将接收到的PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户模式下候选用户的PF因子修正值、以及多用户模式下候选用户对的PF因子修正值。

调度单元用于在候选用户的PF因子修正值、以及候选用户对的PF因子修正值中选出最大的PF因子修正值；按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

本发明的一种通信系统下行多用户调度装置，利用历史PMI信息对PF因子进行修正，考虑了反馈时延造成的干扰环境变化，即考虑了邻小区干扰用户预编码的变化，能够减小邻小区干扰变化所造成的信道估计偏差影响，从而提高通信系统的性能。

图4为本发明通信系统下行多用户调度装置另一个实施例的示意图。如图4所示，本发明的装置包括：接收单元401、速率计算单元402、PF因子计算单元403和调度单元404，其中：

接收单元401用于接收资源块i上的各用户终端反馈的信道质量指示CQI_i,k，其中，1≤k≤N，N为资源块i上的用户终端数。还用于接收各用户终端反馈的预编码矩阵指示PMI。

本领域技术人员可以了解的是，用户终端反馈的CQI_i,k，是用户终端根据计算SINR得到的，通过获取用户终端反馈的CQI_i,k，可以得到邻小区的干扰情况。

速率计算单元402用于根据CQI_i,k计算单用户模式下各候选用户的 可达速率计算多用户模式下各候选用户对的可达速率其中，1≤j≤M，M为多用户模式下的候选用户对的数量，1≤p≤N，且p∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合。

采用MIMO技术的通信系统在进行下行多用户调度时，对于资源块i，有两种调度模式。一种是单用户模式，将资源块i分配给某个用户终端；第二种是多用户模式，选择多个用户进行配对，将资源块i分配给多个配对的用户。在多用户模式下，候选用户对的数量与资源块i承载的用户数、通信系统可支持的最大配对用户数、以及配对的算法有关。例如，资源块i上共有4个候选用户终端，分别为a₁、a₂、a₃和a₄，单用户模式下，可能的调度方式为集合{(a₁)；(a₂)；(a₃)；(a₄)}中的一个；多用户模式时，若考虑穷举法，两用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂)；(a₁,a₃)；(a₁,a₄)；(a₂,a₃)；(a₂,a₄)；(a₃,a₄)}；三用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂,a₃)；(a₂,a₃,a₄)；(a₁,a₃,a₄)；(a₁,a₂,a₄)}；四用户配对时候选用户对的集合为{(a₁,a₂,a₃,a₄)}，在该实施例下，单用户模式共有4种方式，多用户模式下共有11个候选用户对。随着用户终端数量的增加，若采用穷举法，候选用户对的数量增加较快，因此，可以综合考虑系统性能等因素，采用二分法等其他的配对方法，选出几种配对作为候选用户对。本发明对候选用户对的选取方法不进行限制。

在一个实施例中，速率计算单元402利用公式(1)计算单用户模式下各候选用户的可达速率利用公式(2)和(3)计算用户终端p在候选用户对j中的可达速率

在另一个实施例中，速率计算单元402根据CQI与MCS的映射关系得到单用户模式下候选用户的可达速率和多用户下用户终端p在候选用户对j中的可达速率

PF因子计算单元403用于根据和各用户终端的平均吞吐量r_k，计算单用户模式下各候选用户的PF因子根据和各用户终端的平均吞吐量r_p，计算各候选用户对的PF因子本领域技术人员可以了解得到r_k的方法，对平均吞吐量的计算不作为本发明的限定。

在一个实施例中，PF因子计算单元403利用公式(4)和(5)计算计算单用户模式下各候选用户的PF因子和多用户模式下各候选用户对的PF因子将接收到的PMI与保存的PMI进行比较，并根据比较结果分别计算单用户终端的PF因子修正值以及候选用户对的PF因子修正值

在一个实施例中，PF因子计算单元403分别利用公式(6)和(7)计算单用户模式和多用户模式下的PF因子修正值。例如，在计算单用户模式下候选用户的PF因子修正值时，当用户终端k发送的PMI_k与PMI缓存单元保存的历史值相同时，否则，计算多用户模式下各候选用户对的PF因子修正值时，当候选用户对内的所有用户终端发送的PMI_p均与PMI缓存单元保存的历史值相同时，否则，p∈Ω_j，Ω_j为候选用户对j中用户终端的集合。β^SU和β^MU为经过多次仿真验证的代价常数，通常取值在[0.1,0.8]。β^MU和β^SU的数值可以相同，也可以不同。

调度单元404用于在单用户终端的PF因子修正值以及候选用户对的PF因子修正值中选出最大的PF因子修正值；并按照最大的PF因子修正值对应的模式进行调度。

本发明的通信系统下行多用户调度的方法和装置，利用用户终端反馈的CQI计算单用户模式下各终端的PF因子和多用户模式下各候选用户对的PF因子，由于用户终端上报的CQI反映了用户终端的SINR，因此其能够评估邻小区干扰对系统性能的影响。本发明还引入了预编码矩阵变化对信道估计造成的影响，在进行多用户调度时，利用存储的PMI历史信息，对被调度用户的预编码矩阵的变化进行限定，达到系统公平性与效率的折中，减小邻小区干扰变化所造成的信道估计偏差影响，从而提升了通信系统整体的性能。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。