一种频域调度方法、装置及设备与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种频域调度方法、装置及设备。

背景技术：

波长为1～10毫米的电磁波称为毫米波，毫米波将释放30-300ghz的新频谱，成为5g实现gbps(吉比特每秒)传输速率的必备条件，大规模mimo(multiple-inputmultiple-output，多天线技术)能克服毫米波通信的路径损耗，而且毫米波波长短，为大规模mimo的实现提供了便利条件，因此毫米波大规模mimo是5g无线通信系统的重要实现方式。

现有的mimo系统中采用纯数字预编码，mimo处理在基带完成。在毫米波大规模mimo系统中，为了降低射频功放的成本和功耗，常采用模拟-数字混合预编码，即数字预编码在基带实现，而模拟预编码在ifft(反傅里叶变换)后在模拟域实现。

毫米波系统将提供1ghz以上的大带宽，而且在微蜂窝的场景下基站和终端间的信道存在多径，因此毫米波信道将出现频率选择性衰落，而频域调度将在整个带宽上调度多个用户，将不同的用户调度在信道质量最好的物理资源上，可以显著提高系统容量。

但是在毫米波大规模mimo系统中，模拟预编码的处理在整个带宽上是相同的，而调度在不同频道上多个用户的模拟预编码的相位不一定相同，因此需要考虑混合预编码和频域调度的联合优化设计。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种频域调度方法、装置及设备,通过不同复用方式的选择，能显著提升毫米波通信系统的吞吐量，降低空间复用用户间的干扰，提高频分复用用户的性能增益。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供的一种频域调度方法，包括：

对毫米波多天线系统中的用户采用混合预编码，获取每个用户的模拟预编码权值；

根据所述模拟预编码权值将所有所述用户分为频分复用用户组和待选用户组；

将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，和所述待选用户组一起进行空分复用调度。

根据本发明的另一个方面，提供的一种频域调度装置，包括：

混合预编码模块，用于对毫米波多天线系统中的用户采用混合预编码，获取每个用户的模拟预编码权值；

频分复用模块，用于根据所述模拟预编码权值将所有所述用户分为频分复用用户组和待选用户组；

空分复用模块，用于将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，和所述待选用户组一起进行空分复用调度。

根据本发明的再一个方面，提供的一种频域调度设备，包括存储器、处理器和至少一个被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行的应用程序，所述应用程序被配置为用于执行以上所述的频域调度方法。

本发明实施例的一种频域调度方法、装置及设备，该方法包括：对毫米波多天线系统中的用户采用混合预编码，获取每个用户的模拟预编码权值；根据所述模拟预编码权值将所有所述用户分为频分复用用户组和待选用户组；将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，和所述待选用户组一起进行空分复用调度，通过不同复用方式的选择，能显著提升毫米波通信系统的吞吐量，降低空间复用用户间的干扰，提高频分复用用户的性能增益。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种频域调度方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的毫米波大规模多天线系统的工作原理示意图；

图3为图1中步骤s20的方法流程图；

图4为本发明实施例一提供的多用户频分复用的示意图；

图5为图1中步骤s30的方法流程图；

图6为本发明实施例二提供的一种频域调度方法流程图；

图7为本发明实施例三提供的一种频域调度装置示范性结构框图；

图8为图7中频分复用模块的示范性结构框图；

图9为图7中空分复用模块的示范性结构框图；

图10为本发明实施例四提供的一种频域调度装置示范性结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，一种频域调度方法，包括：

s10、对毫米波多天线系统中的用户采用混合预编码，获取每个用户的模拟预编码权值；

s20、根据所述模拟预编码权值将所有所述用户分为频分复用用户组和待选用户组；

s30、将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，和所述待选用户组一起进行空分复用调度。

在本实施例中，通过不同复用方式的选择，能显著提升毫米波通信系统的吞吐量，降低空间复用用户间的干扰，提高频分复用用户的性能增益。

在本实施例中，该方法适用于毫米波多天线系统及类似的多天线多用户通信系统中，该方法中的各步骤由毫米波多天线系统来完成。

在本实施例中，在毫米波大规模多天线系统中，通信链路具有频率选择性衰落，也即，由于毫米波对频率的敏感性，使得在整个带宽的某些频段频率衰落的不平稳，这样就会导致常用的频分复用或码分复用都不能实现系统速率的最大化，进而达不到系统的最佳容量，本案中采用频分复用相结合的方式，就可以提高通信系统的吞吐量。

在本实施例中，单纯采用模拟预编码处理时，在整个带宽上的权值是相同的，不利于我们根据模拟预编码的权值进行频分复用的调度，因此，本实施例中，采用混合预编码的处理方式，也即采用数字预编码和模拟预编码相结合的方式，使得每个用户的模拟预编码权值不再相同。

如图2所示，为毫米波大规模多天线系统的工作原理示意图，该系统包括发射器、基带信道和接收器，基带信道通过若干条射频链路与发射器及接收器连接，基带信道中设置有多天线mimo信道，发射器中设置有预编码器。

在本实施例中，所述模拟预编码权值可以由信道相关性来表达，由于毫米波信道的稀疏特性，每个用户的能量仅仅集中在空间中的某些点上，而在其他区域上的能量很少。当多用户的信道不相关时，它们分别对应不同的波束，借此减轻用户间的干扰。因此，信道相关性可以作为判断用户间是否存在干扰的评估标准。

如图3所示，在本实施例中，所述步骤s20包括：

s21、获取每两个用户的信道相关性；

s22、判断所述信道相关性是否大于预设的相关性门限；

若是，则进入步骤s23、将所述两个用户分配到同一个频分复用用户组；

否则，进入步骤s24、将与频分复用用户组不相关的用户分配到待选用户组。

在本实施例中，所述频分复用用户组内的用户共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图4所示，为多用户频分复用的一个示意图，在一个调度时间窗内，多个空分复用用户组调度在整个频带上，其中用户组的每个成员具有相同空间特性并分配在不同的频率子带中，以便消除相互干扰，由图4可知，该频带上包括k个用户，经过每两个用户之间信道相关性的计算，得知用户1、用户3和用户5之间的相关性大于预设的相关性门限值，这三个用户组成一个频分复用用户组，也称为虚拟用户组1，而用户2和用户4之间的相关性也大于预设的相关性门限值，则这两个用户组成另一个频分复用用户组，也称为虚拟用户组2其他的用户之间及其他用户与上述两个频分复用用户组之间都不具有相关性，则都被分配到待选用户组。

在图4所示的实施例中，虚拟用户组1内的用户1、用户3和用户5构成频分复用用户组，共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号；虚拟用户组2内的用户2、用户4构成频分复用用户组，共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图5所示，在本实施例中，所述步骤s30包括：

s31、将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，计算所述频分复用用户组的综合信道增益；

s32、计算所有待选用户的信道增益；

s33、从所述综合信道增益和所述所有待选用户的信道增益中选取信道增益最佳的用户作为空分复用的首用户；

s34、按照总和速率最大的原则选取空分复用的用户，所述空分复用的用户数等于毫米波多天线系统的射频链路数。

在本实施例中，空分复用用户选择的目的是实现总和速率的最大化，以便于提高系统的吞吐量，为了降低空间复用用户选择的复杂度，给予信道增益最佳的用户优先选择权，即选择信噪比snr最大的用户作为首用户，剩余的空分复用用户的选择也可以根据总和速率计算公式进行计算得到，所述空分复用的用户数等于射频链路数k，也即，除了首用户，还要进行k-1次计算，选择相应的空分复用用户，并根据选择结果进行调度。

在本实施例中，所述步骤s30之后还包括：

在整个带宽上根据不同的信道质量指示选择不同等阶的调制编码方式。比如，在信道质量较高时，采用高阶调制编码格式，在信道质量较低时，采用低阶调制编码格式，这样也有助于进一步提高系统的吞吐量。

在本实施例中，可以通过毫米波多天线系统根据不同的信道质量指示自动选择不同等阶的调制编码方式；也可以由毫米波多天线系统的管理者或操作者手动选择不同等阶的调制编码方式。

实施例二

如图6所示，在本实施例中，所述模拟预编码权值可以由波束方向来表达，据此，所述步骤s20包括：

s201、获取每个用户的波束方向；

s202、将波束方向相同的用户分配到频分复用用户组；

s203、将波束方向与所述频分复用用户组的波束方向不同的用户分配到待选用户组。

在本实施例中，所述频分复用用户组内的用户共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图5所示，在本实施例中，所述步骤s30包括：

s31、将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，计算所述频分复用用户组的综合信道增益；

s32、计算所有待选用户的信道增益；

s33、从所述综合信道增益和所述所有待选用户的信道增益中选取信道增益最佳的用户作为空分复用的首用户；

s34、按照总和速率最大的原则选取空分复用的用户，所述空分复用的用户数等于毫米波多天线系统的射频链路数。

在本实施例中，空分复用用户选择的目的是实现总和速率的最大化，以便于提高系统的吞吐量，为了降低空间复用用户选择的复杂度，给予信道增益最佳的用户优先选择权，即选择信噪比snr最大的用户作为首用户，剩余的空分复用用户的选择也可以根据总和速率计算公式进行计算得到，所述空分复用的用户数等于射频链路数k，也即，除了首用户，还要进行k-1次计算，选择相应的空分复用用户，并根据选择结果进行调度。

在本实施例中，所述步骤s30之后还包括：

在整个带宽上根据不同的信道质量指示选择不同等阶的调制编码方式。比如，在信道质量较高时，采用高阶调制编码格式，在信道质量较低时，采用低阶调制编码格式，这样也有助于进一步提高系统的吞吐量。

实施例三

如图7所示，在本实施例中，一种频域调度装置，包括：

混合预编码模块10，用于对毫米波多天线系统中的用户采用混合预编码，获取每个用户的模拟预编码权值；

频分复用模块20，用于根据所述模拟预编码权值将所有所述用户分为频分复用用户组和待选用户组；

空分复用模块30，用于将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，和所述待选用户组一起进行空分复用调度。

在本实施例中，通过不同复用方式的选择，能显著提升毫米波通信系统的吞吐量，降低空间复用用户间的干扰，提高频分复用用户的性能增益。

在本实施例中，在毫米波大规模多天线系统中，通信链路具有频率选择性衰落，也即，由于毫米波对频率的敏感性，使得在整个带宽的某些频段频率衰落的不平稳，这样就会导致常用的频分复用或码分复用都不能实现系统速率的最大化，进而达不到系统的最佳容量，本案中采用频分复用相结合的方式，就可以提高通信系统的吞吐量。

在本实施例中，单纯采用模拟预编码处理时，在整个带宽上的权值是相同的，不利于我们根据模拟预编码的权值进行频分复用的调度，因此，本实施例中，采用混合预编码的处理方式，也即采用数字预编码和模拟预编码相结合的方式，使得每个用户的模拟预编码权值不再相同。

如图2所示，为毫米波大规模多天线系统的工作原理示意图，该系统包括发射器、基带信道和接收器，基带信道通过若干条射频链路与发射器及接收器连接，基带信道中设置有多天线mimo信道，发射器中设置有预编码器。

在本实施例中，所述模拟预编码权值可以由信道相关性来表达，由于毫米波信道的稀疏特性，每个用户的能量仅仅集中在空间中的某些点上，而在其他区域上的能量很少。当多用户的信道不相关时，它们分别对应不同的波束，借此减轻用户间的干扰。因此，信道相关性可以作为判断用户间是否存在干扰的评估标准。

如图8所示，在本实施例中，所述频分复用模块包括：

相关性获取单元21，用于获取每两个用户的信道相关性；

判断单元22，用于判断所述信道相关性是否大于预设的相关性门限；

第一频分复用单元23，用于当信道相关性大于预设的相关性门限时，将所述两个用户分配到同一个频分复用用户组；

第一待选用户单元24，用于当信道相关性不大于预设的相关性门限时，将与频分复用用户组不相关的用户分配到待选用户组。

在本实施例中，所述频分复用用户组内的用户共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图4所示，为多用户频分复用的一个示意图，在一个调度时间窗内，多个空分复用用户组调度在整个频带上，其中用户组的每个成员具有相同空间特性并分配在不同的频率子带中，以便消除相互干扰，由图4可知，该频带上包括k个用户，经过每两个用户之间信道相关性的计算，得知用户1、用户3和用户5之间的相关性大于预设的相关性门限值，这三个用户组成一个频分复用用户组，也称为虚拟用户组1，而用户2和用户4之间的相关性也大于预设的相关性门限值，则这两个用户组成另一个频分复用用户组，也称为虚拟用户组2其他的用户之间及其他用户与上述两个频分复用用户组之间都不具有相关性，则都被分配到待选用户组。

在图4所示的实施例中，虚拟用户组1内的用户1、用户3和用户5构成频分复用用户组，共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号；虚拟用户组2内的用户2、用户4构成频分复用用户组，共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图9所示，在本实施例中，所述空分复用模块包括：

信道增益计算单元31，用于将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，计算所述频分复用用户组的综合信道增益；计算所有待选用户的信道增益；

首用户选择单元32，用于从所述综合信道增益和所述所有待选用户的信道增益中选取信道增益最佳的用户作为空分复用的首用户；

空分复用用户选择单元33，用于按照总和速率最大的原则选取空分复用的用户，所述空分复用的用户数等于毫米波多天线系统的射频链路数。

在本实施例中，空分复用用户选择的目的是实现总和速率的最大化，以便于提高系统的吞吐量，为了降低空间复用用户选择的复杂度，给予信道增益最佳的用户优先选择权，即选择信噪比snr最大的用户作为首用户，剩余的空分复用用户的选择也可以根据总和速率计算公式进行计算得到，所述空分复用的用户数等于射频链路数k，也即，除了首用户，还要进行k-1次计算，选择相应的空分复用用户，并根据选择结果进行调度。

在本实施例中，所述频域调度装置还包括：

调整模块，用于在整个带宽上根据不同的信道质量指示选择不同等阶的调制编码方式。比如，在信道质量较高时，采用高阶调制编码格式，在信道质量较低时，采用低阶调制编码格式，这样也有助于进一步提高系统的吞吐量。

实施例四

如图10所示，在本实施例中，所述频分复用模块包括：

波束方向获取单元201，用于获取每个用户的波束方向；

第二频分复用单元202，用于将波束方向相同的用户分配到频分复用用户组；

第二待选用户单元203，用于将波束方向与所述频分复用用户组的波束方向不同的用户分配到待选用户组。

在本实施例中，所述频分复用用户组内的用户共享整个带宽，分别调度在链路质量最好的频域资源上发送各自的信号。

如图9所示，在本实施例中，所述空分复用模块包括：

信道增益计算单元31，用于将所述频分复用用户组作为一个虚拟用户，计算所述频分复用用户组的综合信道增益；计算所有待选用户的信道增益；

首用户选择单元32，用于从所述综合信道增益和所述所有待选用户的信道增益中选取信道增益最佳的用户作为空分复用的首用户；

空分复用用户选择单元33，用于按照总和速率最大的原则选取空分复用的用户，所述空分复用的用户数等于毫米波多天线系统的射频链路数。

在本实施例中，空分复用用户选择的目的是实现总和速率的最大化，以便于提高系统的吞吐量，为了降低空间复用用户选择的复杂度，给予信道增益最佳的用户优先选择权，即选择信噪比snr最大的用户作为首用户，剩余的空分复用用户的选择也可以根据总和速率计算公式进行计算得到，所述空分复用的用户数等于射频链路数k，也即，除了首用户，还要进行k-1次计算，选择相应的空分复用用户，并根据选择结果进行调度。

实施例五

在本实施例中，一种频域调度设备，包括存储器、处理器和至少一个被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行的应用程序，所述应用程序被配置为用于执行实施例一、二所述的频域调度方法。

需要说明的是，上述装置实施例与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，且方法实施例中的技术特征在装置实施例中均对应适用，这里不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。