CN101223750B - 在多发送信道***中向信道分配子信道 - Google Patents

Abstract

一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的方法，包括以下步骤：将第一非零子信道集映射到第一发送信道；将第二非零子信道集映射到第二发送信道，其中第一集中的至少一个子信道和第二集中的至少一个子信道分配给一个接收单元。

Description

在多发送信道***中向信道分配子信道

技术领域

本发明的实施例涉及在多发送信道***中向信道分配子信道。具体而言，本发明的实施例涉及在其中各发送信道与不同天线相关联的多发送信道***中向信道分配子信道。

背景技术

本发明可以例如用于多信道OFDM***如WiFi、WiMax、3G和4G***中。本发明也可以用于OFDMA***或者如下任何其它***中，在这些其它***中两个物理位置之间的发送信道至少为正交或者准正交或者包含正交或者准正交子信道，或者在这些其它***中这些发送信道类似于此。可以通过选择子信道、信令波形、选择调制和编码参数、选择其它发送资源如天线或者束或者其组合来实现准正交。

本发明解决以如下方式向发送信道分配子信道的问题，该方式优化***的性能或者一些其它预期目标(比如效用)而同时防止发送方法违背发送约束，例如使任何功率放大器、发送天线或者发送信道超载或者反言之同时保证满足某些预期约束(比如延迟、吞吐量)。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的方法，该方法包括：将第一非零子信道集映射到第一发送信道；将第二非零子信道集映射到第二发送信道，其中第一集中的至少一个子信道和第二集中的至少一个子信道被分配给一个接收单元。

从两个或者更多发送信道发送子信道到一个接收器提高了***的性能，因为一个或者多个信道上的多径干扰没有由于过量干扰而妨碍通信而是同时增加分集或者接收的信号功率。

根据本发明的一个实施例，也提供一种在电信网络中的节点，该节点包括用于在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的装置，包括：用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中第一集中的至少一个子信道和第二集中的至少一个子信道被分配给一个接收单元。

该节点可以例如是接收器或者核心网络中的任何单元。各节点可以包括处理器和存储器。存储器可以存储当被加载到处理器中时控制节点功能的计算机程序指令。

根据本发明的一个实施例，也提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于控制在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的程序指令，这些程序指令在被加载到处理器中时提供：用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中第一集中的至少一个子信道和第二集中的至少一个子信道被分配给一个接收单元。

根据本发明的一个实施例，也提供一种实施如上所述计算机程序的物理实体。该物理实体可以例如是存储器或者记录载体。

根据本发明的第二实施例，提供一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集中的各个子信道的方法，其中多发送信道***的各发送信道都具有分配给它的至少一个子信道。

使至少一个子信道被分配给每个发送信道意味着在信道之间更均匀地分配子信道以及防止对发送信道进行馈给的功率放大器的任何超载。这也减少了信号的峰值与平均值之比从而提高放大器的效率。这也允许发送器控制各发送信道所发送的总信号功率。分配给发送信道的子信道的数目可以因各发送信道而不同，而数目可以通过内部或者外部控制信号来控制。

根据本发明的第二实施例，也提供一种在电信网络中的节点，该节点包括用于在多发送信道***中向多个发送信道分配各子信道集的装置，包括用于向多发送信道***的各发送信道分配至少一个子信道。

根据本发明的第二实施例，也提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于控制在多发送信道***中向多个发送信道分配各子信道集的程序指令，这些程序指令在加载到处理器中时提供用于向多发送信道***的各发送信道分配至少一个子信道的装置。

根据本发明的第二实施例，也提供一种实施如上所述计算机程序的物理实体。该物理实体可以例如是存储器或者记录载体。

根据本发明的第三实施例，提供一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的方法，该方法包括：将第一非零子信道集映射到第一发送信道；将第二非零子信道集映射到第二发送信道，其中子信道被分配给发送信道以优化多个发送信道***的性能指示符。

这提供了优化***的性能而不使任何功率放大器或者发送信道超载的优点。

优选地，发送器获得用于各可能子信道和发送信道组合的性能指示符的值。有多个性能指示符可供使用，例如吞吐量、信噪比、给定信号质量所需的发送功率或者错误度量如帧或者分组错误度量。发送信道可以构成多天线或者多束发送器，其中从一个或者多个天线发送各子信道。另外，一个或者多个发送信道可以包括从所有天线或者束发送所有子信道，但是至少一个发送资源、发送的信息符号或者物理无线电信道对于至少两个子信道而言是不同的。

当确定子信道向发送信道的分配时可以在任一时间考虑多个性能指示符。例如，优化过程可以将减少发送功率和增加吞吐量均纳入考虑之中。优化过程可以考虑就给定服务而言的实现延迟、预期延迟或者容许延迟。性能指示符可以是不同度量或者不同标准的组合。

根据本发明的第三实施例，也提供一种在电信网络中的节点，该节点包括用于在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的装置，包括：用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中子信道被分配给发送信道以优化多个发送信道***的性能指示符。

根据本发明的第三实施例，也提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于控制在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的程序指令，这些程序指令在加载到处理器中时提供：用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中子信道被分配给发送信道以优化多个发送信道***的性能指示符。

根据本发明的第三实施例，也提供一种实施如上所述计算机程序的物理实体。该物理实体可以例如是存储器或者记录载体。

根据本发明的第四实施例，提供一种在多发送信道***中向信道分配子信道集的方法，该方法包括：向发送信道分配子信道集；如果第一子信道在被分配给第一发送信道时具有低性能指示符值，则将第一子信道重新分配给具有更高性能指示符的第二发送信道；以及增加第一信道在下一调度或者分配间隔的优先级。

这提供了优化***在各分配间隔的性能的优点。

根据本发明的第四实施例，也提供一种在电信网络中的节点，该节点包括用于在多发送信道***中向信道分配子信道集的装置，包括：用于向发送信道分配子信道集的装置；用于如果第一子信道在被分配给第一发送信道时具有不令人满意的性能指示符值则将第一子信道重新分配给具有令人满意的性能指示符的第二发送信道的装置；以及用于增加第一信道在下一调度间隔的优先级的装置。

根据本发明的第四实施例，也提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于控制在多发送信道***中向信道分配子信道集的程序指令，这些程序指令在加载到处理器中时提供：用于向发送信道分 配子信道集的装置；用于如果第一子信道在分配给第一发送信道时具有不令人满意的性能指示符值则将第一子信道重新分配给具有令人满意的性能指示符的第二发送信道的装置；以及用于增加第一信道在下一调度间隔的优先级的装置。

根据本发明的第四实施例，也提供一种实施如上所述计算机程序的物理实体。该物理实体可以例如是存储器或者记录载体。

根据本发明的第五实施例，提供一种使用效用/成本矩阵在多发送信道***中向信道分配子信道集的方法，该方法包括：在至少一个维度中修改成本/效用矩阵；以及使用修改的成本/效用矩阵来计算子信道分配。

可以例如通过在两个维度中减少矩阵的维度或者增加矩阵的维度以创建方矩阵来修改成本/效用矩阵。可以通过复制行或者列来增加矩阵的维度。矩阵的一些元素可以比其它元素复制更多次。

可以通过使用具有不同维度的不同成本/效用矩阵来计算又一子信道分配。

可以发送去到发送器和/或接收器的涉及子信道分配的信息。

根据本发明的第五实施例，也提供一种在电信网络中的节点，该节点包括用于使用效用/成本矩阵在多发送信道***中向信道分配子信道集的装置，包括：用于在至少一个维度中修改成本/效用矩阵的装置；以及用于使用修改的成本/效用矩阵来计算子信道分配的装置。

根据本发明的第五实施例，也提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于控制使用效用/成本矩阵在多发送信道***中向信道分配子信道集的程序指令，这些程序指令在加载到处理器中时提供：用于在至少一个维度中修改成本/效用矩阵的装置；以及用于使用修改的成本/效用矩阵来计算子信道分配的装置。

根据本发明的第五实施例，也提供一种实施如上所述计算机程序的物理实体。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过例子对附图进行参照，在附图中：

图1图示了根据本发明第一实施例的发送器；

图2图示了根据本发明第一实施例向发送信道分配子信道的方法；以及

图3图示了根据本发明第二实施例向发送信道分配子信道的方法。

具体实施方式

附图图示了在多发送信道***1中向多个发送信道5分配子信道集3的方法，包括以下步骤：将第一非零子信道集3a映射到第一发送信道5a，将第二非零子信道集3b映射到第二发送信道5b，其中第一集3a中的至少一个子信道和第二集3b中的至少一个子信道被分配给一个接收单元7。

在图中所示的实施例中多发送信道***1是多天线***。各天线5是发送信道。在其它实施例中发送信道可以是可以沿着其发送信号的任何物，例如束、天线或者辐射模式或者天线或者束的集合或者通过多天线发送资源来发送的调制矩阵、调制矩阵的参数(符号字母表、功率、位加载)。发送信道性质和发送资源分配均影响所选性能度量并且因此可以影响向发送信道分配子信道。

子信道是发送信道可以被分离成的一连串的符号或者信息。子信道可以形成为不同类型的子信道或者不同子信道的线性组合。子信道类型的例子包括不同频率、扩展代码、小波、离散傅立叶变换的基矢量、OFDM子载波、时间隙等。子信道中包含的信息可以被调制、编码、功率控制、速率控制或者受到可控调制和编码。

图1中所示发送器单元9包括分配模块1 1和多个天线5a、5b...以及相应功率放大器13a、13b...。天线5发送的信号15由接收单元7a和7b接收。发送器单元9可以实施于基站中或者通信***的移动 站中。

发送器单元9也可以包括处理器和存储器。存储器可以存储在加载到处理器中时控制发送器单元9并且特别是分配模块11的功能的计算机程序指令。

子信道集3由分配模块11分配。

分配模块11将各子信道3分配给发送信道5a、5b...中的一个。在这一实施例中子信道3以如下方式被分配给发送信道5，该方式使用关于各发送信道5的信息来优化***1的性能但是受制于对可以分配给各信道5的子信道3的数目的约束。

可以测量数个不同变量来给出***性能(或者效用)的指示。性能可以涉及***的实际当前性能或者将子信道3虚拟分配给发送信道5的虚拟性能。这些变量包括吞吐量、信噪比、给定服务质量所需发送功率或者错误度量。不同性能度量可以造成不同最优分配。

多个性能度量可以用来向发送信道5分配子信道3。例如，性能指示符可以是信噪比和吞吐量的组合。

可以从反馈信道中或者从在信道相互性成立时进行的测量中获得性能度量。

对分配给各天线5的子信道的数目的约束防止了功率放大器13的不均匀加载以及提高了各发送信号15的峰值与平均值之比(PAR)。PAR是信号参数的最大量值与它的时间平均值之比。可以针对包括电压、电流、功率和频率的许多信号参数确定PAR。小的PAR提高了放大器的效率以及允许更易于设计放大器。PAR最优分配解决方案使数目相等的子信道被分配给各信道。然而，子信道的PAR最优分配可能不是性能最优的。

在一些***中尽管不是PAR最优但是使不同非零个数目的子信道分配给各天线可能是有益的。例如，一些发送信道5可能具有比其它发送信道差得多的质量。在这一实例中一些性能不良的信道5可以约束为具有比其它性能更好的信道5更少的子信道3。

分配模块11向发送信道5分配子信道3是一个可以使用本领域中已知的算法来解决的优化问题。

在一个特定实施例中通过使用性能(或者效用)度量值创建成本矩阵来解决优化问题。成本矩阵中的各元素指定了向给定发送信道分配给定子信道的成本。优化问题可以定义为找到子信道向发送信道的预期分配如总成本最小这一问题。这一成本矩阵被用来收集用于不同可选分配的性能度量作为优化问题的输入。在可选实施例中可以使用效用矩阵来取代成本矩阵。效用矩阵的各元素指定了向信道分配给定子信道的收益。

优化问题可以根据所考虑的性能度量而最大化或者最小化。

考虑一个使用OFDM子载波作为子信道的***例子。令F表示P×P快速傅立叶变换(FFT)矩阵，其中[F]_p，q＝1/Pexp(-j2π(p-1)(q-1)/P)。在OFDM发送器应用的逆FFT(IFFT)矩阵给定为F⁺，即F的哈密特共轭。假设通过长度为L的有限冲激响应(FIR)信道来发送信号而在发送器上使用长度L_c＞L的循环前缀。然后，在去除循环前缀之后，在接收器的有效信号模型为：其中H表示条目为[H]_p，q＝h((p-q)mod P)的循环卷积矩阵，其中h(l)指定第l个信道接头。向量x代表符号向量而n代表复高斯噪声。由于FFT对角化循环矩阵，所以模型也可以写作为：

其中H表示条目为[H]_p，q＝h((p-q)modP)的循环卷积矩阵，其中h(l)指定第l个信道接头。向量x代表符号向量而n代表复高斯噪声。由于FFT对角化循环矩阵，所以模型也可以写作为：

y＝Dx+n，(2)

其中D＝(H(0)，...，H(P-1))，而 $H\left(p\right)={\mathrm{\Σ}}_{l=0}^{L}h\left(l\right)\exp (-j2\mathrm{\πlp}/P).$ 上文给出的简洁模型仅作为一个例子来给出。

在这一例子中，具有N个发送天线而各天线与唯一信道矩阵H⁽ⁿ⁾，n＝1，..，N相关联。作为例子，假设仅经由N发送天线之一发送各OFDM子载波(F⁺的列)。修改的信号模型然后给定如下：

$y=\tilde{D}x+n,---\left(3\right)$

其中 $\tilde{D}=(H^{\left(l_0\right)}\left(0\right),...,H^{\left(l_{P-1}\right)}(P-1)),$ 而i_p∈{1，...，}是用于子载波p的发送天线的索引。我们希望确定子载波向天线的分配这一概念，该概念适当地定义了索引{i_p}。

如果减少PAR是唯一目标，则满足于随机分配，受制于各天线具有相等数目的子信道这一约束。另一方面，如果提高性能或者容量是唯一目标，则希望将各子载波分配给具有最大功率的天线这一解决方案。然后求解：

$i_p=\arg \underset{m\∈\{1,..,)}{\max }\left\{{\left|H^{\left(m\right)}\left(p\right)\right|}^2\right\},\∀p=0,..,P-1.---\left(4\right)$

在提出这一问题时假设发送器例如经由返回信道(在常规FDD中)或者利用信道相互性(在TDD中)已经获得与信道功率有关的信息

然后在给定信道状态信息时可以优化容量、接收的信号功率或者一些其它性能度量。对于分配问题，不同性能度量一般造成不同解决方案。就目前而言先将问题描述为最大化接收信号功率这一问题。类似地，可以最大化例如接收信噪比之和，只要各接收器中的信号轮廓为分配单元所知。

可以通过将问题表述为分配问题或者匹配问题来提出一种平衡PAR最优解和性能最优解的解决方案。为了标注方便而定义 $c_{m,p}=\left\{{\left|H^{\left(m\right)}\left(p\right)\right|}^2\right\},\∀p,m.$ 这里c_m，p表示在将子载波p分配给发送天线m时的‘效用’，而这些囊括于矩阵C＝[c_m，p]中。提出用于最大化总接收信号功率的分配问题如下：

$\max \underset{p}{\mathrm{\Σ}}\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{c}_{m,p}{x}_{m,p}---\left(5\right)$

受制于

$\underset{p}{\mathrm{\Σ}}{x}_{m,p}=1,\∀m---\left(6\right)$

$\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{x}_{m,p}=1,\∀p,---\left(7\right)$

$x_{m,p}\≥0,\∀p,m.---\left(8\right)$

最优方案已知为积分(integral)，其中x_m，p∈{0，1}，其中如果i_p＝m则x_m，p＝1，否则x_m，p＝0。这些约束因此将该要求表述为各子载波分配给恰好一个天线而所有天线分配以恰好一个子载波。也可以使用不同约束，其中等式(6)-(7)中的求和无需等于一而可以是任意非负实数或者整数。在这一情况下该问题称为传输(transportation)问 题。本发明涵盖两种情况，即使说明书着重于解释分配。

子载波的数目通常比天线的数目大得多。例如，在目前WLAN(IEEE 802.11)***中P＝64而在新近OFDM中提议P＝2048。另一方面，发送天线的数目通常为4-10。因此在多数相关情况下P＞N成立。然而在传统分配问题中模型应当是方的(square)。当P＞N时通过复制效用矩阵的某些行创建虚拟发送天线来构造平方模型(分配矩阵)。给定行的复制次数确定了将向给定天线分配的子载波的数目。

从形式上通过如下矩阵来实现这一点：

$\tilde{C}=\mathrm{\Σ}{e}_k\⊗c_{A_k,:}---\left(9\right)$

其中A_k是如下索引，该索引指示了矩阵C的第A_k行(表示为

)***到矩阵

的第k行。

举例：为了表现在最大化效用与违背分配约束之间的权衡，考虑如下情况：

$C=\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 3\\ 6& 8& 9\\ 4& 3& 1\end{array}\right]---\left(10\right)$

并且令A＝[A₁，A₂，A₃]＝[1，1，3]。然后：

$\tilde{C}=\left[\begin{array}{ccc}1& 2& 3\\ 1& 2& 3\\ 4& 3& 1\end{array}\right].---\left(11\right)$

将分配算法应用于这一矩阵造成如下解决方案：其中子载波2和3分配给天线1，子载波1分配给天线3，而零个子载波分配给天线2。这里由于构造A以及因此构造

，所以允许不向天线2分配子载波。在给定这一约束和所得分配时总效用为9，其中原矩阵C的不受约束的解实现了为23的效用而将所有子载波分配给天线2。

由于在将问题转化为平方矩阵时问题维度保持于P×P，所以可能需要减少复杂度。由于找到最优解的复杂度是高阶多项式(视算法而定约为4阶多项式)，所以通过定义和求解适当的低维度模型来确定近似解至关重要。

需要将近似定义为性能或者容量损失保持为可容忍。可以通过 利用不同例如邻居子载波之间的信道相关(在OFDM***中使用信道相干带宽)来获得可行近似解。利用这一点可以形成T个邻居子载波的效用值的(可能加权)平均。这可以例如以如下方式来实施：定义矩阵如下：

$U=I_{P/T}\⊗1_T---\left(13\right)$

以及形成减少维度的模型如下：

$\stackrel{\‾}{C}\←U^T\tilde{C}U---\left(14\right)$

如果效用矩阵的T个邻居值相似，则性能损失无关紧要。另一方面，通过例如按照因子4来减少问题维度，复杂度可以按照因子256或者更多而减少。

在实践中，如果如在(14)中那样使用对称平均(在行和列维度之上的同一平均窗)则T≤P/N。这一上限假设所有天线具有实质上独立的信道。如果天线相关、例如如果使用结构化天线阵列如统一线性阵列则这一上限增加。此外，T应当小到足以在相干带宽内执行平均。

这里，同时针对T个子载波进行分配，因此取代了分配单独子信道而同时将多个子载波分配给同一天线。另外，上文假设所有信道具有相似的时间相干和天线分配约束并且因此被一视同仁。可选地，可以仅在频率维度(列维度)中以及仅针对某些行(天线)来应用尺度减少。例如，如果一个天线可以分配以仅一个子载波，则矩阵的对应行可以仅在行维度中被平均。因此更一般而言，通过使用U₁ ^TCU₂在天线维度之上的不同平均和在频率(子载波)维度之上的不同平均来实施平均，其中U₁表示在各列中非零值的数目可能不同的情况下在天线维度中的平均而U2₁同理。以C为基础的分配的映射可以容易地递归回到原天线索引。

显然存在减少问题维度的可选方式，例如抽取矩阵、取代平均值而使用中值等。实质上，以有意义的方式用标量来取代子矩阵的任何方式都减少了计算负担。这样的减少方法不限于用来任何形成矩阵C的特定性能度量。

数值举例

考虑一个涉及如下***的例子，在该***中以循环前缀或者以零填充来使用OFDM信令从而形成循环有效信道矩阵。信道时间响应I由向量h代表。如果用于三个滞后的信道系数为1、2、3，则h＝[1，2，3]，这代表用于一个发送信道的信道时间冲激响应。

矩阵H是通过已知手段、例如通过从接收的信号中去除循环前缀来形成的“等效信道矩阵”或者循环卷积信道。接收器所见为8个符号的块：

$H=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0& 3& 2\\ 2& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 3\\ 3& 2& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 3& 2& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 3& 2& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 3& 2& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 3& 2& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 3& 2& 1\end{array}\right]$

向量h或者在这里为它的转置出现在各列上(除了后两列卷绕之外)以形成矩阵循环。用于等效信道矩阵的这样的构造例如出现在当前无线LAN网络中(虽然维度在这些网络中为64而非8)，而实现这样的矩阵的发送器和接收器操作在本领域中是已知的。H的列可以用作不同发送符号(向量x的坐标)的性能度量，虽然优选地如下文那样使用所有矩阵元素来形成用于符号的性能度量。

成本矩阵C由FHF⁺的对角值形成，其中F是傅立叶变换矩阵。例如，在8个子载波的情况下F为8×8FFT矩阵：

$F=1/\sqrt{8}\left[\begin{array}{cccccccc}x& x& x& x& x& x& x& x\\ x& y-\mathrm{yi}& -\mathrm{xi}& -y-\mathrm{yi}& x& -y+\mathrm{yi}& \mathrm{xi}& y+\mathrm{yi}\\ x& -\mathrm{xi}& -x& \mathrm{xi}& x& -\mathrm{xi}& x& \mathrm{xi}\\ x& -y-\mathrm{yi}& \mathrm{xi}& y-\mathrm{yi}& x& y+\mathrm{yi}& -\mathrm{xi}& -y+\mathrm{yi}\\ x& -x& x& -x& x& -x& x& -x\\ x& -y+\mathrm{yi}& -\mathrm{xi}& y+\mathrm{yi}& -x& y-\mathrm{yi}& \mathrm{xi}& -y-\mathrm{yi}\\ x& \mathrm{xi}& -x& -\mathrm{xi}& x& \mathrm{xi}& -x& -\mathrm{xi}\\ x& y+\mathrm{yi}& \mathrm{xi}& -y+\mathrm{yi}& -x& -y+\mathrm{yi}& -\mathrm{xi}& y-\mathrm{yi}\end{array}\right]$

其中x＝1.0000而y＝0.7071，1/sqrt(8)用来将各子载波的发送功率正规化一，

以及计算：

其中：

A＝6.0000

B＝2.4142-4.4142i

C＝-2.0000-2.0000i

D＝-0.4142+1.5858i

E＝2.0000

F＝-0.4142-1.5858i

G＝-2.0000+2.0000i

H＝2.4142+4.4142i

这些值的模数的平方((|A|²，|B|²...|H|²))为用于特定发送信道的八个子载波各指定了接收功率。向量((|A|²，|B|²...|H|²))然后置于成本矩阵C的第一行上。类似地，对于第二发送信道(如在发送天线2与接收器之间的信道)，物理信道通常不同于上文使用的H并且因此出现不同的数((|A|²，|B|²...|H|²))集。

对于各不同H(忽略信道索引以求简明)，将行添加到成本矩阵C。例如，第二信道取值h[2，3，1]，具有两行的成本矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{cccccccc}36.00& 25.3137& 8.0000& 2.6863& 4.0000& 2.6863& 8.00& 25.3137\\ 36.00& 26.7279& 10.00& 1.2721& 0& 1.2721& 10.00& 26.7279\end{array}\right]$

效用在这一例子中定义为用于将不同子信道(子载波)分配给不同发送信道(天线)的接收功率((|A|²，|B|²...|H|²))。

如果发送信道(束、天线)的数目小于子载波的数目，则矩阵C不是方的。然而为了使用某些分配算法，成本矩阵必须是方的。如上所示，可以通过复制成本矩阵的某些行由此产生虚拟天线来获得方矩阵。行的复制次数确定了将向给定天线分配的子载波的数目。在本发明中，数目可以因不同发送信道而不同，使得成本矩阵的一些行可以比其它行复制得更频繁。

在等分配的情况下各行被复制相等次数，然后模型成本矩阵为：

$\tilde{C}=\left[\begin{array}{cccccccc}36.0000& 25.3137& 8.0000& 2.6863& 4.0000& 2.6863& 8.0000& 25.3137\\ 36.0000& 25.3137& 8.0000& 2.6863& 4.0000& 2.6863& 8.0000& 25.3137\\ 36.0000& 25.3137& 8.0000& 2.6863& 4.0000& 2.6863& 8.0000& 25.3137\\ 36.0000& 25.3137& 8.0000& 2.6863& 4.0000& 2.6863& 8.0000& 25.3137\\ 36.0000& 26.7279& 10.0000& 1.2721& 0& 1.2721& 10.0000& 26.7279\\ 36.0000& 26.7279& 10.0000& 1.2721& 0& 1.2721& 10.0000& 26.7279\\ 36.0000& 26.7279& 10.0000& 1.2721& 0& 1.2721& 10.0000& 26.7279\\ 36.0000& 26.7279& 10.0000& 1.2721& 0& 1.2721& 10.0000& 26.7279\end{array}\right]$

在上文中天线可以是虚拟天线(复制行)或者虚拟天线。所有复制行指代实际天线索引。例如，第二行是虚拟天线2但是它指代实际天线1。

成本矩阵C用来向发送信道分配子信道。矩阵C用作任何求解(5)-(8)这类等式的数学编程算法的输入。该例的解给定为分配索引15623478，就此而言分配矩阵的值为：

$X=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

这里X是求解等式(5)的排列矩阵而该解表明第一子载波被分配给天线1、第二子载波被分配给天线5等。可以通过穷举地尝试如 上所述各与分配矩阵X相关联的数字1、...、8的所有可能排列以及选择就等式(5)而言产生最大值的矩阵来寻求问题(5)的解。8位数的所有排列的数目为8！＝40320，因此遍历所有解在计算机上要求甚高。然而，可以经由可以从数学编程文献中找到的有效得多的计算方法来找到分配。用于分配和运输问题的具体高效算法的例子可以例如从1999年John Wiley & Sons由G.L.Nemhauser和L.A.Wolsey所著Integer and combinatorial optimization的第1.3.5部分或者Bradley，Hax和Magnanti所著Applied Mathematical Programming的第8章(Addison-Wesley，1997年)中获得(可从http://web.mit.edu/15.053/www在线获得)。

注意到该问题的分配形式是一个例子，而根据本发明也可以使用行约束并非必然等于一的问题。这对应于分配问题的广义化，该广义化在名为transportation problem的优化文献中是已知的，如上所述和引用的，在该文献中有大量数值解。

比如上述复杂度减少这样的方法可以用来减少成本矩阵的维度和简化问题。当减少矩阵的维度时假设多个子载波被分配给同一天线。这里作为一个例子，可以将2×2个子矩阵一起求和而形成减少维度的矩阵：

$\stackrel{\·}{C}=\left[\begin{array}{cccc}61.3137& 10.6863& 6.6863& 33.3137\\ 61.3137& 10.6863& 6.6863& 33.3137\\ 62.7279& 11.2721& 1.2721& 36.7279\\ 62.7279& 11.2721& 1.2721& 36.7279\end{array}\right]$

用于这一矩阵的分配解(求解如上)将是4、1、2、3，其中运用在形成平均值时使用的2×2个子矩阵的知识，知道子载波1、2和3、4以及5、6和7、8形成各包括两个(这里为邻居)子载波的子信道。类似地，在行维度中，知道在具有虚拟天线的成本矩阵中行1-4对应于天线或者发送路径1而行5-8对应于天线或者发送路径2。对于减少维度的矩阵(具有2×2个平均矩阵)，分别地，行1和2对应于发送路径或者天线1，而行3和4相应地对应于天线或者发送 路径2。

一旦分配模块11已经将子信道3分配给相应信道5，子信道集3就划分成子集3a、3b...，其中各子集包括已经向给定天线5分配的子信道。子信道子集在输入到连接的天线5之前由相应功率放大器13放大。天线然后发送包括它的分配子信道15的信号15。

信号由接收单元7接收。单个接收单元7可以接收多个天线5发送的子信道。

在其它实施例中发送信道或者子信道子集可以分配给不同用户或者不同目的节点(例如中继节点)。各用户是网络节点或者终端或者是用来将信息传送到网络中终端或者节点的网络资源。这对应于为在发送器和接收器1与发送器和接收器2之间的发送信道计算成本矩阵某些行的情况。在一个实施例中，信道的数目以及因此成本矩阵上行的数目与接收器的数目成比例地增加。

在上例中，在不同频率(子载波)定义以及因此发送子信道。然而，子信道也可以定义为不同发送时间而分配就解释为时间调度。可以根据用来分配子信道的性能度量来控制用于各子信道的发送功率、速率调制和编码。各用户可以具有它自己的可以控制功率和调度的控制手段。

更多应用是可能的。例如，函数c可以包括任何效果调制、编码、功率分配、束形成等。分配(包括任何分配或者运输问题变体)问题可以用如下方式来解决：所有子信道得到相似性能(例如可以找到3个最佳分配而选择就C的给定行或者列而言给定最高效用的一个分配或者一个与使裕度c_i，j最小值最大化的最小最大解仍然更接近的解(即为了除PAR公允度之外还包括性能公允度)等。当目标为最小化针对给定QoS目标的发送功率时或者当目标为找到一个使一些所选错误度量(例如误码率)最小化的分配时可以寻求该解作为最小化)。

另外，在线性预编码的情况下，有意使信号准正交，IFFT矩阵F为矩阵FT所取代，其中T是预编码矩阵，通常为单位或者伪酉矩 阵。预编码将信息符号分布于多个子载波而在这样做时在频率选择性的信道中在符号之间产生发送器所致干扰。然后，对角模型(1)通常无效。

类似的模型出现在多载波CDMA***中，其中预编码矩阵通常利用包含扩展代码的矩阵来具体指定。应用于这样的***因此也在本发明的范围内。

然而有可能构造一个近似对角模型，其中预编码符号用于一个虚拟通信信道。事实上在OFDM情况下等效信号模型变为：

而矩阵

通常具有仅干扰同一子集内其它符号的符号子集并且与其它子集中的符号正交。例如，如果T是在各行和列中具有K个非零元素的酉矩阵，则正交子集的数目为P/K而各子集带有K个符号。具有给定子集的信号模型的形式为：

y＝Rx+n，(16)

其中R在对角线之上具有至少一个非零元素。

对于这样的模型，可以例如通过为各子集定义等效信道信噪比(例如使用对错误概率或者信噪比的近似)来为符号子集构造公共效用。作为一个例子，假设在子集内有接收器用户滤波器L，可以通过使用如下系数调用高斯近似来获得简易性能估计：

以及

${{\mathrm{\λ}}_k}^2=\frac{{{\mathrm{\β}}_k}^2{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k^{\′}}{\mathrm{\γ}}_{k^{\′},j}^2}{{\mathrm{\γ}}_{k^{\′}{k}^{\′}}},$

其中k’是用于在感兴趣的符号子集内的符号的索引(最终将针对所有子集进行计算)。使用这些记法，对该符号子集的平均错误概率的在计算上既有吸引力又准确的近似给定如下：

$P_b=\frac{1}{K^{\′}}\underset{k^{\′}=1}{\overset{K^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}Q\left(\frac{{\mathrm{\β}}_{k^{\′}}}{\sqrt{1+{\mathrm{\λ}}_{k^{\′}}^2}}\right).---\left(17\right)$

分数γ_k′，j/γ_k′,k′量化了在第k’个流与第j个流之间的干扰泄漏。这对 于去相关检测器而言变为零， ${\mathrm{\λ}}_{k^{\′}}^2=0,\∀k^{\′}.$ 信噪比(SNR)近似为：

${\mathrm{SNR}}_{k^{\′}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{k^{\′}}^2}{1+{\mathrm{\λ}}_{k^{\′}}^2}.---\left(18\right)$

在符号子集内的平均SNR

SNR＝∑SNR_k′(19)

可以用作为公共性能度量而随后用来形成用于符号(子载波)簇的的分配矩阵C。作为一个例子，如果对SNR之和感兴趣，则成本矩阵可以定义为C＝[SNR_m，k]，k＝1，..，P/K，m＝1，..，。类似地，如果对实现最小误码率的分配感兴趣，则 $C=[-Q\left(\sqrt{\mathrm{SN}{R}_{m,k}}\right)],k=1,..,P/K,m=1,..,,$ 如果要最大化总(香农)容量，则 $C=\left[10{\log }_{10}(1+\sqrt{{\mathrm{SNR}}_{m,k}})\right],k=1,..,P/K,m=1,..,,$ 等等。另外，可以使用基于停机的标准来定义分配矩阵，例如分配单元可以确定矩阵C的元素在给定阈值之上或者之下的概率。例如，在随机信道中SNR是随机的，而分配单元可以尝试最大化分配良好信道(例如SNR在阈值之上)的概率。这样的基于停机的标准在信道实现不确定时或者当分配单元不能以充分准确度控制分配时是有用的。

这些仅为例子。为不同分配而计算容量的可选方式显然是可能的。

(可能非方的)成本矩阵C然后具有不同数目的行和列，并且可以应用用于将可能非方的成本矩阵转换成预期维度的方矩阵的上述方法。预编码因此是用于分配问题的又一复杂度减少方法，因为分配矩阵的列维度按照因子K而减少。在发送器(使用预编码)中组合的子载波无需是连续子载波。

作为对近似有效的准正交***的另一例子的介绍，将从子信道/子载波选择操作中产生的子信道写作为：

F_l＝F(0，...，1，0，...，0)，(20)

其中数字1在RHS矩阵的第l个对角线位置(其它处为零)，而F是IFFT矩阵。然后，子载波天线分配可以被描述为一种选择矩阵

(形成发送矩阵X_n的部分)的手段，对于各符号流x_n：

$X(u,i_u)=F_{i_u}{x}_u$

用于流u的接收信号为：

Y(u)＝X(u，i_u)H_u+n_u

其中假设信道H可以因各u而不同。这一形式的调制矩阵仅为特定情况。

在MIMO调制的情况下，X_u(u，i_u)具有数目更多的可供选择形式，但是在使用H_u或者H_uW_u的知识来到处的性能度量被给定的情况下也尝试为各u选择i_u，其中W是束形成矩阵。

在多天线调制器矩阵中，各子载波或者子信道可以通过多个天线、时间隙等来发送，而索引可以指代取代子载波的时间隙。问题然后不是子载波-天线分配的问题而是子信道发送路径分配的问题。然而在这里发送器也具有多个发送天线而干扰普遍存在于符号之间。预编码OFDM是如下发送方案的一个例子，该方案在符号之间引入有意干扰，而这里可以重使用为这样的信道而导出的性能度量。作为一个例子，考虑一种使用波形基矩阵F和G的块发送方法。

通常(但是不以任何方式限制本发明)，如上所述，在OFDM***中F为IFFT矩阵而G＝F^*，即包括F的共轭条目。通过保证前L行与后L行相同以循环前缀(另外可以使用零填充)来增强基矩阵，其中L为FIR信道的长度。在子载波发送中可以设置F＝I和G＝P，其中P是近似维度的逆矩阵(在对角线上为1而在其它处为零)。通过从F和G中取得的列的比例来定义***负荷。可以用已知方式对零填充和/或循环前缀化建模。

自然可以使用可选的块发送矩阵，例如使用扩展代码、预编码IFFT矩阵、随机或者扰频扩展代码等的那些块发送矩阵。

作为使用子信道的MIMO***的一个例子，MIMO调制器可以读取例如：

$X_{\mathrm{iABBA}}=\left[\begin{array}{cccc}F{x}_1& G{x}_2^{*}& F{x}_3& G{x}_4^{*}\\ F{x}_2& -G{x}_1^{*}& F{x}_4& -G{x}_3^{*}\\ \mathrm{jF}{x}_3& \mathrm{jG}{x}_4^{*}& F{x}_1& G{x}_2^{*}\\ \mathrm{jF}{x}_4& -\mathrm{jG}{x}_3^{*}& F{x}_2& -G{x}_1^{*}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cccc}F{x}_5& G{x}_6^{*}& F{x}_7& G{x}_8^{*}\\ F{x}_6& -G{x}_5^{*}& F{x}_8& -G{x}_7^{*}\\ -\mathrm{jF}{x}_7& -\mathrm{jG}{x}_8^{*}& -F{x}_5& -G{x}_6^{*}\\ -\mathrm{jF}{x}_8& \mathrm{jG}{x}_7^{*}& -F{x}_6& G{x}_5^{*}\end{array}\right]---\left(21\right)$

其中通过不同发送路径(例如束或者天线)发送列。自然而言，这 些MIMO调制矩阵可以用另外的方式来定义，其中矩阵元素可以在不同正交维度中(例如一些符号或者子矩阵可以在时间上分离而一些在频率/代码上分离，就如在空间-时间-频率调制中那样)，并且然后可以用类似方式计算性能度量。

MIMO调制矩阵可以例如使用于P个子载波之一中(通过选择F矩阵的一列)而性能或者效用度量在给定的调制器使用于给定的束或者天线子集时定义效用矩阵的值。天线或者束索引可以是任意的而在定义成本矩阵时列可以对应于从N个天线中选择用于与子载波p一起使用的天线子集的一些有索引的方式集。可以针对预期数目的子载波或者针对所有P个子载波计算矩阵。如果子集的数目小于子载波或者波形的数目，则类似于上文形成虚拟天线的方式可以通过重复所选列来形成虚拟天线子集。

这并非必然缓解PAR问题但是获得信号到不同天线子集和频率的最优调度。

对于例如使用OFDMA的多用户情况，两列F(和G)用于与两个不同接收通信。在上行链路中可以在一种极端情况下具有例如P个用户而各用户分配以仅一个子载波(一列)，同时至少一个用户具有至少两个发送天线。如果采用调制器(21)，则用户u在子载波n发送的信号为：

X_iDb(u，i_u)＝X_iDb1(u，i_u)+X_iDb2(u，i_i)，(22)

其中模型与(21)中相同，不同之处在于F和G矩阵为它们的对应第i_u列所取代。在基站接收的信号为：

∑X(u，i_u)H_u+n  (23)

其中i_u是分配给用户的子载波而Hu是在第u个用户与接收器之间的MIMO信道。

如上文结合干扰信道所述那样可以使用各模型[X_iDb(u，i_u)H_u+n]，u＝1，...，P；n＝1，...，P的性能值通过计算效用矩阵条目来计算分配。具体而言，各X_iDb(u，i_u)H_u+n可以转换成形式(16)，随后许多性能估计可以被计算-***到C矩阵以供在优化分配时使用。

自然而言，矩阵维度可以在这里减少而多个子载波可以被分配给用户，不同数目的子载波可以被分配给不同用户。子载波可以按子集来分配使得针对子集来计算公共性能度量。

类似的模型出现在下行链路中，其中子载波分配单元为空间上分离的各接收器计算子载波(或者子载波子集)索引。

因此，提出的方法也可以用于多接入用途。分配的子载波索引可能需要从分配单元用信号发送到接收器和发送器。

强调一点，术语子载波或者天线的使用不以任何方式加以限制，而这些字眼通篇地可分别为可选子信道或者束所取代。

图2图示了向发送信道5分配子信道3的方法的步骤。步骤51置59发生在发送器单元9。步骤61发生在接收器单元7。

在51，分配模块获得***的性能度量。然后在53，这些度量用来创建成本矩阵。在受制于对分配给各发送信道5的子信道3的数目的约束情况下，分配模块使用成本矩阵来分配55子信道3到发送信道5。

子信道3在由天线5发送之前由功率放大器13放大57。由天线发送的信号15由接收单元接收61。

图3图示了本发明的第二实施例。

在这一实施例中分配模块获得31可以包括与信道的性能如何随时间而变化有关的信息的性能度量。这些性能度量用来创建33成本矩阵，其中各元素涉及给定的子信道在分配给给定的信道时的性能。

在这一实施例中使用所有发送信道，然而在其它实施例中仅使用发送信道的子集。在一些实施例中可以在任何给定时间仅使用子信道的子集。

分配模块然后在分配间隔初始地分配35子信道到发送信道。

优选地，成本矩阵用来向发送信道分配子信道。对于分配给各发送信道的信道的数目可以有约束。

然后，在分配间隔之间或者过程中，性能度量用来确定37任何 分配的子信道是否在它们已经被分配到的信道中具有不良性能指示符。具有不良性能指示符的“施主(donor)”信道使它们的一些子信道被重新分配39到具有更高性能指示符的信道。

然后更新41成本矩阵使得任何施主信道针对下一分配间隔被赋予以更高优先级。成本矩阵具有存储器并且针对每个分配间隔重复该过程，使得即使信道具有低性能度量，但是它的优先级将随每个附加间隔而增加，从而它并非总是施主信道。

只要添加子信道时或者只要成本矩阵实质上改变时都可以发生分配。只要有可能改变***中的分配时就出现分配间隔。优选地，在分配间隔之间的时间小于信道的性能度量可以实质上有变的时间。

虽然已经参照各种例子在先前段落中描述了本发明的实施例，但是应当认识到在不脱离所请求保护的本发明范围的情况下可以做出对所给例子的变形。

尽管在以上说明书中着力于将注意力集中于被认为特别重要的本发明的那些特征，但是应当理解：无论对上文提及和/或在附图中示出的任何可授予专利的特征或者特征组合是否予以特别强调，申请人对这些特征或者特征组合都要求予以保护。

Claims (26)

1.一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的方法，包括：

将第一非零子信道集映射到第一发送信道；

将第二非零子信道集映射到第二发送信道，其中所述第一非零子信道集中的至少一个子信道和所述第二非零子信道集中的至少一个子信道被分配给一个接收单元，

并且其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中向所述多个发送信道中的各信道分配的子信道的数目受约束。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述约束之一是对可以向任一个发送信道分配的子信道的数目的限制。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其中所述约束之一是一些发送信道比其它发送信道分配有更少子信道。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述子信道被分配给所述发送信道以便优化所述多发送信道***的性能指示符。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发送信道的性能指示符的值由发送器获得。

6.根据权利要求4或者5所述的方法，其中所述性能指示符包括吞吐量、信噪比、给定服务质量所需的发送功率或者错误度量。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多发送信道***是OFDM或者OFDMA***。

8.根据权利要求1所述的方法，其中子信道是用来区别不同符号流或者信息流的波形。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述波形是OFDM子载波、小波、扩展代码、时间隙或者其组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送信道是天线或者辐射模式或者发送束或者调制矩阵。

11.根据权利要求10所述的方法，其中各不同发送信道具有与另一发送信道不同的一个或者多个辐射模式、一个或者多个束、调制矩阵、调制方法、发送功率或者其组合中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的方法，其中为不同发送信道和为不同子信道计算性能指示符。

13.根据权利要求1所述的方法，其中至少两个子信道具有通向接收单元的不同物理信道。

14.根据权利要求1所述的方法，包括：

在至少一个维度中修改成本/效用矩阵；以及

使用修改的所述成本/效用矩阵来计算子信道分配。

15.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述成本/效用矩阵包括在两个维度中减少所述矩阵的维度。

16.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述成本/效用矩阵包括增加所述矩阵的维度以创建方矩阵。

17.根据权利要求16所述的方法，其中修改所述成本/效用矩阵包括通过复制一行或者多行/一列或者多列来增加所述矩阵的维度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中修改所述成本/效用矩阵包括复制所述矩阵的至少一个元素比复制所述矩阵的另一元素更频繁。

19.根据权利要求1所述的方法，包括：使用具有不同维度的不同成本/效用矩阵来计算又一子信道分配。

20.根据权利要求1所述的方法，还包括：将涉及所述子信道分配的信息发送到发送器和/或接收单元。

21.一种用于在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的设备，包括：

用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及

用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中所述第一非零子信道集中的至少一个子信道和所述第二非零子信道集中的至少一个子信道被分配给一个接收单元，其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中分配给所述多个发送信道中的每一个的子信道的数目受约束。

22.一种在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的方法，包括：

将第一非零子信道集映射到第一发送信道；

将第二非零子信道集映射到第二发送信道，其中所述子信道被分配给所述发送信道以优化所述多发送信道***的性能指示符，

并且其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中分配给所述多个发送信道中的每一个的子信道的数目受约束。

23.一种用于在多发送信道***中向多个发送信道分配子信道集的设备，包括：

用于将第一非零子信道集映射到第一发送信道的装置；以及

用于将第二非零子信道集映射到第二发送信道的装置，其中所述子信道被分配给所述发送信道以优化所述多发送信道***的性能指示符，并且其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中分配给所述多个发送信道中的每一个的子信道的数目受约束。

24.根据权利要求23所述的设备，包括：

用于在至少一个维度中修改所述成本/效用矩阵的装置；以及

用于使用修改的所述成本/效用矩阵来计算子信道分配的装置。

25.一种在多发送信道***中向多个发送信道分配各子信道的方法，其中所述多发送信道***的各发送信道具有分配给它的至少一个子信道，并且其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中分配给所述多个发送信道中的每一个的子信道的数目受约束。

26.一种用于在多发送信道***中向多个发送信道分配各子信道的设备，包括用于向所述多发送信道***的各发送信道分配至少一个子信道的装置，并且其中所述子信道通过使用成本/效用矩阵解决优化问题来分配给所述发送信道，其中分配给所述多个发送信道中的每一个的子信道的数目受约束。

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