CN101568064B - 一种多用户调度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多用户调度的方法，该方法包括以下步骤：获取小区内所有待调度用户的到达角DOA信息；基于小区内所有待调度用户的DOA信息选取用户。本发明还提供了一种用于多用户调度的装置，该装置包括以下单元：DOA获取单元用于获取小区内所有待调度用户的DOA信息；用户配对单元用于基于小区内所有待调度用户的DOA信息选取用户。通过本发明提供的多用户调度的方法及其装置，可以降低现有技术中多用户调度的复杂度，并因此减少多用户调度所需的***资源。

Description

一种多用户调度的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线资源管理领域，特别是涉及一种多用户调度的方法及装置。

背景技术

未来的移动通信***朝着大带宽、高容量、高有效性、高可靠性的方向发展。多输入和多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术作为提高容量的有效手段，广泛应用于面向未来设计的移动通信***中，如长期演进(LongTime Evolution，LTE)、全球微波接入互操作性(World Interoperability forMicrowave Access，WIMAX)、超3G(Beyond 3G，B3G)等***中。而MIMO技术中的多用户MIMO(Multi-User Multiple Input Multiple Output，MU-MIMO)，可以在相同的时频资源上复用多个待调度用户的数据，对小区中的待调度用户进行调度，从而利用多用户分集，使***容量随着发射天线数线性增长。在MU-MIMO中，多用户调度方法的好坏很大程度上决定了MU-MIMO的性能和实现复杂度。一个好的MU-MIMO多用户调度方法可以使配对用户之间的干扰尽可能的小，更好的获得多用户分集增益，同时具有较低的复杂度。

在现有***中，最常用的多用户调度算法是简化贪婪(Greedy)算法，从本质上说，该算法是一种容量最大化或者干扰最小化的多用户调度方法，使用该方法实现多用户调度的过程如下：

假设基站有N根天线，那么MU-MIMO***能容纳的最大用户数为N。以下，为方便起见，将小区内的待调度用户简称为用户。

1)基站获得所辖小区内用户的下行信道状态信息。

该信道状态信息通过用户上报，或者利用TDD模式下信道上下行对称性， 由基站测量得到。

2)初始化调度用户集合。

基站根据小区内用户的下行信道状态信息，选择信道条件最好的用户作为主用户，假设选择的用户序号为i，初始化调度用户集合为S＝{i}，计算单独调度该用户可以获得的信道容量C_S。

3)生成新的调度用户集合。

从剩余用户中，选择一个用户，使：

$j=\underset{k\∈U\backslash i}{\arg \max }{C}_{S\∪\left\{k\right\}}---(1-1)$

其中U表示基站所辖小区内用户的集合，U\n表示除去第n个用户后的剩余用户集合，算子A∪B表示两个集合的并集，C_S∪{k}表示调度用户集合S和第k个调度用户集合成的新的调度用户集合的信道容量。公式(1-1)所阐述的选取用户原则为：计算每一个剩余用户和原调度用户集合组成的新调度用户集合的信道容量，将剩余用户中使得新调度用户集合的信道容量达到最大的用户选择进新调度用户集合。

4)判读新的调度用户集合的信道容量是否大于原调度用户集合。

如果：

C_S∪{k}＞C_S，即新的调度用户集合的信道容量大于原调度用户集合的信道容量，那么用新的调度用户集合替代原用户调度集合，即S＝S∪{k}。

如果：

C_S∪{k}≤C_S，即如果新的调度用户集合的信道容量不大于原调度用户集合的信道容量，那么原调度用户集合S保持不变。

5)判断是否还有剩余用户。

如果没有，结束多用户调度的流程。

6)判断S集合的大小L。

如果L＜N，跳至第3)步。

如果L＝N，达到基站所能容纳的最大用户数，结束多用户调度的流程。

现有技术虽然能够减少用户间的干扰并获得较好的多用户分集增益，但是现有技术在进行调度用户集合的信道容量计算时需要调度用户集合中所有用户的下行信道质量信息，因此需要用户反馈下行信道状态信息，从而需要控制信令的支持，增加了***的控制信令开销。而且现有技术对多用户的调度基于容量计算，而容量计算的复杂度高，需要消耗大量的***计算资源。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种多用户调度方法及其装置，以解决现有技术中多用户调度复杂度高，消耗大量***资源的问题。

为了达到上述目的，本发明提出的一种多用户调度的方法为：

获取小区内所有待调度用户的到达角DOA信息；

初始化调度用户集合；

基于小区内所有待调度用户的DOA信息选择用户到调度用户集合中；

所述基于小区所有待调度用户的DOA信息选择用户到调度集合中包括：

a、设置角度门限值，将初始化后的调度用户集合作为当前调度用户集合；

b、将所述小区内所有待调度用户除去当前调度用户集合中的用户后构成当前剩余用户集合，基于小区内所有待调度用户的DOA信息和所述角度门限值在当前剩余用户集合中选取一个用户，如果没有选取到用户，停止调度流程；如果选取到一个用户，将选取到的用户加入当前调度用户集合；

c、判断当前调度用户集合中的用户数是否达到所述待调度小区所能容纳的最大用户数，如果达到，停止调度流程；如果没有达到，返回步骤b。

其中获取小区内所有待调度用户的DOA信息包括：

测量小区内每一个待调度用户的上行信道冲击响应；

根据上行信道冲击响应计算小区内每一个待调度用户的空间相关阵；

计算小区内每一个待调度用户对搜索的角度的阵列响应矢量；

根据空间相关阵和阵列响应矢量对小区内每一个待调度用户进行搜索以获取DOA信息。

其中，初始化调度用户集合包括：

创建调度用户集合；

选择小区内所有待调度用户中下行信道质量最好的用户作为主用户，将其选入调度用户集合。

其中，选择下行信道质量最好用户作为主用户包括：

接收小区内所有待调度用户反馈的下行信道的质量信息；

根据质量信息选择下行信道质量最好的用户作为主用户。

如果在时分双工***中，选择小区内所有待调度用户中下行信道质量最好的用户作为主用户包括：

选择小区内所有待调度用户中上行信道冲击响应的模值最大的用户作为主用户。

其中，基于小区内所有待调度用户的DOA信息和角度门限值在当前剩余用户集合中选取一个用户包括：

计算剩余用户集合中用户的到达角和调度用户集合中用户的到达角之差；

如果剩余用户集合中存在一个用户，使得在剩余用户集合的所有用户中，该用户的到达角与调度用户集合中用户的到达角之差最大，且该最大的到达角之差大于角度门限，将该用户作为选取到的一个用户。

综上所述，本发明提出的一种多用户调度方法及其装置具有以下优点：

本发明实施例提供的多用户调度的方法基于用户的到达角。而现有技术中用户的调度基于调度用户集合的信道容量，相比较而言，计算用户的到达 角的计算量比计算用户集合的信道容量的计算量要小得多。而且，在基站所能容纳的用户数和基站所辖小区覆盖范围内用户数的很多时，计算调度用户集合的信道容量所产生的计算量会变得十分庞大，本发明实施例中基于用户的到达角在计算量上的优势会更加明显。

同时，本发明提供的技术方案仅在寻找主用户以初始化调度用户集合时才会使用到用户的下行信道质量信息。而现有技术每次计算信道容量时都需要用到下行信道的质量信息。相比较而言，本发明提供的技术方案减少了用户反馈下行信道状态次数，进而减少了***的控制信令开销。

附图说明

图1是本发明实施例中基于角度的MU-MIMO多用户调度原理图；

图2是本发明实施例中实现多用户调度的方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中获取DOA信息的方法的流程示意图；

图4是本发明实施例基于到达角的角度进行用户配对的方法的流程示意图；

图5是本发明实施例中实现多用户调度的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

针对现有技术的不足，本发明中提出了一种基于用户的到达角(Direction Of Arrival，DOA)的多用户调度方法。图1是本发明实施例中基于到达角的MU-MIMO多用户调度原理图。如图1所示，小区所属基站 有两根天线，能容纳两个用户，在小区覆盖范围内有4个用户。BS测量了所有用户的上行信道，并计算出所有用户的DOA。然后根据基于DOA的选取原则进行用户选取，例如将DOA角度分隔最大的两个用户作为用户调度集合中的用户。如图1所示，这种方法需要对UE1到UE4中每两个用户的到达角之差做出计算，并选取出到达角之差最大的两个用户，即UE1和UE4作为调度用户集合中的用户，对调度用户集合中的用户进行MU-MIMO下行发射。假设基站有N根天线，其覆盖范围内有M个用户，在多用户调度中，需要基于到达角对C_M ^N种用户的组合进行计算和比较，当M和N的数目比较大时，对用户的配对会比较复杂。在本发明的另一个实施例中，只考虑未被调度的用户与调度用户集合中的用户之间是否满足设定的基于到达角的准则，如果满足，则将该用户选入调度用户集合中。使用这种方式在进行多用户的配对时的计算量与基站覆盖范围中的用户数目M无关，因此通过这种方式能降低图1所示的技术方案在M和N比较大的时候的调度复杂度。

在本发明中，假设：基站有N根天线，天线阵采用均匀线性阵列(UniformLinear Array，ULA)，天线阵元间距0.5λ，λ为载波波长。本发明的技术方案描述如下：

在步骤201中，获取小区内所有用户的DOA信息。

基站根据所辖小区内所有用户反馈的下行信道的状态信息，测量所有用户的DOA。当本发明实施例所提供的技术方案应用于TDD***中时，由于上行信道和下行信道具有对称性，因此可以将上行信道的质量和下行信道的质量等同看待，不需要用户反馈下行信道的状态信息，基站直接根据上行信道的质量测量各用户的DOA。

在步骤202中，基于到达角的信息选取用户。

首先，基站选择下行信道质量最好的用户作为主用户，初始化调度用户集合。

基站首先创建一个空的调度用户集合S，并根据小区内所有用户的下行信 道状态信息，选择信道条件最好的用户作为主用户，假设选择的用户序号为i，更新调度用户集合为S＝{i}，假设该用户的到达角为q_i ^DOA。

然后，基站基于到达角的角度进行用户配对，选取调度用户集合中用户。

基站从剩余用户中选择一个用户，使该用户与调度用户集合S中的用户的角度分隔满足一定的准则。

如果能够找到这样一个用户，假设找到的用户的序号为j，更新调度用户集合为S＝S∪j。

如果找不到这样的用户，那么调度用户集合保持不变，结束本次多用户调度的流程。

重复上述寻找用户的步骤，直到没有剩余用户或者直到调度用户集合S的大小L＝N，结束本次多用户调度的流程。

下面结合附图对上述方案进行详细的阐述。在本发明的一个具体实施例中，假设基站有N根天线，天线阵采用均匀线阵，天线阵元间距0.5λ。基站所辖小区内的用户集合为U，其大小为M。每一个用户安装有1根天线，所使用的***为TDD***。

1)获取DOA信息。

图3是本发明实施例中获取DOA信息的步骤。如图3所述，对第i个用户来说，获取DOA信息的步骤如下：

在步骤301中，基站(Base Station，BS)测量所有用户的上行信道冲击响应h_i，i＝1……M。其中h_i是一个N×1的矢量，可以根据h_i估计所有用户的上行DOA。

如果所使用的***是FDD***，步骤301中的h_i应为用户反馈的下行信道的冲击响应。

在步骤302中，根据公式(2-1)计算第i个用户的空间相关阵R_i：

$R_i=E\left\{h_i{h}_i^H\right\}---(2-1)$

在步骤303中，计算第i个用户对搜索的角度θ_k的阵列响应矢量w_k。在本 发明中，根据公式(2-2)计算w_k：

w_k＝[1exp(-j2π0.5sinθ_k)……exp(-j2π(N-1)0.5sinθ_k)]    (2-2)

其中θ_k为第k个搜索的角度，θ_k∈A。如公式(2-3)所示，A为搜索的角度集合：

$A=\{{\mathrm{\θ}}_k=\mathrm{k\Δ}|k=0\·\·\·\·\·\·\frac{360}{\mathrm{\Δ}}-1\}---(2-3)$

其中Δ为角度搜索间隔。

在步骤304中，对第i个用户进行角度搜索以获取到达角。在本发明中，根据公式(2-4)选择使得基站接收到的功率最大的搜索角为用户的到达角。

${\mathrm{\θ}}_i^{\mathrm{DOA}}=\underset{{\mathrm{\θ}}_k\∈A}{\arg \max }{w}_k{R}_i{w}_k^H,i\∈U---(2-4)$

2)选择主用户。

在本发明中，根据公式(2-5)选择上行信道冲击响应的模值最大的用户为主用户，并更新调度用户集合即S＝{u}。

$u=\underset{i=1\·\·\·\·\·\·M}{\arg \max }{\left|\right|h_i\left|\right|}^2---(2-5)$

3)进行用户配对，基于用户的DOA信息选择用户到调度用户集合中。

图4为本发明中基于到达角的角度进行用户配对的流程示意图，如图4所示，进行用户配对以选择用户的流程包括以下步骤：

在步骤401中，设置角度门限θ^Threshold。在本发明中，根据公式(2-6)设置θ^Threshold：

${\mathrm{\θ}}^{\mathrm{Threshold}}=\arcsin \frac{4}{N}---(2-6)$

在步骤402中，基于步骤304中获取的用户的到达角，根据选择用户原则进行用户配对，选取一个用户。在本发明中，基站从剩余用户集合，即U\S中选择用户。选择用户的准则如公式(2-7)所示：

$k=\underset{m\∈U\backslash S,n\∈S,|{\mathrm{\θ}}_m^{\mathrm{DOA}}-{\mathrm{\θ}}_n^{\mathrm{DOA}}|{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{Threshold}}}{\arg \max }|{\mathrm{\θ}}_m^{\mathrm{DOA}}-{\mathrm{\θ}}_n^{\mathrm{DOA}}|---(2-7)$

其中，m表示剩余用户集合U\S中的一个用户，n表示调度用户集合中的 一个用户。公式(2-7)表示的准则为：计算剩余用户集合中用户的到达角和调度用户集合中用户的到达角之差。如果剩余用户集合中存在一个用户m，使得在剩余用户集合的所有用户中，用户m的到达角与调度用户集合中用户的到达角之差最大，且最大的到达角之差大于角度门限，则选取该用户m。

在步骤403中，判断k是否存在。

如果存在k，执行步骤404；

否则，结束多用户调度的流程。

在步骤404中，更新调度用户集合，将用户m选取入调度用户集合中：

S＝S∪{k}                      (2-8)

在步骤405中，判断调度用户集合S的大小是否达到小区所能容纳的最大用户数，即L＝N是否成立，如果不成立，执行步骤402；如果成立，结束多用户调度的流程。

基于以上的方法，本发明提供了一种多用户调度的装置，图5为该装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括以下单元：

DOA获取单元510用于获取小区内所有用户的DOA信息。

用户配对单元520用于基于DOA信息获取单元510获取的所有用户的DOA信息选取用户。

其中用户配对单元520包括初始化模块521，用于初始化调度用户集合。用户选取模块522，用于基于DOA信息获取单元510所获取的所有用户的DOA信息，选择用户到初始化模块521中创建的调度用户集合中。

上述的方法及装置基于用户的到达角(Direction Of Arrival，DOA)来进行MU-MIMO的多用户调度，在对多用户进行配对的过程中避免了用户对下行信道的反馈。该方法对频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)模式、时分双工(Time Division Duplex，TDD)模式同样适用。由于不需要计算调度用户集合的容量，本发明实施例所提供的基于DOA的多用户调度方法的计算复杂度要比现有技术基于调度用户集合容量的多用户调度方法 的计算复杂度低，在实际应用中能节省大量的计算资源，这一优势在MU-MIMO***中用户数量和基站天线较多的时候尤为明显。

本方法实施例中根据公式(2-6)提出角度门限值是为了易于阐述本发明的技术方案，并不能够认为是对本发明技术方案中所使用的角度门限值的限定。例如可以将本发明实施例所提供的技术方案中的一个角度门限值扩展到两个角度门限值。同理，公式(2-7)也可以用其他的形式来进行描述。而公式(2-5)中选择主用户的准则也可以不限于选择上行信道冲击响应最大的用户为主用户，也可以使用其它能表征信道质量的指标作为选择主用户的准则，如选信道信噪比最好的用户为主用户。本发明实施例的这些变体都是本领域的一般技术人员根据本发明的思想很容易就能想到的，只要是基于用户的DOA进行多用户调度的技术方案，应视为包含在本发明的保护范围之内。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多用户调度的方法，其特征在于，包括

获取小区内所有待调度用户的到达角DOA信息；

初始化调度用户集合；

基于小区内所有待调度用户的DOA信息选择用户到调度用户集合中；

所述基于小区所有待调度用户的DOA信息选择用户到调度集合中包括：

a、设置角度门限值，将初始化后的调度用户集合作为当前调度用户集合；

b、将所述小区内所有待调度用户除去当前调度用户集合中的用户后构成当前剩余用户集合，基于小区内所有待调度用户的DOA信息和所述角度门限值在当前剩余用户集合中选取一个用户，如果没有选取到用户，停止调度流程；如果选取到一个用户，将选取到的用户加入当前调度用户集合；

c、判断当前调度用户集合中的用户数是否达到所述待调度小区所能容纳的最大用户数，如果达到，停止调度流程；如果没有达到，返回步骤b。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取小区内所有待调度用户的DOA信息包括：

测量所述小区内每一个待调度用户的上行信道冲击响应；

根据所述上行信道冲击响应计算所述小区内每一个待调度用户的空间相关阵；

计算所述小区内每一个待调度用户需要搜索的角度的阵列响应矢量；

根据所述空间相关阵和所述阵列响应矢量对所述小区内每一个待调度用户进行搜索以获取DOA信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化调度用户集合包括：

创建调度用户集合；

选择所述小区内所有待调度用户中下行信道质量最好的用户作为主用户，将其选入所述调度用户集合。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述选择下行信道质量最好用户作为主用户包括：

接收小区内所有待调度用户反馈的下行信道的质量信息；

根据所述质量信息选择下行信道质量最好的用户作为主用户。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若在时分双工***中，所述选择小区内所有待调度用户中下行信道质量最好的用户作为主用户包括：

选择小区内所有待调度用户中上行信道冲击响应的模值最大的用户作为主用户。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于小区内所有待调度用户的DOA信息和所述角度门限值在所述当前剩余用户集合中选取一个用户包括：

计算所述剩余用户集合中用户的到达角和所述调度用户集合中用户的到达角之差；

如果所述剩余用户集合中存在一个用户，使得在所述剩余用户集合的所有用户中，所述用户的到达角与所述调度用户集合中用户的到达角之差最大，且所述最大的到达角之差大于所述角度门限，将所述用户作为所述选取到的一个用户。

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