CN101895478B - 用于多用户MIMO***的基于QoS的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于多用户MIMO***的基于QoS的调度方法：(1)将各用户数据归入实时可靠队列、实时非可靠队列、非实时可靠队列或非实时非可靠队列，对可靠队列数据进行***喷泉码编码；(2)轮询分集调度实时可靠队列的原始数据，轮询复用调度实时非可靠队列的数据；若实时可靠队列中每个用户均正确解码全部原始数据，执行(4)，否则执行(3)；(3)轮询复用调度实时可靠队列中的冗余编码数据；(4)以与(2)相同的方式调度非实时队列；若非实时可靠队列中每个用户均正确解码全部原始数据，调度完毕，否则执行(5)；(5)以与(3)相同的方式调度非实时可靠队列，当非实时可靠队列中所有用户均正确恢复原始数据，调度完毕。

Description

用于多用户MIMO***的基于QoS的调度方法

技术领域

本发明涉及多用户MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)***调度，基于用户QoS(Quality of Service，服务质量)需求进行调度，属于无线通信技术领域。

背景技术

近年来，MIMO***引起了学术界的广泛关注，它通过在发送端和接收端配置多根天线可以极大地提高数据传输的可靠性或者速率。当采用空间分集方式时，数据流经复制后从各天线发送，不同天线发送的数据流经过相互独立的空间信道传输，接收端收到发送端原始数据的多个独立副本，通过分集检测算法可以有效地提高数据可靠性，此时传输速率与单输入/单输出***的传输速率相同；当采用空间复用方式时，数据流经串并变换后从各天线发送，可以有效地提高数据传输速率，而此时可靠性较单输入/单输出***并无改善。Alamouti和Tarokh等人提出的空时分组编码(Space-Time Block Codes)可以获得最佳空间分集增益，而贝尔实验室的Foschini等人提出的空时分层编码(BLAST)可以获得最佳空间复用增益。

在多用户MIMO***中，基站以及用户都配置多根天线，基站的每根天线都构成一个独立的空间信道，对于每一个信道，各个用户所感知到的信道状态都有所不同。基站的调度方法决定每一时隙为哪些用户提供服务以及以何种策略来提供服务，因此如何设计良好的调度方法显得至关重要。

目前，比较直观而且简单的调度方法是基于用户公平性而设计的轮询调度(RRS：Round Robin Scheme)，它可以保证用户公平地占有信道资源，但是没有考虑到不同用户与基站间信道的差异，因此未能充分利用多用户MIMO***带来的容量增益，此外也没有考虑不同用户的QoS需求。

另一种调度方法则是结合公平性和信道状态而设计，称为AA-RRS(AntennaAssisted Round Robin Scheme)调度方法，基站在每一时隙内选择N_t(N_t为基站的天线数目)个用户，根据该组用户反馈的信道信息选择一种天线到用户的最佳映射，下一时隙以轮询的方式选择另一组用户。这种方法在保证用户公平性的同时提高了***容量，但是没有考虑不同用户的QoS需求。

好的调度方法应该能够满足不同用户的QoS需求，在各种QoS需求中则以可靠性和实时性显得尤为重要，例如高清视频直播需要很低的误码率，即高的可靠性，同时也要求低的延时，即实时性要求也较高。而非高清视频下载业务既不需要高的可靠性，也不需要低的延时。当考虑到不同类型用户的QoS需求时，传统的多用户MIMO调度方法显得无能为力，因此如何保证不同类型用户的QoS需求，同时又能保证同类QoS需求用户的公平性而又充分地提高***容量是调度方法必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多用户MIMO***基于QoS的调度方法，以满足不同用户的QoS需求。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明用于多用户MIMO***的基于QoS的调度方法包括以下步骤：

步骤一：根据不同用户对QoS的不同需求，对应地将各用户的数据归入到实时可靠队列、实时非可靠队列、非实时可靠队列或非实时非可靠队列中；对所述实时可靠队列和非实时可靠队列中的每一用户的原始数据进行***喷泉码编码，得到原始数据和冗余编码数据；

步骤二：在奇数时隙内，以轮询的方式选择实时可靠队列中的用户，以分集的方式调度所选择的用户的原始数据；

在偶数时隙内，以轮询的方式选择实时非可靠队列中的用户，以复用的方式调度所选择的用户的数据；

实时可靠队列中的每个用户在收到全部原始数据后进行解码；如果对全部原始数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据，否则执行步骤三；如果实时可靠队列中的全部用户的全部原始数据均解码正确，则执行步骤四；

步骤三：以轮询的方式选择实时可靠队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度所选择的用户的冗余编码数据；实时可靠队列中的用户对收到的冗余编码数据进行***喷泉码解码，若***喷泉码解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，基站停止为该用户发送冗余编码数据；当基站收到实时可靠队列中的所有用户的确认消息后，执行步骤四；

步骤四：在奇数时隙内，以轮询的方式选择非实时可靠队列中的用户，以分集的方式调度所选择的用户的原始编码数据；

在偶数时隙内，以轮询的方式选择非实时非可靠队列中的用户，以复用的方式调度所选择的用户的数据；

非实时可靠队列中的用户在收到全部原始编码数据后进行解码；如果对全部原始编码数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据，否则执行步骤五；如果非实时可靠队列中的全部用户的全部原始编码数据均解码正确，则调度完毕；

步骤五：以轮询的方式选择非实时可靠队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度所选择的用户的冗余编码数据；非实时可靠队列中的用户在每收到一个冗余编码数据后则进行解码，当准确恢复出原始数据时，该用户向基站反馈确认消息，基站则停止为该用户发送冗余编码数据；当基站收到非实时可靠队列中的所有用户的确认消息时，调度完毕。

与现有多用户调度方法相比，本发明的优点是：(1)本发明优先调度实时可靠队列和实时非可靠队列，保证了这两类队列较高的实时性要求，解决了现有方法不能保证实时性的问题；(2)本发明采用***喷泉码对实时可靠队列和非实时可靠队列进行编码，对编码后的原始数据采用天线分集的方式，降低了数据传输的误比特率；对编码后的冗余数据采用天线复用的方式，提高了数据传输速率并提高了***容量，解决了现有方法不能保证可靠性和容量最优的问题；(3)对同一类队列采用轮询调度，解决了现有方法不能保证同类用户数据公平性的问题。

附图说明

图1为本发明调度方法的工作流程图；

图2本发明数据流排队流程图；

图3为本发明可靠数据流的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明调度方法的如下：

步骤一：根据不同用户对QoS的不同需求，对应地将各用户的数据归入到实时可靠队列、实时非可靠队列、非实时可靠队列或非实时非可靠队列中；对所述实时可靠队列和非实时可靠队列中的每一用户的原始数据进行***喷泉码编码，得到原始数据和冗余编码数据。

以下举例说明。

如图2为数据流排队流程图，基站根据不同用户数据流的QoS要求形成四个队列，即实时可靠队列Q1、实时非可靠队列Q2、非实时可靠队列Q3和非实时非可靠队列Q4，每个队列内部都有不同用户的数据流。

每个用户的各数据包的包头都包含两位标识位，分别为Reli和Real，Reli位为1表示该数据包必须可靠传输，Reli位为0表示不保证可靠性；Real位为1表示该数据必须实时传输，Real位为0表示不保证实时性。

当有数据到来时，通过判断Reli位和Real位来决定进入哪个队列。若Real＝Reli＝1，表示该数据必须可靠且实时传输，因此该数据对应地进入Q1队列；若Real＝1，Reli＝0，数据进入Q2队列；若Real＝0，Reli＝1，数据进入Q3队列；若Real＝Reli＝0，数据进入Q4队列。

不同队列的QoS需求以及采取的调度方式如下表所示：

表1.队列类型及其调度策略

对实时可靠队列和非实时可靠队列中每一用户的数据进行***喷泉码编码，编码后，实时可靠队列和非实时可靠队列的前一部分为每一用户的原始数据，后一部分为每一用户的冗余数据。由于网络拥塞、缓冲区溢出、信道衰落以及干扰等影响，数据包在传输过程中会发生差错。根据***喷泉码的特性，当每一用户收到任意稍大于原始数据量的无差错数据时就可以正确解码出原始数据，这样可以极低的开销极大地保证数据传输的可靠性。

本发明根据QoS需求将用户数据流形成以上四个不同的队列，充分考虑了不同用户对QoS的不同需求，对不同QoS需求的队列采取不同的处理方式，从而有效地保证了各类用户的QoS需求。

步骤二：优先调度实时可靠队列和实时非可靠队列，具体地说：

在奇数时隙内，以轮询的方式选择实时可靠队列中的用户，以分集的方式调度所选择的用户的原始数据；

在偶数时隙内，以轮询的方式选择实时非可靠队列中的用户，以复用的方式调度所选择的用户的原始数据；

实时可靠队列中的每个用户在收到全部原始数据后进行解码。当用户在进行解码时，如果其全部原始数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据。但一旦出现某个用户未能对其全部原始数据解码正确，则执行步骤三。在全部用户的全部原始数据均解码正确的情形下，直接执行步骤四。

以下结合图3具体举例说明。图3为可靠队列(包括实时可靠队列和非实时可靠队列)的处理流程图。可靠队列Q1、Q3中每用户的数据在发送前先经过***喷泉码预编码为K+M个数据包，其中前K个为原始数据包，以section1表示，由天线分集发送；后M个为冗余数据包，以section2表示，由天线复用发送，以N_t表示基站所配置的天线数目。其中，

时隙一：表示天线分集发送Q1队列section1中用户1的原始数据；

时隙二：表示天线复用发送Q2队列中用户组{1，2，...，N_t}的数据；

时隙三：表示天线分集发送Q1队列section2中用户2的原始数据；

时隙四：表示天线复用发送Q2队列中用户组{N_t+1，N_t+2，...，2N_t}的数据；

奇数时隙内，以轮询的方式选择Q1中的一个用户，以分集的方式调度Q1队列section1中该用户的数据，保证可靠性与实时性。偶数时隙内，以轮询的方式选择Q2队列中的N_t个用户，以复用方式发送N_t个用户的数据，保证***容量最优的同时确保实时性；同时，以轮询的方式调度具有相同QoS需求的用户，基站为每位用户分配平等占有信道资源的机会，从而保证了同类用户的公平性。

步骤三：Q2队列为所有实时非可靠用户的全部原始数据，已由步骤二全部轮询调度完毕，因此此时Q2队列已空；同理Q1队列的section1为所有实时可靠用户的全部原始数据，也已由步骤二全部轮询调度完毕，因此Q1队列的section1也已清空，此时基站复用调度Q1队列中section2中的数据。

以轮询的方式选择Q1队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度Q1队列section2中该用户的冗余编码数据。Q1队列中的每个用户对收到的冗余编码数据进行***喷泉码解码：若***喷泉码解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，基站停止为该用户发送冗余编码数据。当基站收到Q1队列中的所有用户的确认消息后，执行步骤四。

若基站的每根天线均可发送任意一个用户的数据，此时可达到局部容量最优，但由于每根天线都有K种映射，N_t根天线共有

种映射，因此计算复杂度较大。而本发明同时兼顾计算复杂度、公平性以及***容量，选择了AA-RRS方式调度，此时***容量次优，但计算复杂度大大降低，同时可以保证同类用户间的公平性。

步骤四：在步骤二结束时Q2队列和Q1队列的section1的全部数据已被调度完毕，步骤三结束时，基站已收到全部实时可靠用户的确认消息，将不再产生冗余编码数据，因此Q1队列的section2也已被清空，也即此时Q1与Q2队列已空。在奇数时隙内，以轮询的方式选择Q3中的一个用户，以分集的方式调度Q1队列section1中该用户的数据。偶数时隙内，以轮询的方式选择Q4队列中的N_t个用户，以复用方式发送N_t个用户的数据。

Q3队列中的各用户在收到全部原始数据后进行解码：如果对全部原始数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据；如果一旦出现某个用户未能对其全部原始数据解码正确，则执行步骤五。如果全部用户的全部原始数据均解码正确，则调度完毕。

步骤五：Q4队列为所有非实时非可靠用户的全部原始数据，已由步骤四全部轮询调度完毕；同理Q3队列的section1为所有非实时可靠用户的全部原始数据，也已由步骤四全部轮询调度完毕，因此Q3队列的section1也已清空。基站复用调度Q3队列中section2中的数据。

以轮询的方式选择Q3队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度Q3队列section2中该用户的冗余编码数据。Q3队列中的用户在每收到一个冗余编码数据后则进行解码，当准确恢复出原始数据时，该用户向基站反馈确认消息，基站则停止为该用户发送冗余编码数据。当基站收到Q3队列中的所有用户的确认消息时，调度完毕。

Claims (1)

1.一种用于多用户MIMO***的基于QoS的调度方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：根据不同用户对QoS的不同需求，对应地将各用户的数据归入到实时可靠队列、实时非可靠队列、非实时可靠队列或非实时非可靠队列中；对所述实时可靠队列和非实时可靠队列中的每一用户的原始数据进行***喷泉码编码，得到原始数据和冗余编码数据；

步骤二：在奇数时隙内，以轮询的方式选择实时可靠队列中的用户，以分集的方式调度所选择的用户的原始数据；

在偶数时隙内，以轮询的方式选择实时非可靠队列中的用户，以复用的方式调度所选择的用户的数据；

实时可靠队列中的每个用户在收到全部原始数据后进行解码；如果对全部原始数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据，否则执行步骤三；如果实时可靠队列中的全部用户的全部原始数据均解码正确，则执行步骤四；

步骤三：以轮询的方式选择实时可靠队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度所选择的用户的冗余编码数据；实时可靠队列中的用户对收到的冗余编码数据进行***喷泉码解码，若***喷泉码解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，基站停止为该用户发送冗余编码数据；当基站收到实时可靠队列中的所有用户的确认消息后，执行步骤四；

步骤四：在奇数时隙内，以轮询的方式选择非实时可靠队列中的用户，以分集的方式调度所选择的用户的原始编码数据；

在偶数时隙内，以轮询的方式选择非实时非可靠队列中的用户，以复用的方式调度所选择的用户的数据；

非实时可靠队列中的用户在收到全部原始编码数据后进行解码；如果对全部原始编码数据解码正确，则该用户向基站反馈确认消息，以使基站不向该用户发送冗余编码数据，否则执行步骤五；如果非实时可靠队列中的全部用户的全部原始编码数据均解码正确，则调度完毕；

步骤五：以轮询的方式选择非实时可靠队列中未能全部正确解码的用户，以复用的方式调度所选择的用户的冗余编码数据；非实时可靠队列中的用户在每收到一个冗余编码数据后则进行解码，当准确恢复出原始数据时，该用户向基站反馈确认消息，基站则停止为该用户发送冗余编码数据；当基站收到非实时可靠队列中的所有用户的确认消息时，调度完毕。