專利名稱：自適應(yīng)調(diào)度的mimo通信系統(tǒng)及其自適應(yīng)用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)天線系統(tǒng)及其用戶調(diào)度(User Scheduling)方法，特別是自適應(yīng)調(diào)度的多輸入多輸出天線系統(tǒng)及其自適應(yīng)用戶調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
未來的無線通信系統(tǒng)需要支持非常高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，比如說視頻會議、視頻點播、交互視游戲等等。根據(jù)ITU-R M1645文件中提到的要求對于高速無線業(yè)務(wù)(High Mobility)，需要支持最高到100Mbps的速率；而對于低速(Low Mobility)或者固定無線(Fixed Wireless)業(yè)務(wù)，更需要達到1Gbps的速率。無線通信中一個信道的速率等于該信道的頻譜帶寬和其所應(yīng)用技術(shù)的頻譜效率的乘積。為了提高速率，我們可以提高其頻譜帶寬或者其所應(yīng)用技術(shù)的頻譜效率。由于頻率資源是有限的，所以不可能無限制地增加頻譜帶寬來增加通信速率，最好的方法是提高所應(yīng)用技術(shù)的頻譜效率。最近的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用多輸入多輸出技術(shù)能夠使頻譜效率大大的提高。
所謂的多輸入多輸出技術(shù)就是同時在通信系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端安裝多根天線(Multiple Antennas)。它包括在其中的一端安裝多天線，即單輸入多輸出(Single Input Multiple Output，SIMO)和多輸入單輸出(Multiple InputSingle Output，MISO)。由于不同的天線在物理上是分開的，所以一般認為多天線給通信系統(tǒng)引入了一個額外的信號域—空間域。
在多輸入多輸出系統(tǒng)中，通?？梢圆捎脙煞N信號處理的方法來提高信道的頻譜效率。第一種信號處理方法叫空時編碼(Space Time Coding，STC)，其將一個原始數(shù)據(jù)流通過一組編碼器生成nT個碼流并從不同的天線(假設(shè)有nT根天線)發(fā)射出去。其中，每個碼流都是原始數(shù)據(jù)流的一個不同變化版本，碼流本身在時間域上有相關(guān)性，并且碼流之間也有一定的相關(guān)性。這樣，在接收端(假設(shè)有nR根天線)就可以利用這些相關(guān)性來得到更好的誤碼性能，或者是在保持誤碼性能不變的前提下通過增加每個信號符號上的比特數(shù)來增加頻譜效率。通過空時編碼得到的空間域上的增益叫作分集增益(DiversityGain)，一個多天線系統(tǒng)能提供的最大的分集增益是nT×nR。
另外一種信號處理方法叫分層空時信號處理(Layered Space Time SignalProcessing，LAST)，其將一個原始的數(shù)據(jù)流分成nT個獨立的碼流并從不同的天線上發(fā)射出去。每個碼流都是原始數(shù)據(jù)流的一部分，它們之間沒有任何的相關(guān)性。在接收端，通過一些多維的信號處理方法可以把從不同天線上發(fā)射的每個碼流分解開來，這些信號處理方法可以是最大似然法(MaximumLikelihood，ML)、最小均方誤差法(Minimum Mean Square Error，MMSE)或者迫零法(Zero-Forcing，ZF)。這樣的話，就相當于在接收端和發(fā)送端之間建立了nT條相互獨立的信道，頻譜效率也就相應(yīng)的提高了大概nT倍。通過分層空時信號處理得到的空間域上的增益叫作復(fù)用增益(Multiplexing Gain)。一個多天線系統(tǒng)能提供的最大的復(fù)用增益等于nT和nR中小的那個數(shù)，即Min(nT，nR)。
研究發(fā)現(xiàn)，對于單用戶(Single-User)點對點(Point to Point)多天線通信系統(tǒng)，空間域提供的分集增益和復(fù)用增益之間有一個折衷提供的分集增益多了，復(fù)用增益就減少；反之亦然。
然而，現(xiàn)代的通信系統(tǒng)都基于蜂窩結(jié)構(gòu)，基本的通信模式是蜂窩中的一個基站同時為很多個用戶(Mobile Station，MS)提供服務(wù)，這就涉及到多用戶的接入問題一多址方式(Multiple Access)。傳統(tǒng)的接入方式有FDMA、TDMA以及CDMA，它們都是基于電路交換(Circuit Switch)原則的，即每個用戶都給分配了一個固定的頻帶(FDMA)、時隙(TDMA)或擴頻碼(CDMA)。
以GSM為例，基站把一條200K的信道以固定時隙分配的方法把一個幀的8個時隙分配給8個用戶進行通信。這種方法的優(yōu)點就是可以保證通信業(yè)務(wù)的時延特性，比較適合于語音通信這類對時延比較敏感的業(yè)務(wù)。其缺點是固定資源分配沒有考慮到用戶通信時的無線信道狀況。由于無線信道的變化非常大，如果用戶在其信道處于深衰落的時候分配到了信道的話，將導(dǎo)致系統(tǒng)性能的損失。
未來的通信系統(tǒng)將以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，對時延的要求不是太嚴格。這樣的話可以采用分組交換(Packet Switch)的多址方式。采用分組交換時，基站需要實時地把信道分配給不同的用戶，這里叫作用戶調(diào)度(User Scheduling)。目前有兩種最基本的用戶調(diào)度方法被應(yīng)用到無線通信系統(tǒng)中。一種是循環(huán)(Round Robin)調(diào)度，即信道通過循環(huán)的方式分配給所有的用戶。這種方法的效果和電路交換一樣，保證了時延特性和用戶間的公平性，但沒有提高性能。另一種叫最大載干比(MaxC/I)調(diào)度，其可以根據(jù)用戶的信道衰落情況動態(tài)把當前信道的使用權(quán)分配給具有最大載波干擾比的用戶。這樣的話，系統(tǒng)的性能可以得到很大提高。通過最大載干比調(diào)度得到的性能增益叫作多用戶分集(Multiuser Diversity)。
研究發(fā)現(xiàn)，對于傳統(tǒng)的多用戶單天線(Multiuser Single Input Single Output，MuSISO)系統(tǒng)，調(diào)度算法只要把信道分配給具有最大載干比的用戶，系統(tǒng)性能就可以達到最大化。但相同的結(jié)論不能應(yīng)用到多用戶多天線系統(tǒng)，即多用戶多輸入多輸出(Multiuser MIMO，MuMIMO)。當多天線用到多用戶系統(tǒng)中時，多天線除了能夠提供分集增益和復(fù)用增益之外，還可以在空間域中提供多用戶接入，即空分多址(Spatial Division Multiple Access，SDMA)。通過使用空分多址，允許接入的用戶都分配到一定的空間資源來建立相互獨立的通信鏈路，各個用戶的空間資源可以用于提供分集增益或者復(fù)用增益。研究發(fā)現(xiàn)，在多天線的情況下，把信道同時分配給多于或等于一個用戶才可以使調(diào)度系統(tǒng)的性能最大化。但以上的發(fā)現(xiàn)只是給出了一個純理論的指引，缺乏有效的最優(yōu)化用戶調(diào)度方法。
對于通信系統(tǒng)的下行鏈路來講，可以在基站端用發(fā)送信號處理的方法來實現(xiàn)空分多址，比如水印編碼(Dirty Paper Coding，DPC)和發(fā)送波束成形(Transmit BeamForming，TBF)。但這種方法要求發(fā)送端(基站)知道精確的下行信道衰落系數(shù)，這在現(xiàn)實系統(tǒng)中很難實現(xiàn)。另一種方法是用接收信號處理的方法實現(xiàn)空分多址。具體的是在發(fā)送端使用空時碼或分層空時信號處理等方法，在用戶端經(jīng)過干擾消除和信號檢測把有用信息解出來。由于空時碼和分層信號處理都不需要下行信道的衰落系數(shù)，這種方法比較適合用于實現(xiàn)下行信道的空分多址。
另外，最近的研究發(fā)現(xiàn)，在多用戶調(diào)度系統(tǒng)中，使用基于空時碼的多天線系統(tǒng)時，性能還比不上單天線系統(tǒng)。所以在多用戶調(diào)度系統(tǒng)中，傾向于對每個允許接入的用戶使用基于分層空時信號處理的多輸入多輸出系統(tǒng)。即，發(fā)送端根據(jù)有限的信道反饋找出一組用戶，然后把天線分配給該組中的所有用戶，從每個用戶所分配到的天線上發(fā)送該用戶的一個獨立的碼流。當接收天線數(shù)nR大于發(fā)送端的發(fā)送天線數(shù)nT時，每個用戶都可以對每根發(fā)送天線建立一條獨立的無干擾(Interference Free)信道。在這種情況下，每根發(fā)送端天線的分配情況將不影響其他天線的分配?；谶@個特性，美國專利US6,662,024中給出了一個在nR≥nT的前提下多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的用戶調(diào)度算法。當接收天線數(shù)小于發(fā)送天線數(shù)的時候，按照其方法不能對每一條發(fā)送天線建立一條獨立的無干擾信道。這樣的話，US6,662,024中的方法將不可以再用。
參考文獻1(D.J.Mazzarese and W.A.Krzymien， ，“High tbroughputdownlink cellular packet data access with multiple antennas and multiuserdiversity”)中給出了一種當nR＝1時的用戶調(diào)度方法。其假設(shè)每次調(diào)度的用戶數(shù)都是nT個，這樣的話可以把所有的nT根發(fā)送天線分配給這nT個用戶。問題是這種方法顯然不可以保證系統(tǒng)性能的最優(yōu)。
參考文獻2(D.Aktas and H.E.Gamal， ，“Multiuser scheduling forMIMO wireless systems”)中認為每次調(diào)度的用戶數(shù)應(yīng)該是給定的數(shù)量L(1≤L≤nT)，這就需要從所有的nT根發(fā)送天線中挑出L根天線，然后把它們分配給挑選出來的L個用戶。但這種方法只能在給定L的情況下工作，到底L應(yīng)該等于多少還不是太清楚。
參考文獻1、2中所揭示的方法存在以下缺點1)它們都基于固定用戶數(shù)的調(diào)度方法，并且假設(shè)用戶數(shù)已知；2)它們的算法不能保證假設(shè)的用戶數(shù)都可以調(diào)度到，這樣的話，會出現(xiàn)系統(tǒng)性能損失；3)都只解決了nR＝1的情況，當nR＞1時，因為復(fù)雜度非常高而沒有給出具體算法。
因此，以上方法均不能根據(jù)信道狀況提供最優(yōu)化的用戶調(diào)度，即，不能提供最大的系統(tǒng)容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種自適應(yīng)的MIMO通信系統(tǒng)，其通過自適應(yīng)調(diào)度，可以提供最大的系統(tǒng)信道容量。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種MIMO通信系統(tǒng)的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其可以根據(jù)當時的信道狀況自適應(yīng)地提供最優(yōu)化的用戶調(diào)度。
本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其包括發(fā)送端，用于發(fā)送至少具有信道估計信號和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，和至少一接收端，用于接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號并還原用戶數(shù)據(jù)。其中，該反饋信號包括對于接收端最好的發(fā)送天線組、發(fā)送天線組中每根天線對接收端提供的信道容量以及未選中的發(fā)送天線對最好的發(fā)送天線組中每一根發(fā)送天線的性能損失比。發(fā)送端根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用該調(diào)度信息進行自適應(yīng)的用戶調(diào)度，該調(diào)度信息包括調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。
本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其包括以下步驟(a)接收端根據(jù)發(fā)送天線與接收天線之間的信道衰減狀況產(chǎn)生反饋信號，并將該反饋信號反饋給發(fā)送端；(b)由發(fā)送端接收該反饋信號，根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用該調(diào)度信息進行自適應(yīng)的用戶調(diào)度。
其中，該反饋信號包括對于接收端最好的發(fā)送天線組、發(fā)送天線組中每根天線對接收端提供的信道容量以及未選中的發(fā)送天線對最好的發(fā)送天線組中每一根發(fā)送天線的性能損失比，該調(diào)度信息包括調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。
上述的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法中，信道衰落狀況可以由接收端根據(jù)接收天線所接收的信道估計信號而獲得。
上述的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法中，信道衰落狀況也可以是接收端在接收的數(shù)據(jù)幀的同時，根據(jù)接收天線所接收的數(shù)據(jù)幀而獲得的。
進一步，上述步驟(b)包括以下步驟1)設(shè)置用戶調(diào)度列表和已分配天線列表為空；2)比較反饋信息中的信道容量，選出一個最大信道容量值的用戶加入到調(diào)度用戶列表中，并把相應(yīng)的發(fā)送天線加到已分配天線列表；3)針對調(diào)度用戶列表中的用戶，找出相應(yīng)的性能損失比最小的發(fā)送天線，然后找出對應(yīng)該發(fā)送天線的最大信道容量的用戶；4)計算如果該用戶給加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)的總?cè)萘?，如果變大的話就把該用戶加入到調(diào)度用戶列表，相應(yīng)的天線加入分配天線列表，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟3)，如果該用戶加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)容量變小，則調(diào)度到此結(jié)束；5)根據(jù)最后的調(diào)度用戶列表和分配天線列表，進行系統(tǒng)的用戶調(diào)度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)及其調(diào)度方法具有以下優(yōu)點由于接收端所反饋的信息是最好天線組、所選天線能提供的絕對信道容量、和其他沒有選中的天線對已選中天線組的性能損失因子。這可以降低選天線時的算法復(fù)雜度，并且不需要預(yù)先知道要調(diào)度的用戶數(shù)，同時，這個絕對信道容量不受最后調(diào)度到的用戶數(shù)的影響。
同時，對發(fā)送端來說，能夠調(diào)度到的用戶數(shù)取決于當時的信道狀況，而不需要預(yù)先的確定。
因此，該MIMO通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)自適應(yīng)的用戶調(diào)度，從而提高系統(tǒng)控制的智能化以及通信穩(wěn)定性，并始終保持最大的系統(tǒng)容量。


為進一步解釋本發(fā)明，請參考以下描述的附圖圖1為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)的框架圖。
圖2為圖1所示MIMO通信系統(tǒng)的自適應(yīng)用戶調(diào)度的流程圖。
圖3為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)所采用的幀結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送端的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為發(fā)送端的發(fā)送射頻鏈路組的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)中用戶調(diào)度可能性的示意圖。
圖7為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)中用戶調(diào)度可能性的另一示意圖。
圖8為本發(fā)明發(fā)送端的雙工器組的示意圖。
圖9為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的接收端的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為調(diào)度器根據(jù)反饋信息自適應(yīng)的選出要調(diào)度的用戶的流程圖。
圖11為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的調(diào)度示意圖。
圖12為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的另一調(diào)度示意圖。
圖13為實際信道狀況下三種不同調(diào)度方法的性能比較圖。
圖14為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)在每一接收端具有多根接收天線時的性能示意圖。
圖15為本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)度分布式MIMO通信系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
下面就結(jié)合附圖描述本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)的框架圖，其中，該MIMO通信系統(tǒng)包括一發(fā)送端10(基站)以及多個接收端20(用戶)。圖2為圖1所示MIMO通信系統(tǒng)的自適應(yīng)用戶調(diào)度的流程圖。圖3為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)所采用的幀結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖1-3所示，發(fā)送端10具有MIMO數(shù)據(jù)處理器110、MIMO調(diào)度器120、雙工器組130以及nT根發(fā)送天線。每個接收端20具有接收信號處理器210、反饋信息處理器220、雙工器組230以及nR根接收天線。其中，每個接收端20的接收天線數(shù)量可以不同。該幀結(jié)構(gòu)包括信道估計時隙、信道反饋時隙以及數(shù)據(jù)傳輸時隙，并且可以根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)置其他的時隙，這里是為了方便說明而簡化。
調(diào)度信息獲取過程從圖3中可以看出，發(fā)送端10在發(fā)送用戶數(shù)據(jù)信號之前，首先會通過雙工器組130自nT根發(fā)送天線向接收端20發(fā)送信道估計信號。
假設(shè)發(fā)送端10的發(fā)送信號是一個nT維的復(fù)數(shù)向量x∈CnT,]]>每個接收端20接收到的是一個nR維的復(fù)數(shù)向量yk∈CnR,]]>發(fā)送端10和接收端20之間存在一個nR×nT維的信道衰落矩陣Hk=[h1k,...,hnTk]=h1,1kh1,2kΛh1,nTkh2,1kh2,2kMOMhnR,1kΛhnR,nTk...(1)]]>其中，hi，jk表示發(fā)送端10第i根發(fā)送天線和接收端20第j根天線之間的信道傳輸特性(其中k表示第k個用戶)。
則，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表示為
yk＝Hkxk+μk(2)k＝1，...，K其中 是一個nR維的復(fù)數(shù)向量，代表接收端20的白噪聲。
對于每個接收端20，其知道確切的信道衰落矩陣Hk。根據(jù)該信道衰落矩陣，每個接收端20通過接收信號處理器210可以對其進行處理，從而獲得以下信息(1)從所有的nT根發(fā)送天線中找出一個對該接收端20來講是最好的發(fā)送天線組AnIk，所選出來的天線組AnIk中發(fā)送天線的數(shù)量等于該接收端20的接收天線的數(shù)量。
(2)然后，計算該天線組AnIk中每根天線對該接收端20提供的信道容量RAnIk，一種計算方法是Rj=logdet(InRk+pnRkhjhj*)j∈AnIk...(3)]]>其中，InRk表示nR階正定矩陣，p表示功率。
由此，可以得到該天線組AnIk中每根天線對該接收端20提供的信道容量RAnIk。以上僅為一種可以采用的計算方法，但不局限于這種方法。
(3)對于nT根發(fā)送天線中其他沒有選中的天線，接收信號處理器210都會計算其對已選中天線組AnIk的每根天線的性能損失比Df。比如Dfk,i=logdet(InRk+pnRkHAnIkHAnIk*(I+pnRkhihi*)-1)i∈null(AnIk)...(4)]]>接收信號處理器210將以上處理后所獲得的信息作為用戶反饋信息傳送給反饋信息處理器220。該用戶反饋信息包括最好的發(fā)送天線組AnIk、該發(fā)送天線組AnIk中每根天線對該接收端20提供的信道容量RAnIk、以及未選中的發(fā)送天線對已選中的發(fā)送天線組AnIk中每一根天線的性能損失比Dfk，i。
反饋信息處理器220將接收到的用戶信息進行處理，將其轉(zhuǎn)化成適合MIMO通信系統(tǒng)的反饋信號(射頻信號)。該反饋信號通過接收端20的天線經(jīng)反饋信道反饋給發(fā)送端10。
發(fā)送端10的天線接收該反饋信號后，將其傳送到MIMO調(diào)度器120。MIMO調(diào)度器120根據(jù)該信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用所產(chǎn)生的調(diào)度信息控制MIMO數(shù)據(jù)處理器110的操作，從而使MIMO通信系統(tǒng)達到最大系統(tǒng)容量時的調(diào)度狀態(tài)。即，根據(jù)調(diào)度信息進行最優(yōu)化的用戶調(diào)度。該調(diào)度信息至少包括所調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、所選擇的發(fā)送天線。
進而，當確定了此時需要調(diào)度的用戶和發(fā)送天線后，MIMO數(shù)據(jù)處理器110將根據(jù)調(diào)度信息進行用戶數(shù)據(jù)的處理并從選定的發(fā)送天線發(fā)送給選定用戶。
這樣，該MIMO通信系統(tǒng)具有以下特點1)對每個接收端20來講，可以要求最多分配給和其接收天線數(shù)一樣多的發(fā)送天線數(shù)；2)對每個接收端20來講，其反饋的是最好的天線組、所選天線能提供的絕對信道容量、和其他沒有選中的天線對已選中天線組的性能損失因子。這可以降低選天線時的算法復(fù)雜度，并且不需要預(yù)先知道要調(diào)度的用戶數(shù)，同時，這個絕對信道容量不受最后調(diào)度到的用戶數(shù)的影響；3)對發(fā)送端10來說，能夠調(diào)度到的用戶數(shù)取決于當時的信道狀況，而不需要預(yù)先的確定。
因此，該MIMO通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)自適應(yīng)的用戶調(diào)度，從而提高系統(tǒng)控制的智能化以及通信穩(wěn)定性，并始終保持最大的系統(tǒng)容量。
上述獲得信道衰落狀況的方法是通過利用信道估計信號(即導(dǎo)頻信號)而進行，其在數(shù)據(jù)幀中插入信道估計信號，接收端20根據(jù)該信道估計信號獲得發(fā)送端10與接收端20之間的信道衰落狀況，進一步由接收信號處理器210對信道衰落狀況處理后所獲得用戶反饋信息。
然而，本發(fā)明中也可以利用信道盲估計方式獲得信道衰落狀況。即，數(shù)據(jù)幀中不需要設(shè)置信道估計時隙，接收端20在接收到發(fā)送端10發(fā)送的數(shù)據(jù)同時，通過信道盲估計獲得信道衰落狀況，然后由接收信號處理器210對信道衰落狀況處理后所獲得用戶反饋信息。此時可以避免信道估計信號的插入所造成的頻譜資源的浪費。
圖4進一步描述了本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送端10的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為發(fā)送端10的發(fā)送射頻鏈路組的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6和圖7為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)中用戶調(diào)度可能性的示意圖。圖8為本發(fā)明發(fā)送端10的雙工器組130的示意圖。圖9進一步描述了本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的接收端20的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4和圖9中采用分層時空信號處理方式進行MIMO通信的描述。對于信號處理而言，同樣可以采取其他現(xiàn)有技術(shù)所揭示的信號處理方法和裝置來執(zhí)行，例如空時編碼方式。
用戶數(shù)據(jù)發(fā)送/接收以及調(diào)度過程發(fā)送端10在圖4中，該發(fā)送端10包括MIMO數(shù)據(jù)處理器110、MIMO調(diào)度器120、雙工器組130以及nT根發(fā)送天線。
該MIMO調(diào)度器120包括一接收射頻鏈路組123、一MIMO接收信號處理器122以及調(diào)度器121。其中，接收射頻鏈路組123具有與發(fā)送天線對應(yīng)數(shù)量的接收射頻鏈路，用于將接收到的反饋信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的碼流。MIMO接收信號處理器122將該轉(zhuǎn)化的碼流進行分層空時信號處理，獲得相應(yīng)的調(diào)度信息。該調(diào)度信息包括需要被調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。調(diào)度器121利用該調(diào)度信息控制MIMO數(shù)據(jù)處理器110的信號處理。
該MIMO數(shù)據(jù)處理器110包括一用戶選擇器111、多個并行排列的分流器112、MIMO發(fā)送信號處理器113、發(fā)送射頻鏈路組114以及發(fā)送天線選擇器115。
其中，在調(diào)度信息的控制下，用戶選擇器111用于選擇所要調(diào)度的用戶數(shù)量nS，并輸出相應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)。這里，nS小于等于發(fā)送端10天線的數(shù)量nT。
在調(diào)度信息的控制下，nS個分流器112被選中來對所調(diào)度的nS個用戶的用戶數(shù)據(jù)進行分流處理，即，將所調(diào)度的nS個用戶的用戶數(shù)據(jù)分成L個碼流輸出，其中，L的最大值與發(fā)送天線數(shù)量nT相同。
然后，由MIMO發(fā)送信號處理器113將分流器112輸出的L個碼流視為L個不同的層進行處理，其處理方式為分層空時信號處理。
發(fā)送射頻鏈路組114用于將經(jīng)過分層空時信號處理的L個碼流轉(zhuǎn)化為L個對應(yīng)的射頻信號。
在調(diào)度信息的控制下，發(fā)送天線選擇器115選擇所調(diào)度的L根天線，將發(fā)送射頻鏈路組114輸出的L個射頻信號通過雙工器組130往所調(diào)度的L根天線傳送。
最后，通過所調(diào)度的L根天線將射頻信號發(fā)送給所調(diào)度的用戶。
圖5中進一步描述了發(fā)送射頻鏈路組114的具體結(jié)構(gòu)，其包括L個并行發(fā)送射頻鏈路，每個發(fā)送射頻鏈路具有串行連接的調(diào)制器116、上變頻器117以及功率放大器118，該功率放大器可以是大功率線性放大器。其中，該L發(fā)送射頻鏈路分別用于將MIMO發(fā)送信號處理器113輸出的L個碼流轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的射頻信號。
以上所述的L值的大小可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的情況而設(shè)置，以下將對此進行詳細說明。
請參閱圖6，為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)中用戶調(diào)度可能性的示意圖。其中，發(fā)送端10具有4根發(fā)送天線，接收端(用戶)20的數(shù)量為K＝32，每一接收端20具有1根接收天線。在發(fā)送端10的總發(fā)射功率P＝1和P＝10的情況下，可以看出，MIMO通信系統(tǒng)調(diào)度到2個用戶的可能性最大，其次是調(diào)度到3個用戶，而調(diào)度到1個和4個用戶的可能性比較小，幾乎沒有調(diào)度到其他數(shù)量的用戶。據(jù)此，可以將L值設(shè)定為3，或者為了讓系統(tǒng)的調(diào)度損失最小，可以將L值進一步設(shè)置為4。
同樣，圖7為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)中用戶調(diào)度可能性的另一示意圖。其中，發(fā)送端10具有8根發(fā)送天線，接收端(用戶)20的數(shù)量為K＝32，每一接收端20具有1根接收天線。在發(fā)送端10的總發(fā)射功率P＝1和P＝10的情況下，可以看出，MIMO通信系統(tǒng)調(diào)度到3個用戶的可能性最大，其次是調(diào)度到2個和3個用戶，而調(diào)度到5個用戶的可能性比較小，幾乎沒有調(diào)度到其他數(shù)量的用戶。因此，可以將L值設(shè)定為4，或者為了讓系統(tǒng)的調(diào)度損失最小，可以將L值進一步設(shè)置為5。
從以上說明可以看出，L值可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計而改變，這樣可以不需要將其始終設(shè)置為等于發(fā)送天線數(shù)nT。也就是，可以在系統(tǒng)設(shè)計時，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度情況確定L值，從而可以確定發(fā)送射頻鏈路組114中發(fā)送射頻鏈路的數(shù)量，而不需要將其數(shù)量始終設(shè)置為nT，進而，可以減少系統(tǒng)的制造成本。
圖8為本發(fā)明發(fā)送端10的雙工器組130的示意圖。其中，該雙工器組130包括nT個并行的雙工器。每一個雙工器與一根對應(yīng)的發(fā)送天線相連接，并且均連接到發(fā)送天線選擇器115和接收射頻鏈路組123。
接收端20為了簡化描述，這里僅僅示出了其中一個所調(diào)度用戶的接收端20。
在圖9中，該接收端20具有接收信號處理器210、反饋信息處理器220、雙工器組230以及nR根天線。
其中，該接收信號處理器210包括一接收射頻鏈路組211和一MIMO接收信號處理器212。該反饋信息處理器220包括一MIMO發(fā)送信號處理器221和一發(fā)送射頻鏈路組222。
該接收射頻鏈路組211具有與接收天線數(shù)量nR相同的并行的接收射頻鏈路(圖未示)，用于將接收到的射頻信號恢復(fù)為相應(yīng)的碼流，并發(fā)送給MIMO接收信號處理器212。
該MIMO接收信號處理器212將碼流還原為原始的用戶數(shù)據(jù)，并將其輸出。
為了更清楚地說明本發(fā)明的調(diào)度過程，請參閱圖10，為調(diào)度器121根據(jù)反饋信息自適應(yīng)的選出要調(diào)度的用戶的流程圖。
從圖10中可以看出，該過程包括以下步驟1)設(shè)置用戶調(diào)度列表SU和已分配天線列表SA為空；2)比較所有反饋回來的信道容量信息RAnIk，選出一個有最大信道容量值的用戶加入到調(diào)度用戶列表SU中，并把相應(yīng)的發(fā)送天線加到已分配天線列表SA；3)針對調(diào)度用戶列表中的用戶，找出相應(yīng)的性能損失比最小的發(fā)送天線，然后找出對應(yīng)該發(fā)送天線的最大信道容量的用戶；4)計算如果這個用戶給加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)的總?cè)萘?，如果變大的話就把這個用戶加入到調(diào)度用戶列表SU，相應(yīng)的天線加入分配天線列表SA，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟3)。如果這個用戶加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)容量變小，調(diào)度到此結(jié)束；5)根據(jù)最后的調(diào)度用戶列表SU和分配天線列表SA，控制MIMO數(shù)據(jù)處理器110把用戶的數(shù)據(jù)流分成獨立的碼流從分配到的發(fā)送天線上發(fā)送出去。
調(diào)度例為了清楚說明本發(fā)明的優(yōu)越性，這里采用參考文獻2中提到的方法作為比較。由于參考文獻2只提供了每個接收端20的天線數(shù)量nR＝1時的具體算法(未提及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這里是根據(jù)其方法假設(shè)的系統(tǒng)的簡化圖)，并且其所要調(diào)度的用戶數(shù)量是固定的，因此，我們這里假設(shè)每個接收端20的天線數(shù)量nR＝1，并且需要調(diào)度2個用戶。此時，可以看作是接收天線數(shù)少于發(fā)送天線數(shù)這樣的狀況。但是，這樣的假設(shè)只是為了能簡單直觀的理解本發(fā)明而設(shè)定，本發(fā)明的方法同樣可以適用到接收天線數(shù)大于發(fā)送天線數(shù)的狀況。同時，為了能夠簡單地說明用戶調(diào)度情況，對信道容量、干擾因子的計算都作了一定的簡化，但和原系統(tǒng)是保持一致的。
(第一調(diào)度例)圖11為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的調(diào)度示意圖。在圖11中，左邊部分表示了該MIMO通信系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖，右邊部分用戶接收天線與對應(yīng)發(fā)送天線之間的衰落系數(shù)的坐標圖。
如圖11所示，該調(diào)度系統(tǒng)包括一個發(fā)送端10和兩個用戶(接收端)A、B，其中，發(fā)送端10上安裝了3根發(fā)送天線14A、14B和14C，每個用戶A、B分別有一根接收天線12A、12B。
當用戶A、B的接收天線12A、12B分別接收到發(fā)送天線14A、14B和14C發(fā)送的信道估計信號時，通過MIMO接收信號處理器212計算出各天線對之間的衰落系數(shù)。其中，對于用戶A的接收天線12A，其與發(fā)送天線14A、14B和14C形成的天線對的衰落系數(shù)分別為h11=7,h21=1,h31=3,]]>對于用戶B的接收天線12B，其與發(fā)送天線14A、14B和14C形成的天線對的衰落系數(shù)分別為h12=6,h22=9,h32=4.]]>對于參考文獻2從衰落系數(shù)可以看出，如果采用參考文獻2中的方法，則用戶A的反饋信息是1.對于用戶A的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14A，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI1＝{1}；2.對于用戶A的最差的發(fā)送天線(也就是干擾最小或者信道增益最小的發(fā)送天線)是發(fā)送天線14B，記為S1＝{2}；3.最好天線與最差天線的信號干擾比為
SINR1=h11h21=7]]>同樣可以看出，用戶B的反饋信息是1.對于用戶B的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14B，記為AnI2＝{2}；2.對于用戶B的最差的發(fā)送天線是發(fā)送天線14C，記為S2＝{3}；3.最好天線和最差天線的信號干擾比為SINR2=|h22|h32=2.25]]>然后，發(fā)送端10根據(jù)以上反饋信息去調(diào)度用戶1.首先，找出有最大信號干擾比的用戶，在這個情況下是用戶A，信號干擾比為7；2.接著，尋找另外的用戶，該用戶的最好天線必須是用戶A的最差天線，即發(fā)送天線14B，此時，可以找到用戶B。然后，看用戶B的最差天線是不是用戶A的最好天線。如果不是，由于用戶B的最好天線的引入將對用戶A產(chǎn)生較大的干擾，因此不可以被調(diào)度進來。如果是，則用戶B將被調(diào)度進來。這里，用戶B的最差天線即發(fā)送天線14B不是用戶A的最好天線14A，而是發(fā)送天線14C，因此用戶B不能被調(diào)度。同時，由于反饋信息中包括AnI1、S1、AnI2、S2、SINR1以及SINR2，由這些信息無法判斷加入用戶B后系統(tǒng)信道增益的狀況，因此用戶B不能被調(diào)度。
3.結(jié)果是，系統(tǒng)只能調(diào)度一個用戶用戶A，并且發(fā)送天線14A分配給用戶A，信道增益是7。
對于本發(fā)明從信道衰落系數(shù)可以得知，用戶A的反饋信息是1.對于用戶A的最好的發(fā)送天線為發(fā)送天線14A，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI1＝{1}；2.該天線對12A-14A對用戶A的信道容量為R1=|h11|=7;]]>3.其他沒有選中的發(fā)送天線14B、14C與接收天線12A形成的天線對的衰落因子分別為Df1，2＝1、Df1，3＝3。
用戶B的反饋信息是1.對于用戶B的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14B，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI2＝{2}；2.該天線對12B-14B對用戶B的信道容量為R2=|h22|=9;]]>3.其他沒有選中的發(fā)送天線14A、14C與接收天線12B形成的天線對的衰落因子分別為Df2，1＝6、Df2，3＝4。
然后，發(fā)送端10根據(jù)以上反饋信息去調(diào)度用戶1.首先，找出有最大信道容量的用戶，這里可以找到用戶B，其信道容量為9，確定最好發(fā)送天線為發(fā)送天線14B；2.接著，根據(jù)找到的最好發(fā)送天線14B找另外的用戶，該用戶的最好天線必須是用戶B的最差天線，即發(fā)送天線14C。此時，由于發(fā)送天線14C不是用戶A的最好天線，因此，用戶A不能被調(diào)度；3.結(jié)果是，系統(tǒng)可以調(diào)度一個能提供最大信道容量的用戶用戶B，并且發(fā)送天線14B分配給了用戶B，總的信道增益是9。
從參考文獻2和本發(fā)明調(diào)度方法比較可以得知，采用本發(fā)明的調(diào)度方法可以調(diào)度到一個信道增益大的用戶B，然而，采用參考文獻2中的調(diào)度方法能得到的信道容量僅為7。因而，采用本發(fā)明的調(diào)度方法可以提供最大的信道容量。
(第二調(diào)度例)圖12為本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)的另一調(diào)度示意圖。在圖12中，左邊部分表示了該MIMO通信系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)圖，右邊部分用戶接收天線與對應(yīng)發(fā)送天線之間的衰落系數(shù)的坐標圖。為了方便描述，同樣的部件采用同樣的附圖標記進行描述。
如圖12所示，該調(diào)度系統(tǒng)包括一個發(fā)送端10和兩個用戶A、B，其中，發(fā)送端10上安裝了3根發(fā)送天線14A、14B和14C，每個用戶A、B分別有一根接收天線12A、12B。
當用戶A、B的接收天線12A、12B分別接收到發(fā)送天線14A、14b和14c發(fā)送的信道估計信號時，通過MIMO接收信號處理器212計算出各天線對之間的衰落系數(shù)。其中，對于用戶A的接收天線12A，其與發(fā)送天線14A、14B和14C形成的天線對的衰落系數(shù)分別為h11=7,h21=1,h31=3,]]>對于用戶B的接收天線12B，其與發(fā)送天線14A、14B和14C形成的天線對的衰落系數(shù)分別為和h12=4,h22=9,h32=6.]]>其情況基本同圖8一樣，只是針對用戶B交換了發(fā)送天線14A和14C的增益。
對于參考文獻2從衰落系數(shù)可以看出，如果采用參考文獻2中的方法，則用戶A的反饋信息是1.對于用戶A的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14A，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI1＝{1}；2.對于用戶A的最差的發(fā)送天線是發(fā)送天線14B，記為S1＝{2}；3.最好天線與最差天線的信號干擾比為SINR1=|h11|h21=7]]>同樣可以看出，用戶B的反饋信息是1.對于用戶B的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14B，記為AnI2＝{2}；2.對于用戶B的最差的天線是發(fā)送天線14A，記為S2＝{1}；3.最好天線和最差天線的信號干擾比為SINR20=|h22|h12=2.25]]>然后，發(fā)送端10根據(jù)以上反饋信息去調(diào)度用戶1.首先，找出有最大信號干擾比的用戶，在這個情況下是用戶A，信號干擾比為7；2.接著，尋找另外的用戶，該用戶的最好天線必須是用戶A的最差天線，即發(fā)送天線14B，此時，可以找到用戶B。然后，看用戶B的最差天線是不是用戶A的最好天線。如果不是，由于用戶B的最好天線的引入將對用戶A產(chǎn)生較大的干擾，因此不可以被調(diào)度進來。如果是，則需要進一步看用戶B的加入是否可以提高系統(tǒng)的信道容量。這里，用戶B對系統(tǒng)的信道增益為2.25，也成為可以調(diào)度的用戶。
3.結(jié)果是，系統(tǒng)可以調(diào)度兩個用戶用戶A和用戶B，并且發(fā)送天線14A分配給用戶A，發(fā)送天線14B分配給用戶B，信道增益分別是7和2.25，總的信道增益為9.25。
對于本發(fā)明從信道衰落系數(shù)可以得知，用戶A的反饋信息是1.對于用戶A的最好的發(fā)送天線為發(fā)送天線14A，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI1＝{1}；2.該天線對12A-14A對用戶A的信道容量為R1=|h11|=7;]]>3.其他沒有選中的發(fā)送天線14B、14C與接收天線12A形成的天線對的衰落因子分別為Df1，2＝1、Df1，3＝3。
用戶B的反饋信息是1.對于用戶B的最好的發(fā)送天線是發(fā)送天線14B，即最好的發(fā)送天線組，記為AnI2＝{2}；2.該天線對12B-14B對用戶B的信道容量為R2=|h22|=9;]]>3.其他沒有選中的發(fā)送天線14A、14C與接收天線12B形成的天線對的衰落因子分別為Df2，1＝4、Df2，3＝6。
然后，發(fā)送端10根據(jù)以上反饋信息去調(diào)度用戶1.首先，找出有最大信道容量的用戶，這里可以找到用戶B，其信道容量為9，其確定最好發(fā)送天線為發(fā)送天線14B；2.接著，根據(jù)找到的最好發(fā)送天線14B找另外的用戶，該用戶的最好天線必須是用戶B的最差天線，即發(fā)送天線14A。此時，由于發(fā)送天線14A是用戶A的最好天線，因此，還需要進一步判斷，如果調(diào)度用戶A是否可以增加系統(tǒng)的信道容量，可以看出，在調(diào)度用戶A的情況下，總的信道增益是9/4+7/1＝9.25＞9，因此，用戶A可以被調(diào)度；3.結(jié)果是，系統(tǒng)可以調(diào)度兩個用戶即用戶A和用戶B，并且發(fā)送天線14A分配給用戶A，發(fā)送天線14B分配給了用戶B，總的信道增益是9.25。
從參考文獻2和本發(fā)明調(diào)度方法比較可以得知，雖然在這個比較例中，采用本發(fā)明的調(diào)度方法和參考文獻的調(diào)度方法都可以調(diào)度到一個最優(yōu)的用戶組合。然而，本發(fā)明是通過自適應(yīng)方法找到這樣一個組合，參考文獻2必須要預(yù)先知道所要調(diào)度的用戶數(shù)量是2才能得到這樣的結(jié)果。如果在其他的假設(shè)條件下，調(diào)度2個用戶可能不是最好的結(jié)果，這時，本發(fā)明的調(diào)度方法可以自適應(yīng)去尋找最優(yōu)的組合，而參考文獻2中的調(diào)度方法則不能。
因此，本發(fā)明的調(diào)度方法優(yōu)于參考文獻2中的調(diào)度方法，其可以自適應(yīng)地提供最大的信道容量。
為了更清楚地體現(xiàn)本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)及調(diào)度方法的優(yōu)越性，請參閱圖13，這里給出了實際的信道狀況下三種不同調(diào)度方法的性能比較，橫坐標表示用戶的數(shù)量，縱坐標表示信道容量。其中，發(fā)送端10的發(fā)送天線數(shù)是4個，每個用戶的接收天線數(shù)是1個，發(fā)送端10的總發(fā)射功率P＝1和P＝10。信道被假設(shè)為符合歸一化的復(fù)高斯分布。
在圖13中，隨著用戶數(shù)的增多，系統(tǒng)的信道容量(為相應(yīng)條件下的統(tǒng)計平均值)也在增加，這是因為用戶數(shù)多的時候，系統(tǒng)的多用戶增益也相應(yīng)地增大。同時，隨著發(fā)送端10的總發(fā)射功率P的變大，系統(tǒng)的信道容量也在增加。通過比較這三種調(diào)度方法可以得知，本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)度方法可以實現(xiàn)最大的系統(tǒng)信道容量。當然，在適當改變發(fā)送天線數(shù)、接收天線數(shù)以及發(fā)射功率的狀況下，這三種調(diào)度方法中，本發(fā)明的調(diào)度方法仍然可以獲得最大的系統(tǒng)信道容量。
圖14為本發(fā)明MIMO通信系統(tǒng)在每一接收端具有多根接收天線時的性能示意圖，橫坐標表示用戶的數(shù)量，縱坐標表示信道容量。其中，發(fā)送端10的發(fā)送天線數(shù)是4個，每個用戶的接收天線數(shù)是2個，發(fā)送端10的總發(fā)射功率P＝1和P＝10?？梢钥闯觯S著用戶數(shù)的增多，系統(tǒng)的信道容量也在增加，同時，隨著發(fā)送端10的總發(fā)射功率P的變大，系統(tǒng)的信道容量也在增加。這進一步體現(xiàn)了本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)度的優(yōu)越性。
以上的說明都是基于集中式多天線系統(tǒng)(Centralized Antenna System)，即，發(fā)送天線安裝在位于蜂窩中心的發(fā)送端10上的多天線系統(tǒng)。然而，本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)度方法同樣可以應(yīng)用到分布式多天線系統(tǒng)(Distributed AntennaSystem)中。
圖15為本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)度分布式MIMO通信系統(tǒng)的示意圖。如圖15所示，為本發(fā)明的一個自適應(yīng)調(diào)度的分布式多天線系統(tǒng)的示意圖。其中，發(fā)送天線安裝在類似小基站的無線接入單元(Radio Acess Unit，RAU)上。該無線接入單元RAU均勻地分布在整個蜂窩系統(tǒng)中，當然也可以根據(jù)實際情況設(shè)置其在整個蜂窩系統(tǒng)中的位置，以獲得該情況下最好的系統(tǒng)信能。
在圖15中，該分布式多天線系統(tǒng)包括多個無線接入單元RAU、一基站收發(fā)信臺BTS、若干用戶MS以及連接鏈路。每個無線接入單元RAU上安裝有至少一根發(fā)送天線，用于收發(fā)射頻信號，二者相當于圖4中的雙工器組130和位于其上的發(fā)送天線。其中，無線接入單元RAU包括至少一雙工器，雙工器的數(shù)量和與其連接的發(fā)送天線數(shù)量對應(yīng)。該基站收發(fā)信臺BTS相當于圖4中的MIMO數(shù)據(jù)處理器110和MIMO調(diào)度器120。連接鏈路將多個無線接入單元RAU與基站收發(fā)信臺BTS連接，用于二者之間的信號傳輸。該連接鏈路可以為有線鏈路，如高速光纖。此時，無線接入單元RAU需要有相應(yīng)的電/光或者光/電信號轉(zhuǎn)換功能。這里的用戶與圖6所示的接收端20相同。
這樣，該分布式多天線系統(tǒng)可以類似于上述的集中式多天線系統(tǒng)操作，并且相對于集中式多天線系統(tǒng)，其可以減小系統(tǒng)的發(fā)射功率，增加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。
綜上所述，本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)及其調(diào)度方法具有以下優(yōu)點1)由于接收端20所反饋的信息是最好天線組、所選天線能提供的絕對信道容量、和其他沒有選中的天線對已選中天線組的性能損失因子。這可以降低選天線時的算法復(fù)雜度，并且不需要預(yù)先知道要調(diào)度的用戶數(shù)，同時，這個絕對信道容量不受最后調(diào)度到的用戶數(shù)的影響；2)對發(fā)送端10來說，能夠調(diào)度到的用戶數(shù)取決于當時的信道狀況，而不需要預(yù)先的確定。
因此，該MIMO通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)自適應(yīng)的用戶調(diào)度，從而提高系統(tǒng)控制的智能化以及通信穩(wěn)定性，并始終保持最大的系統(tǒng)容量。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其包括發(fā)送端(10)，用于發(fā)送至少具有信道估計信號和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，和至少一接收端(20)，用于接收發(fā)送端(10)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號并還原用戶數(shù)據(jù)，其特征在于，該反饋信號包括對于接收端(20)最好的發(fā)送天線組、發(fā)送天線組中每根天線對接收端(20)提供的信道容量以及未選中的發(fā)送天線對最好的發(fā)送天線組中每一根發(fā)送天線的性能損失比，發(fā)送端(10)根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用該調(diào)度信息進行自適應(yīng)的用戶調(diào)度，該調(diào)度信息包括調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)送端(10)包括一雙工器組(130)和位于其上的發(fā)送天線，用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并接收來自接收端(20)的反饋信號；一MIMO調(diào)度器(120)，用于根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息；一MIMO數(shù)據(jù)處理器(110)，用于根據(jù)調(diào)度信息選擇需要調(diào)度的用戶，并將所選擇用戶的數(shù)據(jù)通過選中的發(fā)送天線發(fā)送，以及該接收端(20)包括一雙工器組(230)以及位于其上的接收天線，用于接收來自發(fā)送端(10)的數(shù)據(jù)幀，并發(fā)送用戶反饋信息；一接收信號處理器(210)，用于根據(jù)數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生用戶反饋數(shù)據(jù)和還原用戶數(shù)據(jù)；一反饋信息處理器(220)，用于將用戶反饋信息轉(zhuǎn)化成反饋信號。
3.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該MIMO調(diào)度器(120)包括一接收射頻鏈路組(123)，用于將接收到的反饋信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的碼流；一MIMO接收信號處理器(122)，用于將轉(zhuǎn)化的碼流進行分層空時信號處理，獲得相應(yīng)的調(diào)度信息；以及一調(diào)度器(121)，用于根據(jù)該調(diào)度信息控制MIMO數(shù)據(jù)處理器(110)的信號處理。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該MIMO數(shù)據(jù)處理器(110)包括一用戶選擇器(111)，用于根據(jù)調(diào)度信息，選擇所要調(diào)度的用戶；多個并行排列的分流器(112)，用于對所調(diào)度的用戶的用戶數(shù)據(jù)進行分流處理，輸出多個碼流；一MIMO發(fā)送信號處理器(113)，用于根據(jù)調(diào)度信息將分流器(112)輸出的多個碼流進行分層空時信號處理；發(fā)送射頻鏈路組(114)，用于將經(jīng)過MIMO發(fā)送信號處理器(113)處理多個碼流轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的射頻信號；以及發(fā)送天線選擇器(115)，用于根據(jù)調(diào)度信息選擇發(fā)送天線。
5.如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該發(fā)送射頻鏈路組(114)包括多個并行發(fā)送射頻鏈路，分別將MIMO發(fā)送信號處理器(113)輸出的多個碼流調(diào)制為相應(yīng)的射頻信號，每一發(fā)送射頻鏈路包括串行連接的一調(diào)制器(116)、一上變頻器(117)以及一功率放大器(118)。
6.如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該接收信號處理器(210)包括一接收射頻鏈路組(211)，用于將接收到的射頻信號進行解調(diào)和變頻處理，獲得相應(yīng)的碼流；一MIMO接收信號處理器(212)，用于根據(jù)該碼流產(chǎn)生相應(yīng)的用戶反饋信息，同時還原并輸出用戶數(shù)據(jù)；以及該反饋信息處理器(220)包括一MIMO發(fā)送信號處理器(221)，用于將用戶反饋信息轉(zhuǎn)化成反饋信號；一發(fā)送射頻鏈路組(222)，用于將該反饋信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的射頻信號。
7.如權(quán)利要求5或6所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，該功率放大器(118)為大功率線性功率放大器。
8.如權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)送射頻鏈路(114)的數(shù)量小于或者等于發(fā)送天線數(shù)量。
9.一種MIMO通信系統(tǒng)的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其包括以下步驟(a)接收端根據(jù)發(fā)送天線與接收天線之間的信道衰減狀況產(chǎn)生反饋信號，并將該反饋信號反饋給發(fā)送端；(b)由發(fā)送端接收該反饋信號，根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用該調(diào)度信息進行自適應(yīng)的用戶調(diào)度，其中，該反饋信號包括對于接收端最好的發(fā)送天線組、發(fā)送天線組中每根天線對接收端提供的信道容量以及未選中的發(fā)送天線對最好的發(fā)送天線組中每一根發(fā)送天線的性能損失比，該調(diào)度信息包括調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。
10.如權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其中，信道衰落狀況是由接收端根據(jù)接收天線所接收的信道估計信號而獲得的。
11.如權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其中，信道衰落狀況是接收端在接收的數(shù)據(jù)幀的同時，根據(jù)接收天線所接收的數(shù)據(jù)幀而獲得的。
12.如權(quán)利要求9至11任何一項所述的自適應(yīng)用戶調(diào)度方法，其中步驟(b)包括以下步驟1)設(shè)置用戶調(diào)度列表和已分配天線列表為空；2)比較反饋信息中的信道容量，選出一個最大信道容量值的用戶加入到調(diào)度用戶列表中，并把相應(yīng)的發(fā)送天線加到已分配天線列表；3)針對調(diào)度用戶列表中的用戶，找出相應(yīng)的性能損失比最小的發(fā)送天線，然后找出對應(yīng)該發(fā)送天線的最大信道容量的用戶；4)計算如果該用戶給加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)的總?cè)萘?，如果變大的話就把該用戶加入到調(diào)度用戶列表，相應(yīng)的天線加入分配天線列表，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟3)，如果該用戶加入到系統(tǒng)后系統(tǒng)容量變小，則調(diào)度到此結(jié)束；5)根據(jù)最后的調(diào)度用戶列表和分配天線列表，進行系統(tǒng)的用戶調(diào)度。
全文摘要
一種自適應(yīng)調(diào)度的MIMO通信系統(tǒng)，其包括發(fā)送端，用于發(fā)送至少具有信道估計信號和用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，和至少一接收端，用于接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號并還原用戶數(shù)據(jù)。其中，該反饋信號包括對于接收端最好的發(fā)送天線組、發(fā)送天線組中每根天線對接收端提供的信道容量以及未選中的發(fā)送天線對最好的發(fā)送天線組中每一根發(fā)送天線的性能損失比。發(fā)送端根據(jù)該反饋信號產(chǎn)生調(diào)度信息，并利用該調(diào)度信息進行自適應(yīng)的用戶調(diào)度，該調(diào)度信息包括調(diào)度的用戶、每個用戶應(yīng)該支持的數(shù)據(jù)流、以及發(fā)送調(diào)度用戶數(shù)據(jù)所采用的發(fā)送天線。該MIMO通信系統(tǒng)通過自適應(yīng)調(diào)度，可以提供最大的系統(tǒng)信道容量。
文檔編號H04J99/00GK1797987SQ20041010419
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者潘振崗, 陳嵐 申請人:都科摩(北京)通信技術(shù)研究中心有限公司