專利名稱：空頻調(diào)度方法及空頻調(diào)度裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)，尤其涉及基于MIMO正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)的空頻調(diào)度方法及空頻調(diào)度裝置。
背景技術(shù)：
MIMO技術(shù)的核心思想是利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，從而充分開發(fā)空間資源。在窄帶信道條件下，MIMO系統(tǒng)的信道容量與收、發(fā)天線數(shù)目的最小值近似成正比，它在不增加頻譜資源和天線發(fā)送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量和頻譜利用率。在多用戶MIMO系統(tǒng)中，通過空頻調(diào)度，使得多個用戶共享同一個MIMO信道，實現(xiàn)空分多址(SDMA)，則能夠進一步提高系統(tǒng)的總?cè)萘俊?br>
OFDM技術(shù)是一種多載波傳輸技術(shù)，其將信道分成若干個正交子信道，將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，并調(diào)制到每個子信道上進行傳輸。OFDM系統(tǒng)中正交子信道上的信號可由接收端分別解調(diào)，這樣能夠減少子信道之間的相互干擾(ICI)，并且高效地利用頻譜資源。由于總帶寬被分割為若干個窄帶子載波，當每個子信道的帶寬小于信道的相干帶寬時，每個子信道可以看成平坦性衰落信道，因此OFDM可以有效地抵抗頻率選擇性衰落；并且如果循環(huán)前綴的長度大于信道的最大多徑時延，則可以完全消除符號間干擾。另外，通過OFDM頻率域的子載波調(diào)度和功率分配，對系統(tǒng)的頻率資源進行統(tǒng)計的復(fù)用，可以獲得頻域的多用戶分集增益，提高系統(tǒng)的總體效率。
為了充分發(fā)揮MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)所具備的優(yōu)勢，在OFDM的基礎(chǔ)上合理開發(fā)空間資源，通過將MIMO與OFDM相結(jié)合，形成MIMO OFDM系統(tǒng)，在多用戶MIMO OFDM系統(tǒng)中可以在保證用戶保證業(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)的前提下，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。
目前多用戶MIMO OFDM系統(tǒng)中空頻調(diào)度的優(yōu)化目標主要是使系統(tǒng)在總功率有限的情況下使得頻譜效率最大化，或者在滿足用戶的比特速率要求的情況下使得總功率消耗最小化。然而，在諸如第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的長期演進(LTE)或者后三代(B3G)系統(tǒng)等實際的基于MIMO OFDM技術(shù)的蜂窩通信系統(tǒng)中，大量的用戶接入網(wǎng)絡(luò)，由于可使用的頻率和空間子信道數(shù)量有限，則需要通過執(zhí)行空頻調(diào)度來選擇接收端，并將空間子信道分配給所選擇的接收端，以實現(xiàn)發(fā)射端與接收端之間的數(shù)據(jù)通信，在QoS的條件下，最大化系統(tǒng)的頻譜效率。
圖1示出了基于MIMO OFDM技術(shù)的通信系統(tǒng)的示意圖。參見圖1，擁有四根天線的基站(NodeB)作為發(fā)射端，各自擁有兩根天線的三個用戶設(shè)備(UE)作為接收端。由于空間子信道的數(shù)目最多等于NodeB側(cè)的天線總數(shù)，則NodeB側(cè)通過執(zhí)行空頻調(diào)度方法來選擇UE，并將所有的頻率和空間子信道分配給所選擇的UE。
但是，由于現(xiàn)有的空頻調(diào)度方法僅考慮頻譜效率或者總功率消耗，而未曾顧及用戶間的公平性，這會使得調(diào)度過程完成后，只有少數(shù)用戶能夠享受到網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供的服務(wù)，而距離基站較遠、信道條件惡劣的用戶由于得不到服務(wù)而處于饑餓狀態(tài)，不符合蜂窩通信系統(tǒng)對用戶接入的要求，因此現(xiàn)有的空頻調(diào)度方法無法應(yīng)用于蜂窩通信系統(tǒng)之中。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于MIMO OFDM技術(shù)的空頻調(diào)度方法，能夠在分配空間子信道時保證用戶的公平性。
在根據(jù)本發(fā)明思想的方法中，包括如下步驟A.在到達預(yù)先設(shè)置的調(diào)度周期時，利用接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；B.根據(jù)發(fā)射端預(yù)先設(shè)置的選擇接收端數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。
其中，步驟A所述計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級為計算接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力與歷史平均傳輸速率之商，將所計算出的商值作為所述接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
其中，所述接收端的最小速率MDR為rmin，所述接收端的歷史平均傳輸速率為T，則步驟A所述計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級為計算接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力與歷史平均傳輸速率之商，將所得到的商值與 之積作為所述接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
較佳地，步驟A所述計算調(diào)度優(yōu)先級之前進一步包括根據(jù)接收端的信道信息和該接收端在自身的接收天線上測量的信噪比，計算接收端在當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力；并且，根據(jù)接收端在上一調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率計算當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率。
其中，所述計算當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率為如果所述接收端在上一調(diào)度周期中被選擇，則所述接收端在當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率等于(1-α)乘以該接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的歷史平均傳輸速率再加上α與所述接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的實際傳輸能力之積；否則，所述接收端在當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率等于(1-α)乘以該接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的歷史平均傳輸速率，其中α為取值范圍在0到1之間的遺忘因子；步驟B所述分配空間子信道之后，該方法進一步包括計算分配給空間子信道的增益，并根據(jù)所計算出的增益和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算該接收端在當前周期內(nèi)的實際傳輸能力。
其中，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道包括B11.將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合；B12.從所述候選天線集合中選擇出一根接收天線，加入到服務(wù)天線集合中，并從候選天線集合中刪除該接收天線；B13.判斷所述候選天線集合是否為空，如果是，則執(zhí)行步驟B14，否則，返回執(zhí)行所述步驟B12；B14.將所述服務(wù)天線集合中的接收天線與發(fā)射端構(gòu)成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應(yīng)的空間子信道。
其中，步驟B12所述從候選天線集合中選擇出一根接收天線為計算將接收端的每根接收天線加入到服務(wù)天線集合時，服務(wù)天線集合中的所有接收天線與發(fā)射端組成的信道的容量，并將最大信道容量對應(yīng)的接收天線作為被選擇的天線。
較佳地，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道包括B21.將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合；B22.計算將接收端的每根接收天線加入到服務(wù)天線集合時，服務(wù)天線集合中的所有接收天線與發(fā)射端組成的信道的容量，將最大信道容量對應(yīng)的接收天線作為被選擇的天線，從所述候選天線集合中選擇出所述被選擇的天線，加入到服務(wù)天線集合中，并從候選天線集合中刪除該接收天線以及該接收天線對應(yīng)的接收端的其余接收天線；B23.判斷所述服務(wù)天線集合中的元素的數(shù)目是否達到預(yù)先設(shè)置的空間子信道數(shù)目，如果是，則執(zhí)行步驟B24，否則，返回執(zhí)行所述步驟B22；B24.將所述服務(wù)天線集合中的接收天線與發(fā)射端構(gòu)成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應(yīng)的空間子信道。
其中，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道為在發(fā)射端的發(fā)射天線與接收端之間映射空間子信道。
其中，所述映射空間子信道包括B31.根據(jù)接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力；B32.將所計算出來的所有傳輸能力組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序；B33.選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端和該發(fā)射天線之間映射空間子信道；B34.將該接收端對應(yīng)的所有傳輸能力元素和該發(fā)射天線對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B35.判斷傳輸能力集合是否為空，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程，否則，返回執(zhí)行所述步驟B33。
較佳地，所述映射空間子信道包括B41.根據(jù)接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力；B42.將所計算出來的所有傳輸能力組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序；B43.選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端和該發(fā)射天線之間映射空間子信道；B44.將該接收端對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B45.判斷所選擇的發(fā)射天線數(shù)目是否達到預(yù)先設(shè)置的空間子信道數(shù)目，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程，否則，返回執(zhí)行所述步驟B43。
本發(fā)明還提供一種基于MIMO OFDM技術(shù)的空頻調(diào)度裝置，能夠在分配空間子信道時保證用戶的公平性。
根據(jù)本發(fā)明思想的裝置接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息和來自于接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據(jù)接收到的信道信息和所述信噪比確定接收端當前的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；以及按照發(fā)射端確定的選擇用戶數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級較高的接收端中進行選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。
較佳地，所述調(diào)度裝置包括優(yōu)先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊，其中，優(yōu)先級計算模塊用于接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息和來自于接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據(jù)接收到的信道信息和所述信噪比確定接收端當前的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級，并將計算出的調(diào)度優(yōu)先級發(fā)送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用于將接收到的調(diào)度優(yōu)先級按照由高至低的順序排序，接收來自于發(fā)射端的選擇接收端數(shù)目，根據(jù)選擇接收端數(shù)目從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇接收端，并將選擇結(jié)果發(fā)送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用于接收來自于發(fā)射端的空間子信道信息，將空間子信道分配給接收到的選擇結(jié)果中的接收端。
較佳地，所述調(diào)度裝置進一步包括定時器，用于根據(jù)發(fā)射端預(yù)先確定的調(diào)度周期計時，并在計時結(jié)束時，通知所述優(yōu)先級計算模塊。
在本發(fā)明的空頻調(diào)度方法和空頻調(diào)度裝置中，能夠充分保證接收端的公平性。具體而言，本發(fā)明在進行空頻調(diào)度時根據(jù)BRU中每個接收端的傳輸能力和該接收端的歷史平均傳輸速率計算出調(diào)度優(yōu)先級，在接收端的當前信道質(zhì)量與歷史平均傳輸速率之間取得平衡，使得當前信道質(zhì)量較好、歷史平均傳輸速率較低的接收端在本調(diào)度周期內(nèi)被優(yōu)先選擇，有效地保證了用戶的公平性。
本發(fā)明在選擇接收端時，可以從調(diào)度優(yōu)先級最高者開始選擇等于空間子信道數(shù)目個接收端，這樣每個被選擇的接收端均會被分配一個空間子信道，充分保證了用戶的公平性，使得盡量多的用戶能夠享受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，很好地滿足了基于MIMO OFDM技術(shù)的蜂窩通信系統(tǒng)對用戶接入的要求。
并且，本發(fā)明在接收端對最小速率存在要求時，將所要求的最小速率也作為計算調(diào)度優(yōu)先級的參數(shù)之一，有效地保證了在服務(wù)質(zhì)量上存在限制的接收端在接入系統(tǒng)后的正常通信。
另外，本發(fā)明還可以基于BRU總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t為被選擇的接收端分配空間子信道，這樣在保證接收端公平性的同時使得BRU上的數(shù)據(jù)傳輸量保持最大。
下面將通過參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點，附圖中圖1為基于MIMO OFDM技術(shù)的通信系統(tǒng)的示意圖；圖2為本發(fā)明中空頻調(diào)度方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例1和2中空頻調(diào)度方法的流程圖；圖4為本發(fā)明實施例中子載波、BRU與空間子信道之間關(guān)系的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例1中分配空間子信道的方法流程圖；圖6為本發(fā)明實施例2中分配空間子信道的方法流程圖；圖7為本發(fā)明實施例3和4中空頻調(diào)度方法的流程圖；圖8為本發(fā)明實施例3中分配空間子信道的方法流程圖；圖9為本發(fā)明實施例4中分配空間子信道的方法流程圖；圖10為本發(fā)明實施例中空頻調(diào)度裝置的示例性結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
本發(fā)明中空頻調(diào)度方法的基本思想在于首先確定接收端的調(diào)度優(yōu)先級，然后針對優(yōu)先級高的接收端分配空間子信道。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明思想的空頻調(diào)度方法的流程圖。參見圖2，該方法包括在步驟201中，利用接收端的當前傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
在步驟202中，根據(jù)發(fā)射端預(yù)先設(shè)置的選擇接收端數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。
本發(fā)明中可以基于迫零波束賦形(ZFB)和每天線速率控制(PARC)等方法執(zhí)行空頻調(diào)度，并且在調(diào)度過程中可以通過平均分配和非平均分配等方式來分配空間子信道。
下面以NodeB為發(fā)射端、UE為接收端為例，對本發(fā)明的實施例進行說明。
實施例1圖3示出了本發(fā)明實施例1中空頻調(diào)度方法的流程圖，本實施例中基于ZFB方法進行空頻調(diào)度，采用平均分配的方式對一個基本無線資源單元(BRU)中的空間子信道進行分配，并且預(yù)先設(shè)置調(diào)度周期。參見圖3，該方法包括在步驟301中，到達調(diào)度周期時，根據(jù)BRU中接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比確定接收端當前的傳輸能力，并確定該接收端的歷史平均傳輸速率。
圖4示出了子載波、BRU與空間子信道之間的關(guān)系的示意圖。如圖4所示，在MIMO OFDM系統(tǒng)中，BRU是指在預(yù)先設(shè)置的時隙或者調(diào)度周期內(nèi)的一組子載波，每個BRU都可以映射為多個空間子信道，并且多個接收端可以共享同一個BRU，并在該BRU對應(yīng)的空間子信道上進行獨立的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)系統(tǒng)總?cè)萘康淖畲蠡?br>
這里以一個BRU為單位，對該BRU中的所有接收端進行確定傳輸能力和歷史平均傳輸速率的操作。
例如，NodeB側(cè)共有n個天線，UE側(cè)共有m個天線；對于UE而言，假設(shè)其信道信息為H，接收端在接收天線上測量的信噪比為ρ，當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力為 歷史平均傳輸速率為T(t)。其中信道信息H可以由UE主動測量并上報，也可以由發(fā)射端在UE的請求下進行測量，ρ則由UE上報。MIMO OFDM系統(tǒng)中的H為如下的矩陣形式
H=h1,1...h1,n.........hm,1...hm,n]]>其中的hi，j表示該UE的第i個天線與NodeB側(cè)第j個天線之間的信道響應(yīng)。
本實施例中可以按照下述公式1.1計算該UE在當前調(diào)度周期的傳輸能力 R^(t)=Blog2(det(I+ρ(H)HH))]]>公式1.1其中B表示該BRU的帶寬，I表示單位矩陣，(*)H表示對括號內(nèi)的矩陣取共軛轉(zhuǎn)置，det(*)表示求括號內(nèi)矩陣的行列式。由于此時尚未確定所選擇的接收端，因此根據(jù)公式1.1計算出來的 僅為UE傳輸能力的估算值。這里也可以采用其它現(xiàn)有的方法獲得接收端在當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力。
本實施例中，UE的歷史平均傳輸速率表示多個調(diào)度周期內(nèi)UE的傳輸速率的平均值，它可以是短期平均速率(SMR)或者長期平均速率(LMR)。為了方便歷史平均速率的計算，本實施例中預(yù)先根據(jù)UE的業(yè)務(wù)要求將第一個調(diào)度周期時的歷史平均傳輸速率設(shè)置為常數(shù)。在當前調(diào)度周期為第t個調(diào)度周期時，如果該UE在第(t-1)個調(diào)度周期內(nèi)被選擇，則此時的歷史平均傳輸速率T(t)等于(1-α)T(t-1)+αR(t-1)，其中R(t-1)代表該UE在第(t-1)個周期內(nèi)的實際傳輸能力；如果該UE在第(t-1)個調(diào)度周期內(nèi)未被選擇，則歷史平均傳輸速率T(t)等于(1-α)T(t-1)，其中α為取值范圍在0到1之間的遺忘因子。
在步驟302中，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
假設(shè)UE在當前調(diào)度周期內(nèi)的調(diào)度優(yōu)先級為Pr(t)，則在該UE對最小速率(MDR)無要求時，Pr(t)等于該UE在當前調(diào)度周期的傳輸能力 與歷史平均傳輸速率T(t)之比；當該UE對MDR存在要求并且MDR為rmin時，Pr(t)等于 在步驟303中，按照調(diào)度優(yōu)先級對該BRU中的所有接收端排序，按照發(fā)射端確定的選擇接收端數(shù)目，選擇調(diào)度優(yōu)先級較高的接收端。
本步驟中，首先按照調(diào)度優(yōu)先級由高至低的順序?qū)RU中的所有UE進行排序；然后，由于本實施例采用平均分配的方式對空間子信道進行分配，即為每個被選擇的用戶均分配一個空間子信道，此時發(fā)射端確定的選擇接收端數(shù)目等于空間子信道的數(shù)目，假設(shè)空間子信道數(shù)目為n，則從調(diào)度優(yōu)先級最高的UE開始，選擇n個UE，作為本調(diào)度周期內(nèi)被服務(wù)的接收端。
在步驟304中，按照BRU總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t，為每個所選擇的接收端分配一個空間子信道。
圖5示出了以ZFB為例分配空間子信道的方法流程圖。在基于ZFB方法分配空間子信道時，對接收端的接收天線進行選擇，并在完成選擇后，將所選接收天線與發(fā)射端的所有發(fā)射天線匹配，映射成空間子信道。參見圖5，該方法包括步驟501將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合。
步驟502從候選天線集合中選擇出一根接收天線加入服務(wù)天線集合，使得服務(wù)天線集合與NodeB組成的信道的容量最大，并從候選天線集合中刪除該天線對應(yīng)的接收端的所有天線。
本步驟中，在服務(wù)天線集合為空的情況下，根據(jù)公式1.1計算候選天線集合中每個接收端在每根接收天線上的傳輸能力，并選出傳輸能力最大的天線作為服務(wù)天線。
在服務(wù)天線集合中已存在天線的情況下，從候選天線集合中選出的天線使得該天線加入服務(wù)天線集合后，服務(wù)天線集合中的所有天線與作為發(fā)射端的NodeB組成的信道的容量比該接收端的其它接收天線加入到服務(wù)天線集合后的信道容量都大。具體方法可以為計算將接收端的每根接收天線加入到服務(wù)天線集合時，服務(wù)天線集合中的所有接收天線與發(fā)射端組成的信道的容量，并將最大信道容量對應(yīng)的接收天線作為被選擇的天線。
由于本實施例采用平均分配方式，則每次選擇天線后，不僅將被選擇的天線從候選天線集合中刪除，而且還將被選擇的天線所屬接收端的未被選擇的接收天線也從候選天線集合中刪除，以保證每個接收端僅被選擇一根接收天線。
步驟503判斷候選天線集合是否為空，如果是，則執(zhí)行步驟504；否則，返回執(zhí)行步驟502。
步驟504將服務(wù)天線集合中的接收天線與NodeB構(gòu)成MIMO信道 映射成每個被選擇接收端對應(yīng)的空間子信道。
至此完成ZFB方式下空間子信道的分配。
在結(jié)束空間子信道分配后，每個被選擇的接收端均擁有一個空間子信道。此時假設(shè)將第r個空間子信道分配給接收端，利用下述公式1.2計算該每個空間子信道的增益drdr=1/[(H‾(H‾)H)-1]r,r]]>公式1.2其中， 是服務(wù)天線集合與NodeB組成的MIMO信道的信道信息。
而后，利用計算出的空間子信道的增益dr和接收端在接收天線上測量的信噪比ρ計算實際檢測信噪比SINR=dr2ρ,]]>并通過下述公式1.4計算出各接收端的實際傳輸能力R(t)＝Blog2(1+SINR) 公式1.4這里也可以根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制編碼方式的組合確定R(t)。
由于本實施例中每個被選擇的接收端只被分配一個空間子信道，因此，利用公式1.4獲得的接收端的實際傳輸能力R(t)，并且此處的實際傳輸能力為下一調(diào)度周期內(nèi)在步驟301中計算該接收端的歷史平均傳輸速率提供依據(jù)。另外，在步驟304中，也可以不考慮BRU的總?cè)萘縼矸峙淇臻g子信道。此時的步驟502變?yōu)閺暮蜻x天線集合中任意選擇出一根天線加入服務(wù)天線集合，并從候選天線集合中刪除該天線對應(yīng)的接收端的所有天線。此種空間子信道的分配方法實現(xiàn)較為簡單。
以上為實施例1中基于ZFB方法并采用平均分配方式的空頻調(diào)度方法，由上述描述可見，本實施例在進行空頻調(diào)度時根據(jù)BRU中每個接收端的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算出調(diào)度優(yōu)先級，在接收端的當前信道質(zhì)量與歷史平均傳輸速率之間取得平衡，使得當前信道質(zhì)量較好、歷史平均傳輸速率較低的接收端在本調(diào)度周期內(nèi)被優(yōu)先選擇，有效地保證了用戶間的公平性；并且，本實施例中從調(diào)度優(yōu)先級最高者開始選擇等于空間子信道數(shù)目個接收端，這樣每個被選擇的接收端均擁有一個空間子信道，也充分考慮了用戶間的公平性，使得盡量多的用戶能夠享受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，很好地滿足了基于MIMO OFDM技術(shù)的蜂窩通信系統(tǒng)中接入用戶的要求。同時，本實施例中在計算調(diào)度優(yōu)先級時，以接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力作為參數(shù)之一，則兼顧了接收端的信道質(zhì)量；并且在接收端對最小速率存在要求時，將所要求的最小速率也作為計算調(diào)度優(yōu)先級的參數(shù)之一，有效地保證了在服務(wù)質(zhì)量(QoS)上存在最小速率限制的接收端接入系統(tǒng)后的正常通信。進一步地，本實施例基于BRU總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t，將空間子信道分配給所選擇的接收端，使得BRU上的數(shù)據(jù)傳輸量保持最大。
實施例2本實施例中基于PARC方法執(zhí)行空頻調(diào)度，并在調(diào)度過程中采用平均分配的方式對空間子信道進行分配。圖3中的空頻調(diào)度方法流程同樣適于本實施例，只是步驟304中分配空間子信道的具體操作與實施例1中不同。
本實施例的PARC方法中，空間子信道的分配通過對發(fā)射端的發(fā)射天線進行分配來完成。
本實施例中假設(shè)發(fā)射端天線數(shù)少于接收端天線數(shù)。
圖6示出了本實施例中空間子信道的分配方法流程圖。參見圖6，該方法包括步驟601根據(jù)接收端的信道信息H和接收端在接收天線上測量的信噪比ρ，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力。
在本步驟中，通過下述公式2.1至2.4獲得接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力wr＝(H)r＝(((H)HH)-1HH)r公式2.1dr=1||wr||2]]>公式2.2SINRr=dr2Pσ2=dr2ρ]]>公式2.3Rr＝Blog2(1+SINRr) 公式2.4H表示H的廣義逆矩陣，wr為矩陣H的第r個行向量，dr為接收端在第r根發(fā)射天線上的增益，SINRr為在第r根發(fā)射天線上的實際檢測信噪比，Rr為接收端在d第r根發(fā)射天線上的傳輸能力。
步驟602將所計算出來的所有傳輸能力組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序。
步驟603選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端的所有接收天線和該發(fā)射天線之間映射空間子信道。
步驟604將該接收端對應(yīng)的所有傳輸能力元素和該發(fā)射天線對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除。
假設(shè)步驟603中將第r根發(fā)射天線分配給第k個接收端，則本步驟中將第k個接收端在所有發(fā)射天線上的傳輸能力對應(yīng)的元素從傳輸能力集合中刪除，并且將其它接收端在第r根發(fā)射天線上的傳輸能力對應(yīng)的元素也刪除，以保證不會將同一根發(fā)射天線重復(fù)分配給多個接收端。
步驟605判斷傳輸能力集合是否為空，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程；否則返回執(zhí)行步驟603。
至此，完成本實施例中空間子信道的分配。
在結(jié)束空間子信道的分配之后，按照與實施例1相同的方式計算被選擇的接收端的實際傳輸能力，并作為下一調(diào)度周期中確定歷史平均傳輸速率的依據(jù)。
本實施例也可以不考慮BRU的總?cè)萘縼矸峙淇臻g子信道，此時可以在任意一個發(fā)射天線與被選擇的接收端之間映射空間子信道。
由上述描述可見，本實施例中基于PARC方法并采用平均分配方式進行空頻調(diào)度，與實施例1相似，本實施例也通過調(diào)度優(yōu)先級和平均分配空間自信道充分考慮用戶的公平性，使得盡量多的用戶能夠享受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，很好地滿足了基于MIMO OFDM技術(shù)的蜂窩通信系統(tǒng)中接入用戶的要求。并且，本實施例也能夠兼顧接收端的信道質(zhì)量以及最小速率。另外本實施例中也是基于BRU總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t，將空間子信道分配給所選擇的接收端，使得BRU上的數(shù)據(jù)傳輸量保持最大。
上述的實施例1至實施例2中，所選擇的接收端的數(shù)目等于發(fā)射端確定的空間子信道的數(shù)目，每個被選擇的接收端均擁有一個空間子信道，下面對采用非平均方式分配空間子信道的實施例進行描述。
實施例3本實施例基于ZFB方法并采用非平均的方式執(zhí)行空間子信道的分配。為保證本實施例中方案的正常執(zhí)行，由發(fā)射端預(yù)先確定選擇接收端數(shù)目以及空間子信道數(shù)目。
圖7示出了本實施例中空頻調(diào)度方法的流程圖，參見圖7，該方法包括在步驟701中，到達調(diào)度周期時，根據(jù)BRU中接收端的信道信息和接收端在每根天線上測量的信噪比計算接收端的傳輸能力，并確定歷史平均傳輸速率。
在步驟702中，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
在步驟703中，按照調(diào)度優(yōu)先級對該BRU中的所有接收端排序，按照發(fā)射端確定的選擇接收端數(shù)目，選擇調(diào)度優(yōu)先級較高的接收端。
上述三個步驟的操作與實施例1中的步驟301至303相同。
步驟704基于BRU容量最大的原則，在所選擇的接收端之間分配空間子信道。
圖8示出了以ZFB為例分配空間子信道的方法流程圖。參見圖8，該方法包括步驟801將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合。
步驟802從候選天線集合中選擇出一根接收天線加入服務(wù)天線集合，使得服務(wù)天線集合與NodeB組成的信道的容量最大，并從候選天線集合中刪除該天線。
本步驟中，在服務(wù)天線集合為空的情況下，根據(jù)公式1.1計算候選天線集合中每個接收端在每根接收天線上的傳輸能力，并選出傳輸能力最大的天線作為服務(wù)天線。
在服務(wù)天線集合中已存在接收天線的情況下，從候選天線集合中選出的天線使得該天線加入服務(wù)天線集合后，服務(wù)天線集合中的所有天線與作為發(fā)射端的NodeB組成的信道的容量最大。
與實施例1不同的是，本實施例采用非平均分配方式，則每次選擇天線后，只是將被選擇的天線從候選天線集合中刪除，而不會將被選擇的天線所屬接收端的未被選擇的接收天線刪除，這樣在完成空間子信道分配后每個接收端被選擇的接收天線數(shù)目可能會有所差異。
步驟803判斷服務(wù)天線集合中的元素的數(shù)目是否達到空間子信道的數(shù)目，如果是，則執(zhí)行步驟804；否則，返回執(zhí)行步驟802；步驟804將服務(wù)天線集合與NodeB構(gòu)成MIMO信道 映射成每個被選擇接收端的空間子信道。
至此完成ZFB方式下空間子信道的分配。
此后按照與實施例1相同的方式計算被服務(wù)的接收端的實際傳輸能力。
本實施例在當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力與歷史平均速率之間取得平衡，考慮了用戶的公平性，并且采用非平均分配的方式，基于BRU的總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t進行空間子信道的分配，在不增加資源的前提下使得BRU上的數(shù)據(jù)量保持最大。
實施例4本實施例基于PARC方法并采用非平均的方式執(zhí)行空間子信道的分配。為保證本實施例中方案的正常執(zhí)行，由發(fā)射端預(yù)先確定選擇接收端數(shù)目以及空間子信道數(shù)目。圖7中的空頻調(diào)度方法同樣適于本實施例，只是步驟704中分配空間子信道的具體操作與實施例3中不同。
圖9示出了以PARC為例分配空間子信道的方法流程圖。參見圖9，該方法包括步驟901根據(jù)接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比為ρ，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力。
步驟902將所計算出來的所有傳輸能力值組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序。
步驟903選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端接收天線和該發(fā)射天線之間映射空間子信道。
上述步驟901至903與實施例2中步驟601至603的操作相同。
步驟904將該發(fā)射天線對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除。
假設(shè)步驟903中將第r根發(fā)射天線分配給第k個接收端，則本步驟中僅將所有接收端在第r根發(fā)射天線上的傳輸能力對應(yīng)的元素刪除，而不刪除第k個接收端在未被分配的發(fā)射天線上的傳輸能力對應(yīng)的元素，這樣在完成空間子信道分配后一個接收端可能會被分配有多根天線。
步驟905判斷所選擇的發(fā)射天線數(shù)目是否達到預(yù)先設(shè)置的空間子信道數(shù)目，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程；否則返回執(zhí)行步驟903。
至此，完成本實施例中空間子信道的分配。
此后按照與實施例1相同的方式計算被服務(wù)的接收端的實際傳輸能力。
本實施例在當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力與歷史平均速率之間取得平衡，考慮了用戶的公平性，并且采用非平均分配的方式，基于BRU的總?cè)萘孔畲蟮脑瓌t進行空間子信道的分配，在不增加資源的前提下使得BRU上的數(shù)據(jù)量保持最大。
本發(fā)明還提供了一種基于MIMO OFDM技術(shù)的空頻調(diào)度裝置。圖10示出了該空頻調(diào)度裝置的示例性結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，本發(fā)明中的示例性空頻調(diào)度裝置在發(fā)射端與接收端間進行空頻調(diào)度，該裝置接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息H和來自于接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比r，根據(jù)接收到的信道信息和r確定接收端的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；以及按照發(fā)射端確定的空間子信道數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級較高的接收端中進行選擇，并將空間子信道分配給所選擇的接收端。
本發(fā)明實施例中的調(diào)度裝置包括優(yōu)先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊。其中，優(yōu)先級計算模塊用于接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息和來自于接收端的r，根據(jù)接收到的信道信息和r確定接收端的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級，并將計算出的調(diào)度優(yōu)先級發(fā)送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用于將接收到的調(diào)度優(yōu)先級按照由高至低的順序排序，接收來自于發(fā)射端的選擇接收端數(shù)目，根據(jù)選擇接收端數(shù)目從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇接收端，并將選擇結(jié)果發(fā)送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用于接收來自于發(fā)射端的空間子信道信息，將空間子信道分配給接收到的選擇結(jié)果中的接收端。
進一步，該調(diào)度裝置還包括定時器，用于根據(jù)發(fā)射端預(yù)先確定的調(diào)度周期計時，并在計時結(jié)束時，通知優(yōu)先級計算模塊。
本實施例中的調(diào)度裝置可以位于發(fā)射端或者接收端之中，也可以作為獨立于發(fā)射端和接收端的實體存在。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在發(fā)射端與接收端之間進行空頻調(diào)度的方法，其特征在于，該方法包括A.在到達預(yù)先設(shè)置的調(diào)度周期時，利用接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；B.根據(jù)發(fā)射端預(yù)先設(shè)置的選擇接收端數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級為計算接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力與歷史平均傳輸速率之商，將所計算出的商值作為所述接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端的最小速率MDR為rmin，所述接收端的歷史平均傳輸速率為T，則步驟A所述計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級為計算接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力與歷史平均傳輸速率之商，將所得到的商值與 之積作為所述接收端的調(diào)度優(yōu)先級。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，步驟A所述計算調(diào)度優(yōu)先級之前進一步包括根據(jù)接收端的信道信息和該接收端在自身的接收天線上測量的信噪比，計算接收端在當前調(diào)度周期內(nèi)的傳輸能力；并且，根據(jù)接收端在上一調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率計算當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述計算當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率為如果所述接收端在上一調(diào)度周期中被選擇，則所述接收端在當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率等于(1-α)乘以該接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的歷史平均傳輸速率再加上α與所述接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的實際傳輸能力之積；否則，所述接收端在當前調(diào)度周期中的歷史平均傳輸速率等于(1-α)乘以該接收端在上一調(diào)度周期內(nèi)的歷史平均傳輸速率，其中α為取值范圍在0到1之間的遺忘因子；步驟B所述分配空間子信道之后，該方法進一步包括計算分配給空間子信道的增益，并根據(jù)所計算出的增益和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算該接收端在當前周期內(nèi)的實際傳輸能力。
6.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道包括B11.將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合；B12.從所述候選天線集合中選擇出一根接收天線，加入到服務(wù)天線集合中，并從候選天線集合中刪除該接收天線；B13.判斷所述候選天線集合是否為空，如果是，則執(zhí)行步驟B14，否則，返回執(zhí)行所述步驟B12；B14.將所述服務(wù)天線集合中的接收天線與發(fā)射端構(gòu)成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應(yīng)的空間子信道。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟B12所述從候選天線集合中選擇出一根接收天線為計算將接收端的每根接收天線加入到服務(wù)天線集合時，服務(wù)天線集合中的所有接收天線與發(fā)射端組成的信道的容量，并將最大信道容量對應(yīng)的接收天線作為被選擇的天線。
8.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道包括B21.將被選擇的接收端的所有接收天線組成候選天線集合，并設(shè)置內(nèi)容為空的服務(wù)天線集合；B22.計算將接收端的每根接收天線加入到服務(wù)天線集合時，服務(wù)天線集合中的所有接收天線與發(fā)射端組成的信道的容量，將最大信道容量對應(yīng)的接收天線作為被選擇的天線，從所述候選天線集合中選擇出所述被選擇的天線，加入到服務(wù)天線集合中，并從候選天線集合中刪除該接收天線以及該接收天線對應(yīng)的接收端的其余接收天線；B23.判斷所述服務(wù)天線集合中的元素的數(shù)目是否達到預(yù)先設(shè)置的空間子信道數(shù)目，如果是，則執(zhí)行步驟B24，否則，返回執(zhí)行所述步驟B22；B24.將所述服務(wù)天線集合中的接收天線與發(fā)射端構(gòu)成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應(yīng)的空間子信道。
9.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道為在發(fā)射端的發(fā)射天線與接收端之間映射空間子信道。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述映射空間子信道包括B31.根據(jù)接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力；B32.將所計算出來的所有傳輸能力組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序；B33.選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端和該發(fā)射天線之間映射空間子信道；B34.將該接收端對應(yīng)的所有傳輸能力元素和該發(fā)射天線對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B35.判斷傳輸能力集合是否為空，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程，否則，返回執(zhí)行所述步驟B33。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述映射空間子信道包括B41.根據(jù)接收端的信道信息和接收端在接收天線上測量的信噪比，計算所有接收端在每個發(fā)射天線上的傳輸能力；B42.將所計算出來的所有傳輸能力組成傳輸能力集合，并對傳輸能力集合中的元素排序；B43.選擇傳輸能力最大的元素對應(yīng)的發(fā)射天線和接收端，將該發(fā)射天線分配給該接收端，并在該接收端和該發(fā)射天線之間映射空間子信道；B44.將該接收端對應(yīng)的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B45.判斷所選擇的發(fā)射天線數(shù)目是否達到預(yù)先設(shè)置的空間子信道數(shù)目，如果是，則結(jié)束空間子信道分配流程，否則，返回執(zhí)行所述步驟B43。
12.一種在發(fā)射端和接收端間進行空頻調(diào)度的裝置，其特征在于，該調(diào)度裝置接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息和來自于接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據(jù)接收到的信道信息和所述信噪比確定接收端當前的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；以及按照發(fā)射端確定的選擇用戶數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級較高的接收端中進行選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)度裝置包括優(yōu)先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊，其中，優(yōu)先級計算模塊用于接收來自于發(fā)射端或者接收端的接收端信道信息和來自于接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據(jù)接收到的信道信息和所述信噪比確定接收端當前的傳輸能力和歷史平均傳輸速率，根據(jù)所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級，并將計算出的調(diào)度優(yōu)先級發(fā)送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用于將接收到的調(diào)度優(yōu)先級按照由高至低的順序排序，接收來自于發(fā)射端的選擇接收端數(shù)目，根據(jù)選擇接收端數(shù)目從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇接收端，并將選擇結(jié)果發(fā)送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用于接收來自于發(fā)射端的空間子信道信息，將空間子信道分配給接收到的選擇結(jié)果中的接收端。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)度裝置進一步包括定時器，用于根據(jù)發(fā)射端預(yù)先確定的調(diào)度周期計時，并在計時結(jié)束時，通知所述優(yōu)先級計算模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在發(fā)射端與接收端之間進行空頻調(diào)度的方法，該方法包括A.在到達預(yù)先設(shè)置的調(diào)度周期時，利用接收端在當前調(diào)度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調(diào)度優(yōu)先級；B.根據(jù)發(fā)射端預(yù)先設(shè)置的選擇接收端數(shù)目，從調(diào)度優(yōu)先級最高的接收端開始選擇，并在所選擇的接收端間分配空間子信道。本發(fā)明還公開了一種空頻調(diào)度裝置，該裝置能夠根據(jù)接收端的調(diào)度優(yōu)先級選擇接收端并在所選擇的接收端間分配空間子信道。本發(fā)明能夠在執(zhí)行空頻調(diào)度時保證用戶的公平性。
文檔編號H04L1/06GK101090385SQ200610012200
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者劉光毅, 朱劍馳, 王瑩, 張建華, 張平, 王偉華, 雷春娟 申請人:鼎橋通信技術(shù)有限公司