專利名稱：在sdma系統(tǒng)中進行用戶分配的方法及對應基站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在SDMA(空分多址)系統(tǒng)中進行用戶分配的方法。
SDMA是一種基于用戶空間分離的多址技術，在基站可以從不同方向看到兩個或多個用戶的情況下，以及該基站有多根發(fā)送天線(或天線陣列)用于執(zhí)行波束成形的情況下，針對兩個或多個用戶采用SDMA能夠重用同一頻率和同一時隙。
背景技術：
適當選擇用戶是吞吐量優(yōu)化的一個關鍵點。
I.Koutsopoulos和L.Tassiulas發(fā)表在2002年6月的Proc.ofIEEE INFOCOM的文章“Adaptive Resource Allocation in SDMA-basedWireless Broadband Networks with OFDM Signaling”描述了具有高計算負荷的基于SDMA的系統(tǒng)中進行用戶分配的一種解決方案。
在現(xiàn)有技術中，波束成形和調(diào)度是兩個不同的過程，它們在不同通信層或功能塊中彼此獨立地處理。
本發(fā)明的一個特定目的是改進SDMA系統(tǒng)資源的用戶分配。
本發(fā)明的另一目的是提供對應的基站。

發(fā)明內(nèi)容
這些目的，以及下面出現(xiàn)的其他目的通過根據(jù)權利要求1的方法以及根據(jù)權利要求9的基站來實現(xiàn)，其中該方法確定這樣一組用戶，這些用戶能夠在支持SDMA的多址無線通信系統(tǒng)的基站中的相同基本資源單元上調(diào)度。
本發(fā)明的目標是支持空分多址(SDMA)和自適應波束成形。為此，期望不同移動臺可以重用同一時間/頻率資源，原因是空間分離，這可以通過下行鏈路上天線權重的適當設計來實現(xiàn)。為此，本發(fā)明選擇一組適當?shù)挠脩簦鸵粋€時間頻率資源元素(或者在CDMA系統(tǒng)的情況下為一個碼)而言，這些用戶可以空間分離，還考慮了不同用戶的調(diào)度需求。根據(jù)本發(fā)明，對于需要在資源上進行調(diào)度的所有用戶，考慮調(diào)度標準以及空間分離標準來進行聯(lián)合資源分配和調(diào)度。
選擇算法開始于具有最高調(diào)度標準的用戶，隨后查找與其空間分離的用戶。在剩余的用戶中，選擇具有第二最高調(diào)度標準的用戶，依此類推，直至不再有空間分離的用戶，或者直到達到最大天線數(shù)量。
可選擇地，當選擇同時發(fā)送的用戶時，發(fā)射機可以采用附加干擾抑制來得到更高的數(shù)據(jù)率。為此，通過在SDMA系統(tǒng)中使用自適應波束成形，單獨地優(yōu)化基帶發(fā)送天線權重。
按照本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，利用本發(fā)明聯(lián)合進行資源分配和調(diào)度的事實，增加了網(wǎng)絡中小區(qū)吞吐量。這種啟發(fā)式遞歸方法還支持低計算復雜性。
本發(fā)明的其他有利特征在從屬權利要求中定義。


通過閱讀作為非限制性說明給出的優(yōu)選實施例的以下描述，以及通過附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中－圖1的框圖示出了按照本發(fā)明的方法的處理步驟；－圖2詳細給出了圖1的功能塊“選擇發(fā)送用戶”。
具體實施例方式
圖1的框圖示出了按照本發(fā)明的方法的處理步驟。
圖1包括與用戶相關聯(lián)的終端111、112、113，以及基站12。終端111、112、113通過無線信道13與基站12通信。本領域技術人員會清楚，本發(fā)明需要理解為用于多個(N個)終端。
按照本發(fā)明，該方法分配多址方案的基本資源單元給N個用戶中的K個。這種基本資源單元可以是TDMA系統(tǒng)中的時隙，或者OFDMA系統(tǒng)中的資源塊，該資源塊包括一個或多個子載波中的一個或多個OFDM符號。
基站12包括空分標準計算模塊121和調(diào)度標準計算模塊122、選擇模塊123、天線權重優(yōu)化模塊124以及與不同用戶111、112、113相關聯(lián)的數(shù)據(jù)緩沖器125?；?2還包括多根發(fā)送天線或者天線陣列。基站12可以是蜂窩3G通信網(wǎng)絡的基站?？蛇x地，基站12也可以是WIMAX或4G系統(tǒng)的接入點。
根據(jù)本發(fā)明，該方法包括以下步驟在模塊122中為每個用戶指定調(diào)度標準值；在模塊123中選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶；在模塊121中檢查與所選定用戶空間分離的另外用戶；以及，在模塊123中從另外用戶之中選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶。循環(huán)重復這些步驟，直到?jīng)]有其他用戶與已經(jīng)選出的用戶空間分離。
優(yōu)選地，終端111、112、113通過上行反饋信道將與發(fā)送協(xié)方差矩陣相關的信息131以及與信道質(zhì)量相關的信息132發(fā)送給基站12，以便基站12具有所有相關信息，來決定所有用戶111，…，113的調(diào)度標準和空間分離標準。
天線權重優(yōu)化模塊124是可選的。其優(yōu)選地用于抑制同時調(diào)度的用戶之間的相互干擾。
在資源分配處理之后，在下行鏈路上發(fā)送合成下行信號給選定的終端，前述合成下行信號包括所有同時調(diào)度的用戶的復(complex)權重用戶信號之和。
圖2詳細給出了圖1的功能塊“選擇發(fā)送用戶”。
步驟21包括通過將全部用戶111、112、113都填入候選列表C，以及通過清空發(fā)送列表T，初始化選擇算法。
步驟22包括將具有最高調(diào)度標準的用戶從候選列表C移到發(fā)送列表T。
步驟23包括重復步驟24和25直到候選列表為空或者直到達到最大空間流數(shù)目。優(yōu)選地，如果基站12有M根發(fā)送天線可用，流的最大數(shù)目是M。
步驟24包括從候選列表C中移走顯示與T中最近選定用戶的空分標準低于預定閾值的所有用戶。
步驟25包括將顯示最高空分標準的用戶從候選列表C中移動到發(fā)送列表T。
在該處理結束后，發(fā)送列表T包含了將在下行鏈路上同時及在相同頻率(或者在CDMA的情況下使用相同碼)上調(diào)度的所有空分用戶。空分由基站用來發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)給不同選定用戶的天線權重來保證。
回到圖1，下面將解釋調(diào)度標準計算模塊122和空分標準計算模塊121的優(yōu)選實現(xiàn)。需要理解，在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，這些實現(xiàn)可以為本領域技術人員所熟知的其他實現(xiàn)所替代。
在一種優(yōu)選實施例中，調(diào)度標準計算模塊122利用不同用戶111、112、113發(fā)送的反饋信道質(zhì)量指示，確定經(jīng)歷最佳傳輸條件的用戶，該用戶被選為進入發(fā)送列表T的第一用戶。信道質(zhì)量指示優(yōu)選地在終端111、112、113測量，并且在信令信道中發(fā)送給基站12。在這個簡單例子中，為了最大化小區(qū)吞吐量并忽略其他方面，信道質(zhì)量可以通過‖hu‖(hu是M根發(fā)送天線的復信道系數(shù)的列矢量)來具體化，或者可以采用移動接收機的反饋估計SINR值。可選擇地，為每個用戶計算優(yōu)先值，該優(yōu)先值可以基于緩沖器狀態(tài)，信道質(zhì)量和公正限制(fairness constraint)。
在一種優(yōu)選實施例中，空分標準計算模塊121采用發(fā)送協(xié)方差矩陣131來檢測不同用戶之間的空間分離。在第一實施例中，發(fā)送協(xié)方差矩陣131可以在終端111、112、113中根據(jù)可用下行信道估計計算出來，并且通過上行反饋信令信道發(fā)送給基站12。
可選擇地以及優(yōu)選地，在TDD(時分雙工)系統(tǒng)中，基站12可以利用TDD信道互惠(reciprocity)的特性，自主地計算不同用戶的發(fā)送協(xié)方差矩陣。
在一種優(yōu)選實施例中，在平坦衰落信道、0均值(數(shù)字下變頻)、基站12有M根發(fā)送天線、終端111、112、113為單根接收天線的情況下，用戶u的發(fā)送協(xié)方差矩陣Ru可以如下計算Ru＝E{huhuH}，其中hu是M根發(fā)送天線的復信道系數(shù)的列矢量hu＝[hu，1，hu，2…h(huán)u，M]T，huH是hu的轉置復共軛。期望操作的時間間隔是這樣，即長的足夠平均化快衰落，以及短的足夠具有大致恒定的偏離方向。
Ru可以在移動臺中計算，并且通過上行信令反饋給基站。在TDD系統(tǒng)的情況下，在基站12可以通過估計h以及利用信道互惠特性來直接計算Ru。
在一種優(yōu)選實施例中，空分標準可以包括，首先計算每個用戶u的主波束成分，對應于Ru最大特征值的特征向量vu，Max。為了決定用戶111和112的空間分離性，計算它們主成分的標量積(v111，Max·v112，Max*)(*表示復共軛)。結果為0意味著完全正交，1意味著空間特性的完全相似(無分離)。決定兩個用戶的空間分離性的實際標準是檢查該積是否低于預定閾值。該閾值必須通過模擬來確定，其依賴于調(diào)制階數(shù)和碼率。一個可能的閾值是0.18。
本領域技術人員應當理解，在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，還可以有檢查空間分離性的其他選擇。
此外，本發(fā)明可以包括確定基站12用以發(fā)送數(shù)據(jù)給選定用戶111、…、113的每一個的天線權重的步驟。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施中，當選擇了所有用戶用于發(fā)送時，他們的天線權重可以優(yōu)化，以避免引起彼此的相互干擾。如果跳過了該步驟，則共扼主成分天線權重vu，MaxH應當用作單個用戶自適應波束成形算法。
具有干擾抑制的多用戶波束成形能帶來更高可支持碼率和/或調(diào)制階數(shù)的額外好處，從而提高小區(qū)吞吐量。
一種可能的選擇是采用空間發(fā)送迫零濾波器(ZF)，其將給出天線權重wu＝(∑k≠uRk)-1vu，MaxH，它是用戶u的主成分權重矢量，乘上所有干擾協(xié)方差矩陣之和的逆。
對于較低SNR，空間發(fā)送MMSE濾波器表現(xiàn)更好，但是需要一些噪聲方差σ的信息(其也可以被適合特定SNR操作點的近似常量替換)。
MMSE濾波器給出了天線權重wu＝(σI+∑u≠kRu)-1vu，MaxH，其中I是單位矩陣。
利用以上選擇的權重，用戶的數(shù)據(jù)可以通過無線信道同時發(fā)送。因為由于上述SDMA波束成形方法而使得小區(qū)間干擾保持較低，只需要簡單的移動接收機。
權利要求
1.一種確定這樣一組用戶的方法，上述用戶能夠在支持SDMA的多址無線通信系統(tǒng)的基站中的相同基本資源單元上調(diào)度，所述方法包括以下步驟為每個用戶指定調(diào)度標準值，選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶，檢查與所選定用戶空間分離的另外用戶，從所述另外用戶之中選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶。
2.根據(jù)權利要求1的方法，還包括步驟確定所述基站用以發(fā)送數(shù)據(jù)給所選定用戶的每一個的天線權重。
3.根據(jù)權利要求1的方法，還包括以下步驟在所述基站得到所選定用戶的發(fā)送協(xié)方差矩陣的信息；以及利用所述發(fā)送協(xié)方差矩陣的信息，確定與所選定用戶空間分離的所述用戶。
4.根據(jù)權利要求3的方法，還包括步驟使用上行反饋信令從所選定用戶發(fā)送所述發(fā)送協(xié)方差矩陣給所述基站。
5.根據(jù)權利要求3的方法，還包括步驟在所述基站計算所述發(fā)送協(xié)方差矩陣。
6.根據(jù)權利要求1的方法，還包括步驟對所選定的同時發(fā)送用戶進行附加的干擾抑制。
7.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述附加的干擾抑制通過利用迫零濾波器來進行。
8.根據(jù)權利要求6的方法，其中所述附加的干擾抑制通過利用MMSE濾波器來進行。
9.一種支持SDMA的多址無線通信系統(tǒng)的基站，包括用于為每個用戶指定調(diào)度標準值的裝置，用于選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶的裝置，用于檢查與所選定用戶空間分離的另外用戶的裝置，用于從所述另外用戶之中選擇具有最高調(diào)度標準值用戶的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定這樣一組用戶的方法，上述用戶能夠在支持SDMA的多址無線通信系統(tǒng)的基站中的相同基本資源單元上調(diào)度。按照本發(fā)明，該方法包括以下步驟為每個用戶指定一個調(diào)度標準值，選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶，檢查與所選定用戶空間分離的另外用戶，從所述另外用戶之中選擇具有最高調(diào)度標準值的用戶。
文檔編號H04B1/707GK1960213SQ20061014375
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者托爾斯滕·維爾德, 科內(nèi)利斯·赫克 申請人:阿爾卡特公司