空頻調度方法及空頻調度裝置的製作方法
2023-06-12 22:12:16
專利名稱：空頻調度方法及空頻調度裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及多輸入多輸出(MIMO)技術，尤其涉及基於MIMO正交頻分復用(OFDM)技術的空頻調度方法及空頻調度裝置。
背景技術：
MIMO技術的核心思想是利用多個天線實現多發多收，從而充分開發空間資源。在窄帶信道條件下，MIMO系統的信道容量與收、發天線數目的最小值近似成正比，它在不增加頻譜資源和天線發送功率的情況下，可以成倍地提高信道容量和頻譜利用率。在多用戶MIMO系統中，通過空頻調度，使得多個用戶共享同一個MIMO信道，實現空分多址(SDMA)，則能夠進一步提高系統的總容量。
OFDM技術是一種多載波傳輸技術，其將信道分成若干個正交子信道，將高速數據流轉換成並行的低速子數據流，並調製到每個子信道上進行傳輸。OFDM系統中正交子信道上的信號可由接收端分別解調，這樣能夠減少子信道之間的相互幹擾(ICI)，並且高效地利用頻譜資源。由於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於信道的相干帶寬時，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；並且如果循環前綴的長度大於信道的最大多徑時延，則可以完全消除符號間幹擾。另外，通過OFDM頻率域的子載波調度和功率分配，對系統的頻率資源進行統計的復用，可以獲得頻域的多用戶分集增益，提高系統的總體效率。
為了充分發揮MIMO技術和OFDM技術所具備的優勢，在OFDM的基礎上合理開發空間資源，通過將MIMO與OFDM相結合，形成MIMO OFDM系統，在多用戶MIMO OFDM系統中可以在保證用戶保證業務質量(QoS)的前提下，提供更高的數據傳輸速率。
目前多用戶MIMO OFDM系統中空頻調度的優化目標主要是使系統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(3G)的長期演進(LTE)或者後三代(B3G)系統等實際的基於MIMO OFDM技術的蜂窩通信系統中，大量的用戶接入網絡，由於可使用的頻率和空間子信道數量有限，則需要通過執行空頻調度來選擇接收端，並將空間子信道分配給所選擇的接收端，以實現發射端與接收端之間的數據通信，在QoS的條件下，最大化系統的頻譜效率。
圖1示出了基於MIMO OFDM技術的通信系統的示意圖。參見圖1，擁有四根天線的基站(NodeB)作為發射端，各自擁有兩根天線的三個用戶設備(UE)作為接收端。由於空間子信道的數目最多等於NodeB側的天線總數，則NodeB側通過執行空頻調度方法來選擇UE，並將所有的頻率和空間子信道分配給所選擇的UE。
但是，由於現有的空頻調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，這會使得調度過程完成後，只有少數用戶能夠享受到網絡側提供的服務，而距離基站較遠、信道條件惡劣的用戶由於得不到服務而處於飢餓狀態，不符合蜂窩通信系統對用戶接入的要求，因此現有的空頻調度方法無法應用於蜂窩通信系統之中。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種基於MIMO OFDM技術的空頻調度方法，能夠在分配空間子信道時保證用戶的公平性。
在根據本發明思想的方法中，包括如下步驟A.在到達預先設置的調度周期時，利用接收端在當前調度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；B.根據發射端預先設置的選擇接收端數目，從調度優先級最高的接收端開始選擇，並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度優先級為計算接收端在當前調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度優先級。
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度優先級為計算接收端在當前調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度優先級。
較佳地，步驟A所述計算調度優先級之前進一步包括根據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度周期內的傳輸能力；並且，根據接收端在上一調度周期中的歷史平均傳輸速率計算當前調度周期中的歷史平均傳輸速率。
其中，所述計算當前調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度周期中被選擇，則所述接收端在當前調度周期中的歷史平均傳輸速率等於(1-α)乘以該接收端在上一調度周期內的歷史平均傳輸速率再加上α與所述接收端在上一調度周期內的實際傳輸能力之積；否則，所述接收端在當前調度周期中的歷史平均傳輸速率等於(1-α)乘以該接收端在上一調度周期內的歷史平均傳輸速率，其中α為取值範圍在0到1之間的遺忘因子；步驟B所述分配空間子信道之後，該方法進一步包括計算分配給空間子信道的增益，並根據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，並設置內容為空的服務天線集合；B12.從所述候選天線集合中選擇出一根接收天線，加入到服務天線集合中，並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，則執行步驟B14，否則，返回執行所述步驟B12；B14.將所述服務天線集合中的接收天線與發射端構成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應的空間子信道。
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天線集合時，服務天線集合中的所有接收天線與發射端組成的信道的容量，並將最大信道容量對應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，並設置內容為空的服務天線集合；B22.計算將接收端的每根接收天線加入到服務天線集合時，服務天線集合中的所有接收天線與發射端組成的信道的容量，將最大信道容量對應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，加入到服務天線集合中，並從候選天線集合中刪除該接收天線以及該接收天線對應的接收端的其餘接收天線；B23.判斷所述服務天線集合中的元素的數目是否達到預先設置的空間子信道數目，如果是，則執行步驟B24，否則，返回執行所述步驟B22；B24.將所述服務天線集合中的接收天線與發射端構成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應的空間子信道。
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射端的發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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端和該發射天線之間映射空間子信道；B34.將該接收端對應的所有傳輸能力元素和該發射天線對應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，則結束空間子信道分配流程，否則，返回執行所述步驟B33。
較佳地，所述映射空間子信道包括B41.根據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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端和該發射天線之間映射空間子信道；B44.將該接收端對應的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B45.判斷所選擇的發射天線數目是否達到預先設置的空間子信道數目，如果是，則結束空間子信道分配流程，否則，返回執行所述步驟B43。
本發明還提供一種基於MIMO OFDM技術的空頻調度裝置，能夠在分配空間子信道時保證用戶的公平性。
根據本發明思想的裝置接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息和來自於接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；以及按照發射端確定的選擇用戶數目，從調度優先級較高的接收端中進行選擇，並在所選擇的接收端間分配空間子信道。
較佳地，所述調度裝置包括優先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊，其中，優先級計算模塊用於接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息和來自於接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級，並將計算出的調度優先級發送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用於將接收到的調度優先級按照由高至低的順序排序，接收來自於發射端的選擇接收端數目，根據選擇接收端數目從調度優先級最高的接收端開始選擇接收端，並將選擇結果發送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用於接收來自於發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果中的接收端。
較佳地，所述調度裝置進一步包括定時器，用於根據發射端預先確定的調度周期計時，並在計時結束時，通知所述優先級計算模塊。
在本發明的空頻調度方法和空頻調度裝置中，能夠充分保證接收端的公平性。具體而言，本發明在進行空頻調度時根據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度優先級，在接收端的當前信道質量與歷史平均傳輸速率之間取得平衡，使得當前信道質量較好、歷史平均傳輸速率較低的接收端在本調度周期內被優先選擇，有效地保證了用戶的公平性。
本發明在選擇接收端時，可以從調度優先級最高者開始選擇等於空間子信道數目個接收端，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，使得儘量多的用戶能夠享受到網絡服務，很好地滿足了基於MIMO OFDM技術的蜂窩通信系統對用戶接入的要求。
並且，本發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度優先級的參數之一，有效地保證了在服務質量上存在限制的接收端在接入系統後的正常通信。
另外，本發明還可以基於BRU總容量最大的原則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上的數據傳輸量保持最大。
下面將通過參照附圖詳細描述本發明的示例性實施例，使本領域的普通技術人員更清楚本發明的上述及其它特徵和優點，附圖中圖1為基於MIMO OFDM技術的通信系統的示意圖；圖2為本發明中空頻調度方法的流程圖；圖3為本發明實施例1和2中空頻調度方法的流程圖；圖4為本發明實施例中子載波、BRU與空間子信道之間關係的示意圖；圖5為本發明實施例1中分配空間子信道的方法流程圖；圖6為本發明實施例2中分配空間子信道的方法流程圖；圖7為本發明實施例3和4中空頻調度方法的流程圖；圖8為本發明實施例3中分配空間子信道的方法流程圖；圖9為本發明實施例4中分配空間子信道的方法流程圖；圖10為本發明實施例中空頻調度裝置的示例性結構示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明做進一步的詳細說明。
本發明中空頻調度方法的基本思想在於首先確定接收端的調度優先級，然後針對優先級高的接收端分配空間子信道。
圖2示出了根據本發明思想的空頻調度方法的流程圖。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度優先級。
在步驟202中，根據發射端預先設置的選擇接收端數目，從調度優先級最高的接收端開始選擇，並在所選擇的接收端間分配空間子信道。
本發明中可以基於迫零波束賦形(ZFB)和每天線速率控制(PARC)等方法執行空頻調度，並且在調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為發射端、UE為接收端為例，對本發明的實施例進行說明。
實施例1圖3示出了本發明實施例1中空頻調度方法的流程圖，本實施例中基於ZFB方法進行空頻調度，採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，並且預先設置調度周期。參見圖3，該方法包括在步驟301中，到達調度周期時，根據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，並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係的示意圖。如圖4所示，在MIMO OFDM系統中，BRU是指在預先設置的時隙或者調度周期內的一組子載波，每個BRU都可以映射為多個空間子信道，並且多個接收端可以共享同一個BRU，並在該BRU對應的空間子信道上進行獨立的數據傳輸，從而實現系統總容量的最大化。
這裡以一個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側共有n個天線，UE側共有m個天線；對於UE而言，假設其信道信息為H，接收端在接收天線上測量的信噪比為ρ，當前調度周期內的傳輸能力為 歷史平均傳輸速率為T(t)。其中信道信息H可以由UE主動測量並上報，也可以由發射端在UE的請求下進行測量，ρ則由UE上報。MIMO OFDM系統中的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側第j個天線之間的信道響應。
本實施例中可以按照下述公式1.1計算該UE在當前調度周期的傳輸能力 R^(t)=Blog2(det(I+(H)HH))]]>公式1.1其中B表示該BRU的帶寬，I表示單位矩陣，(*)H表示對括號內的矩陣取共軛轉置，det(*)表示求括號內矩陣的行列式。由於此時尚未確定所選擇的接收端，因此根據公式1.1計算出來的 僅為UE傳輸能力的估算值。這裡也可以採用其它現有的方法獲得接收端在當前調度周期內的傳輸能力。
本實施例中，UE的歷史平均傳輸速率表示多個調度周期內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，本實施例中預先根據UE的業務要求將第一個調度周期時的歷史平均傳輸速率設置為常數。在當前調度周期為第t個調度周期時，如果該UE在第(t-1)個調度周期內被選擇，則此時的歷史平均傳輸速率T(t)等於(1-α)T(t-1)+αR(t-1)，其中R(t-1)代表該UE在第(t-1)個周期內的實際傳輸能力；如果該UE在第(t-1)個調度周期內未被選擇，則歷史平均傳輸速率T(t)等於(1-α)T(t-1)，其中α為取值範圍在0到1之間的遺忘因子。
在步驟302中，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級。
假設UE在當前調度周期內的調度優先級為Pr(t)，則在該UE對最小速率(MDR)無要求時，Pr(t)等於該UE在當前調度周期的傳輸能力 與歷史平均傳輸速率T(t)之比；當該UE對MDR存在要求並且MDR為rmin時，Pr(t)等於 在步驟303中，按照調度優先級對該BRU中的所有接收端排序，按照發射端確定的選擇接收端數目，選擇調度優先級較高的接收端。
本步驟中，首先按照調度優先級由高至低的順序對BRU中的所有UE進行排序；然後，由於本實施例採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，此時發射端確定的選擇接收端數目等於空間子信道的數目，假設空間子信道數目為n，則從調度優先級最高的UE開始，選擇n個UE，作為本調度周期內被服務的接收端。
在步驟304中，按照BRU總容量最大的原則，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。在基於ZFB方法分配空間子信道時，對接收端的接收天線進行選擇，並在完成選擇後，將所選接收天線與發射端的所有發射天線匹配，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，並設置內容為空的服務天線集合。
步驟502從候選天線集合中選擇出一根接收天線加入服務天線集合，使得服務天線集合與NodeB組成的信道的容量最大，並從候選天線集合中刪除該天線對應的接收端的所有天線。
本步驟中，在服務天線集合為空的情況下，根據公式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，並選出傳輸能力最大的天線作為服務天線。
在服務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天線集合後，服務天線集合中的所有天線與作為發射端的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天線集合後的信道容量都大。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天線集合時，服務天線集合中的所有接收天線與發射端組成的信道的容量，並將最大信道容量對應的接收天線作為被選擇的天線。
由於本實施例採用平均分配方式，則每次選擇天線後，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，則執行步驟504；否則，返回執行步驟502。
步驟504將服務天線集合中的接收天線與NodeB構成MIMO信道 映射成每個被選擇接收端對應的空間子信道。
至此完成ZFB方式下空間子信道的分配。
在結束空間子信道分配後，每個被選擇的接收端均擁有一個空間子信道。此時假設將第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， 是服務天線集合與NodeB組成的MIMO信道的信道信息。
而後，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=dr2,]]>並通過下述公式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這裡也可以根據自適應調製編碼方式的組合確定R(t)。
由於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)，並且此處的實際傳輸能力為下一調度周期內在步驟301中計算該接收端的歷史平均傳輸速率提供依據。另外，在步驟304中，也可以不考慮BRU的總容量來分配空間子信道。此時的步驟502變為從候選天線集合中任意選擇出一根天線加入服務天線集合，並從候選天線集合中刪除該天線對應的接收端的所有天線。此種空間子信道的分配方法實現較為簡單。
以上為實施例1中基於ZFB方法並採用平均分配方式的空頻調度方法，由上述描述可見，本實施例在進行空頻調度時根據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度優先級，在接收端的當前信道質量與歷史平均傳輸速率之間取得平衡，使得當前信道質量較好、歷史平均傳輸速率較低的接收端在本調度周期內被優先選擇，有效地保證了用戶間的公平性；並且，本實施例中從調度優先級最高者開始選擇等於空間子信道數目個接收端，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，使得儘量多的用戶能夠享受到網絡服務，很好地滿足了基於MIMO OFDM技術的蜂窩通信系統中接入用戶的要求。同時，本實施例中在計算調度優先級時，以接收端在當前調度周期的傳輸能力作為參數之一，則兼顧了接收端的信道質量；並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度優先級的參數之一，有效地保證了在服務質量(QoS)上存在最小速率限制的接收端接入系統後的正常通信。進一步地，本實施例基於BRU總容量最大的原則，將空間子信道分配給所選擇的接收端，使得BRU上的數據傳輸量保持最大。
實施例2本實施例中基於PARC方法執行空頻調度，並在調度過程中採用平均分配的方式對空間子信道進行分配。圖3中的空頻調度方法流程同樣適於本實施例，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射端的發射天線進行分配來完成。
本實施例中假設發射端天線數少於接收端天線數。
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=dr2P2=dr2]]>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根發射天線上的增益，SINRr為在第r根發射天線上的實際檢測信噪比，Rr為接收端在d第r根發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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端的所有接收天線和該發射天線之間映射空間子信道。
步驟604將該接收端對應的所有傳輸能力元素和該發射天線對應的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除。
假設步驟603中將第r根發射天線分配給第k個接收端，則本步驟中將第k個接收端在所有發射天線上的傳輸能力對應的元素從傳輸能力集合中刪除，並且將其它接收端在第r根發射天線上的傳輸能力對應的元素也刪除，以保證不會將同一根發射天線重複分配給多個接收端。
步驟605判斷傳輸能力集合是否為空，如果是，則結束空間子信道分配流程；否則返回執行步驟603。
至此，完成本實施例中空間子信道的分配。
在結束空間子信道的分配之後，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，並作為下一調度周期中確定歷史平均傳輸速率的依據。
本實施例也可以不考慮BRU的總容量來分配空間子信道，此時可以在任意一個發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，本實施例中基於PARC方法並採用平均分配方式進行空頻調度，與實施例1相似，本實施例也通過調度優先級和平均分配空間自信道充分考慮用戶的公平性，使得儘量多的用戶能夠享受到網絡服務，很好地滿足了基於MIMO OFDM技術的蜂窩通信系統中接入用戶的要求。並且，本實施例也能夠兼顧接收端的信道質量以及最小速率。另外本實施例中也是基於BRU總容量最大的原則，將空間子信道分配給所選擇的接收端，使得BRU上的數據傳輸量保持最大。
上述的實施例1至實施例2中，所選擇的接收端的數目等於發射端確定的空間子信道的數目，每個被選擇的接收端均擁有一個空間子信道，下面對採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本實施例基於ZFB方法並採用非平均的方式執行空間子信道的分配。為保證本實施例中方案的正常執行，由發射端預先確定選擇接收端數目以及空間子信道數目。
圖7示出了本實施例中空頻調度方法的流程圖，參見圖7，該方法包括在步驟701中，到達調度周期時，根據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，並確定歷史平均傳輸速率。
在步驟702中，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級。
在步驟703中，按照調度優先級對該BRU中的所有接收端排序，按照發射端確定的選擇接收端數目，選擇調度優先級較高的接收端。
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基於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，並設置內容為空的服務天線集合。
步驟802從候選天線集合中選擇出一根接收天線加入服務天線集合，使得服務天線集合與NodeB組成的信道的容量最大，並從候選天線集合中刪除該天線。
本步驟中，在服務天線集合為空的情況下，根據公式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，並選出傳輸能力最大的天線作為服務天線。
在服務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天線集合後，服務天線集合中的所有天線與作為發射端的NodeB組成的信道的容量最大。
與實施例1不同的是，本實施例採用非平均分配方式，則每次選擇天線後，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後每個接收端被選擇的接收天線數目可能會有所差異。
步驟803判斷服務天線集合中的元素的數目是否達到空間子信道的數目，如果是，則執行步驟804；否則，返回執行步驟802；步驟804將服務天線集合與NodeB構成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。
此後按照與實施例1相同的方式計算被服務的接收端的實際傳輸能力。
本實施例在當前調度周期內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，並且採用非平均分配的方式，基於BRU的總容量最大的原則進行空間子信道的分配，在不增加資源的前提下使得BRU上的數據量保持最大。
實施例4本實施例基於PARC方法並採用非平均的方式執行空間子信道的分配。為保證本實施例中方案的正常執行，由發射端預先確定選擇接收端數目以及空間子信道數目。圖7中的空頻調度方法同樣適於本實施例，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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端接收天線和該發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將該發射天線對應的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除。
假設步驟903中將第r根發射天線分配給第k個接收端，則本步驟中僅將所有接收端在第r根發射天線上的傳輸能力對應的元素刪除，而不刪除第k個接收端在未被分配的發射天線上的傳輸能力對應的元素，這樣在完成空間子信道分配後一個接收端可能會被分配有多根天線。
步驟905判斷所選擇的發射天線數目是否達到預先設置的空間子信道數目，如果是，則結束空間子信道分配流程；否則返回執行步驟903。
至此，完成本實施例中空間子信道的分配。
此後按照與實施例1相同的方式計算被服務的接收端的實際傳輸能力。
本實施例在當前調度周期內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，並且採用非平均分配的方式，基於BRU的總容量最大的原則進行空間子信道的分配，在不增加資源的前提下使得BRU上的數據量保持最大。
本發明還提供了一種基於MIMO OFDM技術的空頻調度裝置。圖10示出了該空頻調度裝置的示例性結構示意圖。如圖10所示，本發明中的示例性空頻調度裝置在發射端與接收端間進行空頻調度，該裝置接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息H和來自於接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比r，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；以及按照發射端確定的空間子信道數目，從調度優先級較高的接收端中進行選擇，並將空間子信道分配給所選擇的接收端。
本發明實施例中的調度裝置包括優先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊。其中，優先級計算模塊用於接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息和來自於接收端的r，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級，並將計算出的調度優先級發送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用於將接收到的調度優先級按照由高至低的順序排序，接收來自於發射端的選擇接收端數目，根據選擇接收端數目從調度優先級最高的接收端開始選擇接收端，並將選擇結果發送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用於接收來自於發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果中的接收端。
進一步，該調度裝置還包括定時器，用於根據發射端預先確定的調度周期計時，並在計時結束時，通知優先級計算模塊。
本實施例中的調度裝置可以位於發射端或者接收端之中，也可以作為獨立於發射端和接收端的實體存在。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種在發射端與接收端之間進行空頻調度的方法，其特徵在於，該方法包括A.在到達預先設置的調度周期時，利用接收端在當前調度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；B.根據發射端預先設置的選擇接收端數目，從調度優先級最高的接收端開始選擇，並在所選擇的接收端間分配空間子信道。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟A所述計算接收端的調度優先級為計算接收端在當前調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度優先級。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，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度優先級為計算接收端在當前調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度優先級。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，步驟A所述計算調度優先級之前進一步包括根據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度周期內的傳輸能力；並且，根據接收端在上一調度周期中的歷史平均傳輸速率計算當前調度周期中的歷史平均傳輸速率。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述計算當前調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度周期中被選擇，則所述接收端在當前調度周期中的歷史平均傳輸速率等於(1-α)乘以該接收端在上一調度周期內的歷史平均傳輸速率再加上α與所述接收端在上一調度周期內的實際傳輸能力之積；否則，所述接收端在當前調度周期中的歷史平均傳輸速率等於(1-α)乘以該接收端在上一調度周期內的歷史平均傳輸速率，其中α為取值範圍在0到1之間的遺忘因子；步驟B所述分配空間子信道之後，該方法進一步包括計算分配給空間子信道的增益，並根據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的實際傳輸能力。
6.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，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，並設置內容為空的服務天線集合；B12.從所述候選天線集合中選擇出一根接收天線，加入到服務天線集合中，並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，則執行步驟B14，否則，返回執行所述步驟B12；B14.將所述服務天線集合中的接收天線與發射端構成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應的空間子信道。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，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天線集合時，服務天線集合中的所有接收天線與發射端組成的信道的容量，並將最大信道容量對應的接收天線作為被選擇的天線。
8.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，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，並設置內容為空的服務天線集合；B22.計算將接收端的每根接收天線加入到服務天線集合時，服務天線集合中的所有接收天線與發射端組成的信道的容量，將最大信道容量對應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，加入到服務天線集合中，並從候選天線集合中刪除該接收天線以及該接收天線對應的接收端的其餘接收天線；B23.判斷所述服務天線集合中的元素的數目是否達到預先設置的空間子信道數目，如果是，則執行步驟B24，否則，返回執行所述步驟B22；B24.將所述服務天線集合中的接收天線與發射端構成多輸入多輸出信道，映射為每個被選擇接收端對應的空間子信道。
9.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，步驟B所述在所選擇的接收端間分配空間子信道為在發射端的發射天線與接收端之間映射空間子信道。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述映射空間子信道包括B31.根據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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端和該發射天線之間映射空間子信道；B34.將該接收端對應的所有傳輸能力元素和該發射天線對應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，則結束空間子信道分配流程，否則，返回執行所述步驟B33。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述映射空間子信道包括B41.根據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，並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的發射天線和接收端，將該發射天線分配給該接收端，並在該接收端和該發射天線之間映射空間子信道；B44.將該接收端對應的所有傳輸能力元素從傳輸能力集合中刪除；B45.判斷所選擇的發射天線數目是否達到預先設置的空間子信道數目，如果是，則結束空間子信道分配流程，否則，返回執行所述步驟B43。
12.一種在發射端和接收端間進行空頻調度的裝置，其特徵在於，該調度裝置接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息和來自於接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；以及按照發射端確定的選擇用戶數目，從調度優先級較高的接收端中進行選擇，並在所選擇的接收端間分配空間子信道。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述調度裝置包括優先級計算模塊、用戶選擇模塊和空間子信道分配模塊，其中，優先級計算模塊用於接收來自於發射端或者接收端的接收端信道信息和來自於接收端的接收端在接收天線上測量的信噪比，根據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，根據所確定的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級，並將計算出的調度優先級發送給用戶選擇模塊；用戶選擇模塊用於將接收到的調度優先級按照由高至低的順序排序，接收來自於發射端的選擇接收端數目，根據選擇接收端數目從調度優先級最高的接收端開始選擇接收端，並將選擇結果發送給空間子信道分配模塊；空間子信道分配模塊用於接收來自於發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果中的接收端。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述調度裝置進一步包括定時器，用於根據發射端預先確定的調度周期計時，並在計時結束時，通知所述優先級計算模塊。
全文摘要
本發明公開了一種在發射端與接收端之間進行空頻調度的方法，該方法包括A.在到達預先設置的調度周期時，利用接收端在當前調度周期的傳輸能力和歷史平均傳輸速率計算接收端的調度優先級；B.根據發射端預先設置的選擇接收端數目，從調度優先級最高的接收端開始選擇，並在所選擇的接收端間分配空間子信道。本發明還公開了一種空頻調度裝置，該裝置能夠根據接收端的調度優先級選擇接收端並在所選擇的接收端間分配空間子信道。本發明能夠在執行空頻調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 優先權日2006年6月12日
發明者劉光毅, 朱劍馳, 王瑩, 張建華, 張平, 王偉華, 雷春娟 申請人:鼎橋通信技術有限公司