專利名稱：虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)中的用戶設(shè)備配對(duì)方法和基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信的多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種虛擬多輸入 多輸出(MIMO)系統(tǒng)中的部分逆選半正交用戶設(shè)備配對(duì)方法和一種用于實(shí)現(xiàn)上述用戶設(shè)備 配對(duì)方法的基站。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)可以有效增強(qiáng)無線鏈路的頻譜使用效率，是新一代無 線通信系統(tǒng)的支撐技術(shù)。然而，限于成本、體積和功率等因素，在用戶設(shè)備端安裝多天線較 為困難。第三代移動(dòng)通信合作伙伴計(jì)劃長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目提案R1_0501162(3GPP TSG-RANl, Rl-0501162,"ULvirtual ΜΙΜΟ transmission for E-UTRA,"San Diego,USA,Oct. 2005)提 出了一種虛擬ΜΙΜΟ技術(shù)，將具有單天線的多個(gè)用戶設(shè)備組合起來，在同一資源塊中聯(lián)合向 具有多天線的基站發(fā)送數(shù)據(jù)，組成虛擬的MIMO信道。虛擬MIMO技術(shù)的核心問題之一是用戶設(shè)備配對(duì)，即在系統(tǒng)用戶設(shè)備數(shù)比較多時(shí)， 如何有效選擇進(jìn)行虛擬MIMO通信的用戶設(shè)備集合，以提高系統(tǒng)總吞吐量，同時(shí)又兼顧用 戶設(shè)備之間的公平性。第三代移動(dòng)通信合作伙伴計(jì)劃長(zhǎng)期演進(jìn)項(xiàng)目提案R1_051422(3GPP TSG-RAN1, R1-051422,"UL virtual ΜΙΜΟ system level performance evaluation for E-UTRA, ” Seoul，Korea, Nov. 2005)給出了針對(duì)兩個(gè)用戶設(shè)備的配對(duì)方案。目前用戶設(shè)備數(shù)多于2的配對(duì)方案主要有第三代移動(dòng)通信合作伙伴計(jì)劃長(zhǎng)期 演進(jìn)項(xiàng)目提案 R1_051422(3GPP TSG-RAN1, Rl-051422, "ULvirtual ΜΙΜΟ system level performance evaluation for E-UTRA，，，Seoul，Korea, Nov. 2005)提出的隨機(jī)配對(duì) 禾口 Τ· Yoo 禾口 A. Goldsmith 在文章 ‘‘On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling using Zero-Forcing Beamforming" (IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 24，no. 3，2006，pp. 528-541)中提出的半正交配對(duì)。隨機(jī)配對(duì)方法通過隨機(jī)選擇配對(duì)用戶設(shè)備，構(gòu)成虛擬MIMO系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算 復(fù)雜度低；但是在配對(duì)用戶設(shè)備空間特征圖正交性差時(shí)，配對(duì)的用戶設(shè)備相互干擾，導(dǎo)致系 統(tǒng)吞吐量低，因而沒有充分發(fā)揮虛擬MIMO技術(shù)的潛力。半正交配對(duì)方法將空間特征圖與已有配對(duì)用戶設(shè)備的空間特征圖正交性較好的 用戶設(shè)備作為候選用戶設(shè)備，計(jì)算各候選用戶設(shè)備空間特征圖與已有配對(duì)用戶設(shè)備空間特 征圖所張成空間相正交的分量的模值，選擇該模值最大的用戶設(shè)備進(jìn)行配對(duì)，從而達(dá)到提 高系統(tǒng)總吞吐量的目的；但是，這種配對(duì)方法存在公平性缺陷對(duì)于本身空間特征圖模值 較小的用戶設(shè)備，其正交分量更小，在其它用戶設(shè)備作為第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備時(shí)，該用戶設(shè) 備很難被選為配對(duì)用戶設(shè)備參與通信；而在該用戶設(shè)備自己作為第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備時(shí)， 由于與之配對(duì)的用戶設(shè)備的空間特征圖模值都較大，因而帶來的干擾也較大，使該用戶設(shè) 備接收信噪比減小，這兩個(gè)原因都會(huì)導(dǎo)致該用戶設(shè)備的吞吐量下降，有時(shí)甚至比不參與虛 擬MIMO通信時(shí)還要差，而這在虛擬MIMO通信系統(tǒng)中是難以接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于T. Yoo禾口 A. Goldsmith在文章"On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling using Zero-Forcing Beamforming" (IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 24, no. 3,2006, pp. 528-541)中提出的半正交用戶設(shè)備配 對(duì)方法，提出了一種部分逆選半正交用戶設(shè)備配對(duì)方法，將具有單天線的用戶設(shè)備按照其 相對(duì)于具有多天線的基站的空間特征圖的模值大小分為兩部分，對(duì)模值大的部分用戶設(shè)備 采用T. Yoo和A. Goldsmith所提出的現(xiàn)有半正交用戶設(shè)備配對(duì)方法，而對(duì)模值小的部分用 戶設(shè)備采用本發(fā)明提出的部分逆選半正交用戶設(shè)備配對(duì)方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提出了一種用戶設(shè)備配對(duì)方法，包括在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，獲得K個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖hi; 1 < i < K，S1表示K個(gè)用 戶設(shè)備中空間特征圖的模值I IhiI ι小于第一預(yù)設(shè)閾值的用戶設(shè)備的序號(hào)組成的集合，Stl表 示已有配對(duì)用戶設(shè)備集合，Ti表示候選配對(duì)用戶設(shè)備集合，令&=0，1\ = {1，2，...，Κ}；針對(duì)這一調(diào)度周期內(nèi)的當(dāng)前時(shí)隙，按照所有K個(gè)用戶設(shè)備輪流的方式產(chǎn)生針對(duì)當(dāng) 前時(shí)隙的第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備η (1)，更新已有配對(duì)用戶設(shè)備集合=Stl= {> (1)}，并取g(1) =h,, (1), i = 2 ；從候選配對(duì)用戶設(shè)備集合IV1中，選出空間特征圖hk與最近一次選定的配對(duì)用戶 設(shè)備η (i-1)的空間特征圖(H)相對(duì)于先前配對(duì)用戶設(shè)備的空間特征圖所張成的空間相 正交的分量gu-D正交性滿足第二預(yù)設(shè)閾值α的那些用戶設(shè)備，作為新的候選配對(duì)用戶設(shè) 備集合，即
權(quán)利要求
1. 一種用戶設(shè)備配對(duì)方法，包括在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，獲得K個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖hi; 1 < i < K，S1表示K個(gè)用戶設(shè) 備中空間特征圖的模值I IhiI ι小于第一預(yù)設(shè)閾值的用戶設(shè)備的序號(hào)組成的集合，Stl表示已 有配對(duì)用戶設(shè)備集合，Ti表示候選配對(duì)用戶設(shè)備集合，令& = 0，T1 = {1，2，...，Κ}；針對(duì)這一調(diào)度周期內(nèi)的當(dāng)前時(shí)隙，按照所有K個(gè)用戶設(shè)備輪流的方式產(chǎn)生針對(duì)當(dāng)前時(shí) 隙的第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備η (1)，更新已有配對(duì)用戶設(shè)備集合=Stl= {>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，還包括如果7； 但;τ⑴ &，則對(duì)候選配對(duì)用戶設(shè)備集合Ti中的每一個(gè)用戶設(shè)備k e Ti, 一一 計(jì)算與由已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的每一個(gè)用戶設(shè)備j e S0的空間特征圖所張成的空間相正交的分量L =h^SjjgJ g^，選擇使IUI最大的用戶設(shè)備沖，作為新的配對(duì)用戶設(shè)備，更新已有配對(duì)用戶設(shè)備集合
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，還包括如果已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的個(gè)數(shù)IstlI小于基站的接收天線的總數(shù) Μ，則更新用戶設(shè)備計(jì)數(shù)i — i+l，返回候選配對(duì)用戶設(shè)備集合Ti選取步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于 針對(duì)上行數(shù)據(jù)通信，對(duì)已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備進(jìn)行等功率分配，用戶設(shè)備聯(lián)合向基站發(fā)送數(shù)據(jù)；以及基站用線性最小均方誤差接收機(jī)對(duì)各用戶設(shè)備發(fā)送來的信號(hào)進(jìn)行接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于針對(duì)下行數(shù)據(jù)通信，將上述已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的個(gè)數(shù)IscJ與基站 的接收天線的總數(shù)M之間的比較轉(zhuǎn)換為已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的個(gè)數(shù)IscJ 與基站的發(fā)射天線的總數(shù)Q之間的比較；以及針對(duì)下行數(shù)據(jù)通信，對(duì)發(fā)送給已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行等功率分配；根據(jù)各個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)射波束成形；以及將經(jīng)過發(fā)射波束成形的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于在完成當(dāng)前時(shí)隙的數(shù)據(jù)傳輸后，產(chǎn)生針對(duì)下一時(shí)隙的第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備η (1)；以及在完成當(dāng)前調(diào)度周期內(nèi)的所有時(shí)隙的數(shù)據(jù)傳輸后，重新獲得K'個(gè)用戶設(shè)備的空間特 征圖hi，l彡i彡K'。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于用戶設(shè)備的空間特征圖Iii是通過用戶設(shè)備發(fā)送的參考信號(hào)獲得的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 3之一所述的用戶設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于使用Round-Robin調(diào)度方法，產(chǎn)生針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙的第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備π (I)0
9.一種基站，包括空間特征圖獲取裝置，用于在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，獲得K個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖hi; ι彡i彡κ，S1表示κ個(gè)用戶設(shè)備中空間特征圖的模值IIhiII小于第一預(yù)設(shè)閾值的用戶設(shè) 備的序號(hào)組成的集合，Stl表示已有配對(duì)用戶設(shè)備集合，Ti表示候選配對(duì)用戶設(shè)備集合，令 5·0 = 0 , T1 = {1,2,... ,K}；配對(duì)用戶設(shè)備產(chǎn)生裝置，用于針對(duì)這一調(diào)度周期內(nèi)的當(dāng)前時(shí)隙，按照所有K個(gè)用戶設(shè) 備輪流的方式產(chǎn)生針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙的第一個(gè)配對(duì)用戶設(shè)備η (1)，更新已有配對(duì)用戶設(shè)備集 合S0 = {> (1)}，并取8(1) = ⑴，i = 2；候選配對(duì)用戶設(shè)備集合選擇裝置，用于從候選配對(duì)用戶設(shè)備集合IV1中，選出空間特征 圖hk與最近一次選定的配對(duì)用戶設(shè)備π (i-1)的空間特征圖K(H)相對(duì)于先前配對(duì)用戶 設(shè)備的空間特征圖所張成的空間相正交的分量ga—D正交性滿足第二預(yù)設(shè)閾值α的那些用 戶設(shè)備，作為新的候選配對(duì)用戶設(shè)備集合Ti,即
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基站，其特征在于配對(duì)用戶設(shè)備選擇裝置還用于在 ; 但對(duì)時(shí)，對(duì)候選配對(duì)用戶設(shè)備集合Ti中 的每一個(gè)用戶設(shè)備k e Ti,一一計(jì)算與由已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的每一個(gè)用戶設(shè)備j e S0的空間特征圖所張成的空間相正交的分量L，選擇使I |gk| I最大的用戶設(shè)備"(O=Mg^x bJ，作為新的配對(duì)用戶設(shè)備，更新已有配對(duì)用戶設(shè)備集合
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的基站，其特征在于候選配對(duì)用戶設(shè)備集合選擇裝置還用于在已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的 個(gè)數(shù)IscJ小于基站的接收天線的總數(shù)M時(shí)，更新用戶設(shè)備計(jì)數(shù)i — i+Ι，選取新的候選配對(duì) 用戶設(shè)備集合凡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9 11之一所述的基站，其特征在于針對(duì)上行數(shù)據(jù)通信， 數(shù)據(jù)傳輸裝置用線性最小均方誤差接收機(jī)對(duì)各用戶設(shè)備發(fā)送來的信號(hào)進(jìn)行接收。
13.根據(jù)權(quán)利要求9 11之一所述的基站，其特征在于針對(duì)下行數(shù)據(jù)通信，在上述候選配對(duì)用戶設(shè)備集合選擇裝置和上述數(shù)據(jù)傳輸裝置中， 將已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的個(gè)數(shù)IstlI與基站的接收天線的總數(shù)M之間的 比較轉(zhuǎn)換為已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的個(gè)數(shù)IstlI與基站的發(fā)射天線的總數(shù) Q之間的比較；以及針對(duì)下行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)傳輸裝置對(duì)發(fā)送給已有配對(duì)用戶設(shè)備集合Stl中的用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行等功率分配； 根據(jù)各個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)射波束成形；以及 將經(jīng)過發(fā)射波束成形的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶設(shè)備。
14.根據(jù)權(quán)利要求9 11之一所述的基站，其特征在于在完成當(dāng)前時(shí)隙的數(shù)據(jù)傳輸后，配對(duì)用戶設(shè)備產(chǎn)生裝置產(chǎn)生針對(duì)下一時(shí)隙的第一個(gè)配 對(duì)用戶設(shè)備η⑴；以及在完成當(dāng)前調(diào)度周期內(nèi)的所有時(shí)隙的數(shù)據(jù)傳輸后，空間特征圖獲取裝置重新獲得K' 個(gè)用戶設(shè)備的空間特征圖hi;l≤i≤K'。
15.根據(jù)權(quán)利要求9 11之一所述的基站，其特征在于空間特征圖獲取裝置根據(jù)用戶設(shè)備發(fā)送的參考信號(hào)獲得用戶設(shè)備的空間特征圖比。
16.根據(jù)權(quán)利要求9 11之一所述的基站，其特征在于配對(duì)用戶設(shè)備產(chǎn)生裝置使用Round-Robin調(diào)度方法，產(chǎn)生針對(duì)當(dāng)前時(shí)隙的第一個(gè)配對(duì) 用戶設(shè)備沉(1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用戶設(shè)備配對(duì)方法，包括獲得各用戶的空間特征圖，將所有用戶按照其空間特征圖的模值大小分成兩部分；按照所有用戶輪流的方式產(chǎn)生第一個(gè)配對(duì)用戶，更新已有配對(duì)用戶集合；對(duì)候選配對(duì)用戶集合，采用現(xiàn)有的半正交配對(duì)方法，選出新的候選配對(duì)用戶集合，如果新的候選配對(duì)用戶集合非空且第一個(gè)配對(duì)用戶的模值較小，則對(duì)新的候選配對(duì)用戶集合中的每一個(gè)用戶，按照逆選法衡量準(zhǔn)則，選出新的配對(duì)用戶，更新已有配對(duì)用戶集合，并返回候選配對(duì)用戶集合選取步驟，直至滿足基站接收天線數(shù)約束或者新的候選配對(duì)用戶集合為空；已有配對(duì)用戶集合中的用戶與基站組成虛擬MIMO系統(tǒng)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明還提出了一種基站，用于實(shí)現(xiàn)上述用戶設(shè)備配對(duì)方法。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101997653SQ20091016644
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者丁銘, 劉市, 呂晶, 秦熠, 羅漢文, 蔣武揚(yáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué);夏普株式會(huì)社