專利名稱：多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIMO)通信技術(shù)，更具體來說，本發(fā)明涉及MIMO系統(tǒng)中 的多用戶調(diào)度技術(shù)。
背景技術(shù)：
閉環(huán)MIMO系統(tǒng)典型地從接收端向發(fā)射端發(fā)送反饋信道狀態(tài)信息，發(fā)射端根據(jù)所 述反饋信道狀態(tài)信息選擇合適的用戶進行傳輸。雖然所述反饋信道狀態(tài)信息會消耗在其它 情況下用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的帶寬，但是其有助于提升系統(tǒng)性能。對于閉環(huán)MIMO系統(tǒng)來說，評 價系統(tǒng)性能的指標往往是系統(tǒng)的吞吐量，即系統(tǒng)中所有用戶接收和發(fā)送數(shù)據(jù)量的總和。但 在實際系統(tǒng)中僅考慮系統(tǒng)的吞吐量是不夠的，有些遠離基站并在比較差的信道中的用戶可 能很長時間內(nèi)都不會被服務(wù)，直到“餓死”，這時就需要考慮系統(tǒng)公平了性了，同一個系統(tǒng)里 用戶服務(wù)質(zhì)量(即數(shù)據(jù)傳輸量)差距越大，系統(tǒng)的公平性就越差；反之，則公平性就越好。 系統(tǒng)的公平性降低會導(dǎo)致一部分用戶服務(wù)質(zhì)量嚴重下降，所以在MIMO系統(tǒng)中公平性和吞 吐量是同樣需要重視的。目前，普遍采用比例公平調(diào)度(PFS)方法來維持閉環(huán)MIMO系統(tǒng)多 用戶調(diào)度的公平性。然而，實踐證明當各個用戶的信道狀態(tài)相似時，所述比例公平調(diào)度方法可以保證 閉環(huán)MIMO系統(tǒng)多用戶調(diào)度的公平性，系統(tǒng)的公平性好，而當各個用戶的信道狀態(tài)顯著不 同，信道質(zhì)量差異加劇時，所述比例公平調(diào)度方法由于算法本身的特性不足以保證閉環(huán) MIMO系統(tǒng)多用戶調(diào)度的公平性，系統(tǒng)的公平性不佳。因此，有必要提供一種改進的多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)及方法來克服現(xiàn)有技術(shù)的 缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)及方法，能在各個用戶的信道 狀態(tài)顯著不同時，保證閉環(huán)MIMO系統(tǒng)多用戶調(diào)度的公平性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)，包括基站和與 所述基站無線通信的多個終端，所述多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)還包括信噪比計算模塊，用 于根據(jù)每個終端接收的導(dǎo)頻符號計算每個終端的當前信噪比數(shù)據(jù)。所述基站包括平均請 求速率記錄更新模塊和平均傳輸速率記錄更新模塊，分別用于記錄時間窗內(nèi)每個終端的平 均請求速率和平均傳輸速率以及在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速率和平均 傳輸速率；導(dǎo)頻符號模塊，用于在相干時間開始時向每個終端發(fā)射相同的導(dǎo)頻符號；瞬時 請求速率計算模塊，用于根據(jù)所述信噪比計算模塊發(fā)送的每個終端的信噪比數(shù)據(jù)計算與每 個終端通信的瞬時請求速率用戶選擇模塊，用于根據(jù)平均請求速率記錄更新模塊記錄的 平均請求速率、平均傳輸速率記錄更新模塊記錄的平均傳輸速率、瞬時請求速率計算模塊 計算的瞬時請求速率以及一指數(shù)參數(shù)計算每個用戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的 用戶或用戶集作為備選傳輸用戶；數(shù)據(jù)符號模塊，用于發(fā)送數(shù)據(jù)符號發(fā)送至所述選擇的用戶或發(fā)送和信號至用戶集以使用戶集中的每個終端從和信號中提取數(shù)據(jù)符號。在本發(fā)明的一個實施例中，所述基站是3G/B3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的基站、WIMAX或4G 系統(tǒng)的接入點。較佳地，所述指數(shù)參數(shù)的取值范圍為0至4。另外，本發(fā)明提供了一種一種多用戶比例公平調(diào)度方法，包括如下步驟(1)記錄 時間窗內(nèi)每個終端的平均請求速率以及平均傳輸速率；(2)在相干時間開始時向每個終端 發(fā)射相同的導(dǎo)頻符號信號；(3)在每個終端根據(jù)接收的導(dǎo)頻符號信號計算當前信噪比數(shù)據(jù) 并發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù)后，根據(jù)每個終端的信噪比數(shù)據(jù)計算與每個終端通信的瞬時請 求速率(4)根據(jù)所述平均請求速率、平均傳輸速率、瞬時請求速率、以及指數(shù)參數(shù)計算每 個用戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶；(5)發(fā)送 數(shù)據(jù)符號發(fā)送至所述選擇的用戶或發(fā)送和信號至用戶集以使用戶集中的每個終端從和信 號中提取數(shù)據(jù)符號；(6)在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速率、以及平均傳輸 速率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟(3)中的每個終端發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù) 具體為當終端的當前信噪比數(shù)據(jù)超過一反饋門限時，所述終端發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一實施例中，所述步驟(5)具體為將所述選擇的用戶所需的數(shù)據(jù) 符號發(fā)送至所述選擇的用戶；或?qū)⑺鲞x擇的用戶集所需的和信號發(fā)送至所述選擇的用戶 集，所述用戶集中的每個終端從所述和信號中提取所需數(shù)據(jù)符號。在本發(fā)明的再一實施例中，所述步驟(6)具體為通過當前平均請求速率和當前 瞬時請求速率在每個相干時間后更新平均請求速率；通過當前平均傳輸速率和當前瞬時請 求速率在每個相干時間后更新平均傳輸速率與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)及方法通過指數(shù)參數(shù)、平均請 求速率、平均傳輸速率、瞬時請求速率來確定用戶傳輸優(yōu)先級。對于信道條件越差的用戶系 統(tǒng)對其的照顧就越多，在優(yōu)先級的計算上也越占優(yōu)勢，從而提高信道條件差的用戶在信道 條件突然變好后獲得服務(wù)的機會，進而調(diào)整閉環(huán)MIMO系統(tǒng)在用戶經(jīng)歷的信道狀態(tài)有顯著 不同時的用戶調(diào)度公平性，改善了系統(tǒng)在公平性和總吞吐量之間的側(cè)重。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明 的實施例。


圖1為本發(fā)明多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)的框圖。圖2為本發(fā)明多用戶比例公平調(diào)度方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。如圖1所示，本實施例多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)包括基站11、與所述基站11通信
的多個終端(N個，如圖1中的終端1、終端1.....終端N)，所述多個用戶終端分別與用戶連
接?；?1可以是3G/B3G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的基站、WIMAX或4G系統(tǒng)的接入點。基站11通 過下行無線信道向終端1、終端1.....終端N傳輸數(shù)據(jù)，終端1、終端1.....終端N通過上行反饋信道向基站11反饋有關(guān)信息。所述基站11選擇所述多個終端中的一個或兩個，進 而與選擇的終端進行通信。所述基站11包括平均請求速率記錄更新模塊111、平均傳輸速率記錄更新模塊 112、導(dǎo)頻符號模塊113、瞬時請求速率計算模塊114、用戶選擇模塊115、數(shù)據(jù)符號模塊116、 以及多根(M根)發(fā)射天線。每個終端(終端1、終端1.....終端N)均連接一根天線并共同與信噪比計算模塊
13連接，通常用戶數(shù)大于發(fā)射天線數(shù)(即N > M)?？紤]信道塊衰落的情形，即每個終端的 信道矩陣Hi(IXM)在每個相干時間內(nèi)保持不變，在不同的相干時間之間獨立地變化。每個 相干時間內(nèi)基站11使用一個訓(xùn)練周期選擇合適的用戶，剩下的時間則與選擇的用戶進行 數(shù)據(jù)傳輸。基站11的平均請求速率記錄更新模塊111與每個終端(終端1、終端1.....終端
N)連接，用于記錄時間窗t。內(nèi)每個終端的平均請求速率平均傳輸速率記錄更新模塊
112與每個終端(終端1、終端1.....終端N)連接，用于記錄記錄時間窗t。內(nèi)每個終端的
平均傳輸速率Ti (t)，其中i表示是第i個用戶，t代表是第t個時隙。導(dǎo)頻符號模塊111與每個終端連接，用于在相干時間開始時通過下行無線信道向
每個終端(終端1、終端1.....終端N)發(fā)射相同的導(dǎo)頻符號81，設(shè)&是第i個終端對應(yīng)的
加性高斯白噪聲，噪聲功率為1，Hi是第i個終端的信道矩陣(1 XM)，則第i個終端接收的 信號為Yi = E1S^w1(1)信噪比計算模塊13與每個終端連接，用于對每個終端(終端121、終端122.....
終端127)接收的信號yi進行頻譜分析，計算每個終端當前信噪比(SNR)值。設(shè)SJt)為第 i個終端在t時刻接收的信號yi (t)的信號功率，Ni⑴為第i個終端在t時刻接收的信號 Yi (t)中的噪聲功率，則第i個終端在時刻t的SNR值為爾奶器⑵信噪比計算模塊13通過上行反饋信道將所述每個終端的當前信噪比數(shù)據(jù)發(fā)送至 基站11的瞬時請求速率計算模塊114。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，所述信噪比SNR可以是 模擬信息，也可以是量化信息。本實施例可以設(shè)置信噪比數(shù)據(jù)的反饋門限，只有當信噪比SNR數(shù)據(jù)超過反饋門限 時，終端才將所述信噪比SNR數(shù)據(jù)發(fā)送至基站11，這樣在對性能影響很小的情況下可以進 一步減少系統(tǒng)的總反饋信息量。基站11的瞬時請求速率計算模塊114與所述信噪比計算模塊13連接，用于根據(jù) 所述信噪比計算模塊13計算的每個終端的信噪比SNR數(shù)據(jù)和香農(nóng)公式計算出與每個終端 通信的瞬時請求速率，在時刻t第i個終端的瞬時請求速率為Ri (t) = log^l+SNRia))(3)用戶選擇模塊115與所述平均請求速率記錄更新模塊111、平均傳輸速率記錄更 新模塊112、瞬時請求速率計算模塊114連接，用于根據(jù)所述平均請求速率記錄更新模塊 111記錄的平均請求速率·、所述平均傳輸速率記錄更新模塊112記錄的平均傳輸速率Ti (t)、瞬時請求速率計算模塊114計算的瞬時請求速率Ri (t)以及指數(shù)參數(shù)α計算用戶的 優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶，其中，優(yōu)先級系數(shù)最 大的用戶編號計算公示為 其中，K為總用戶數(shù)。本實施例可以通過設(shè)置指數(shù)參數(shù)α的大小，利用指數(shù)參數(shù)α對平均請求速率_ 或平均傳輸速率Ti (t)進行處理，進而調(diào)整證閉環(huán)MIMO系統(tǒng)多用戶調(diào)度在公平性和總吞吐 量之間的側(cè)重。α的取值越大系統(tǒng)越側(cè)重公平性，而α取值越小系統(tǒng)越側(cè)重吞吐量，一般 情況下α的取值范圍為W，4]。數(shù)據(jù)符號模塊116與所述用戶選擇模塊115連接，用于將所述用戶選擇模塊115 選擇的用戶所需的數(shù)據(jù)符號通過下行無線信道發(fā)送至所述選擇的用戶，或?qū)⑺鲇脩暨x擇 模塊115選擇的用戶集所需的和信號通過下行無線信道發(fā)送至所述選擇的用戶集，所述用 戶集中的每個終端從所述和信號中提取所需數(shù)據(jù)符號。平均請求速率記錄更新模塊111在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速
率尺(0 ,平均傳輸速率記錄更新模塊112在每個相干時間后更新平均傳輸速率Ti (t)。
平均請求速率的初始值一般設(shè)為0，通過當前平均請求速率和當前瞬時請求速率
在每個相干時間后更新平均請求速率。平均請求速率■更新的時間窗長度為t。，平均請求
速率瓦歷更新后為 通過當前平均傳輸速率和當前瞬時請求速率在每個相干時間后更新平均傳輸速 率。平均傳輸速率Ti(t)更新的時間窗長度為t。，平均傳輸速率Ti (t)更新后為 本實施例可以設(shè)置每個終端的平均請求速率/ ,(0、平均傳輸速率Ti (t)的更新時 間窗t。的大小。由上可以看出，本實施例多用戶調(diào)度比例公平調(diào)度系統(tǒng)通過指數(shù)參數(shù)α、平均請 求速率、平均傳輸速率、瞬時請求速率來確定用戶傳輸優(yōu)先級。對于信道條件越差的用戶系 統(tǒng)對其的照顧就越多，在優(yōu)先級的計算上也越占優(yōu)勢，從而提高信道條件差的用戶在信道 條件突然變好后獲得服務(wù)的機會，進而調(diào)整閉環(huán)MIMO系統(tǒng)在用戶經(jīng)歷的信道狀態(tài)有顯著 不同時的用戶調(diào)度公平性，改善了系統(tǒng)在公平性和總吞吐量之間的側(cè)重。如圖2所示，本實施例多用戶比例公平調(diào)度方法包括如下步驟步驟S211，基站記錄時間窗t。內(nèi)每個終端的平均請求速率以及平均傳輸速率；步驟S212，基站在相干時間開始時通過下行無線信道向每個終端發(fā)射相同的導(dǎo)頻 符號；
步驟S213，每個終端根據(jù)接收的信號計算當前信噪比(SNR)數(shù)據(jù)，并通過上行反 饋信道發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù)；步驟S214，基站根據(jù)每個終端的信噪比數(shù)據(jù)和香農(nóng)公式計算出與每個終端通信的 瞬時請求速率步驟S215，基站根據(jù)所述平均請求速率、平均傳輸速率、瞬時請求速率、以及指數(shù) 參數(shù)計算用戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶；步驟S216，將所述選擇的用戶所需的數(shù)據(jù)符號通過下行無線信道發(fā)送至所述選 擇的用戶，或?qū)⑺鲞x擇的用戶集所需的和信號通過下行無線信道發(fā)送至所述選擇的用戶 集，所述用戶集中的每個終端從所述和信號中提取所需數(shù)據(jù)符號；步驟S217，基站在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速率、以及平均傳輸速率。在下一個相干時間內(nèi)，基站11重復(fù)圖2所示的各個步驟。由上可知，本實施例多用戶調(diào)度比例公平調(diào)度方法能通過指數(shù)參數(shù)α、平均請求 速率、平均傳輸速率來確定用戶傳輸優(yōu)先級，進而調(diào)整閉環(huán)MIMO系統(tǒng)在用戶經(jīng)歷的信道狀 態(tài)有顯著不同的用戶調(diào)度公平性，改善了系統(tǒng)在公平性和總吞吐量之間的側(cè)重。以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施 例，而應(yīng)當涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進行的修改、等效組合。
權(quán)利要求
一種多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)，包括基站和與所述基站無線通信的多個終端，其特征在于，還包括信噪比計算模塊，用于根據(jù)每個終端接收的導(dǎo)頻符號計算每個終端的當前信噪比數(shù)據(jù)，所述基站包括平均請求速率記錄更新模塊和平均傳輸速率記錄更新模塊，分別用于記錄時間窗內(nèi)每個終端的平均請求速率和平均傳輸速率以及在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速率和平均傳輸速率；導(dǎo)頻符號模塊，用于在相干時間開始時向每個終端發(fā)射相同的導(dǎo)頻符號；瞬時請求速率計算模塊，用于根據(jù)所述信噪比計算模塊發(fā)送的每個終端的信噪比數(shù)據(jù)計算與每個終端通信的瞬時請求速率用戶選擇模塊，用于根據(jù)平均請求速率記錄更新模塊記錄的平均請求速率、平均傳輸速率記錄更新模塊記錄的平均傳輸速率、瞬時請求速率計算模塊計算的瞬時請求速率以及一指數(shù)參數(shù)計算每個用戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶；數(shù)據(jù)符號模塊，用于發(fā)送數(shù)據(jù)符號發(fā)送至所述選擇的用戶或發(fā)送和信號至用戶集以使用戶集中的每個終端從和信號中提取數(shù)據(jù)符號。
2.如權(quán)利要求1所述的多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述基站是3G/B3G蜂 窩通信網(wǎng)絡(luò)的基站、WIMAX或4G系統(tǒng)的接入點。
3.如權(quán)利要求1所述的多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，所述指數(shù)參數(shù)的取值 范圍為0至4。
4.一種多用戶比例公平調(diào)度方法，包括如下步驟(1)記錄時間窗內(nèi)每個終端的平均請求速率以及平均傳輸速率；(2)在相干時間開始時向每個終端發(fā)射相同的導(dǎo)頻符號信號；(3)在每個終端根據(jù)接收的導(dǎo)頻符號信號計算當前信噪比數(shù)據(jù)并發(fā)送所述當前信噪比 數(shù)據(jù)后，根據(jù)每個終端的信噪比數(shù)據(jù)計算與每個終端通信的瞬時請求速率(4)根據(jù)所述平均請求速率、平均傳輸速率、瞬時請求速率、以及指數(shù)參數(shù)計算每個用 戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶；(5)發(fā)送數(shù)據(jù)符號發(fā)送至所述選擇的用戶或發(fā)送和信號至用戶集以使用戶集中的每個 終端從和信號中提取數(shù)據(jù)符號；(6)在每個相干時間后更新每個終端的平均請求速率、以及平均傳輸速率。
5.如權(quán)利要求4所述的多用戶比例公平調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟(3)中的每個 終端發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù)具體為當終端的當前信噪比數(shù)據(jù)超過一反饋門限時，所述終端發(fā)送所述當前信噪比數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求4所述的多用戶比例公平調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟(5)具體為將所述選擇的用戶所需的數(shù)據(jù)符號發(fā)送至所述選擇的用戶；或?qū)⑺鲞x擇的用戶集所需的和信號發(fā)送至所述選擇的用戶集，所述用戶集中的每個終 端從所述和信號中提取所需數(shù)據(jù)符號。
7.如權(quán)利要求4所述的多用戶比例公平調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟(6)具體為通過當前平均請求速率和當前瞬時請求速率在每個相干時間后更新平均請求速率； 通過當前平均傳輸速率和當前瞬時請求速率在每個相干時間后更新平均傳輸速率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶比例公平調(diào)度系統(tǒng)，包括基站、多個終端和信噪比計算模塊，基站包括平均請求速率記錄更新模塊、平均傳輸速率記錄更新模塊、導(dǎo)頻符號模塊、瞬時請求速率計算模塊、用戶選擇模塊和數(shù)據(jù)符號模塊。其中，用戶選擇模塊根據(jù)平均請求速率記錄更新模塊記錄的平均請求速率、平均傳輸速率記錄更新模塊記錄的平均傳輸速率、瞬時請求速率計算模塊計算的瞬時請求速率以及一指數(shù)參數(shù)計算每個用戶的優(yōu)先級系數(shù)，選擇優(yōu)先級系數(shù)最大的用戶或用戶集作為備選傳輸用戶。本方法能在各個用戶的信道狀態(tài)顯著不同時保證閉環(huán)MIMO系統(tǒng)多用戶調(diào)度的公平性。本發(fā)明同時公開了一種多用戶比例公平調(diào)度方法。
文檔編號H04B7/04GK101909359SQ20101020744
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者吳迪, 朱光喜, 蘇鋼, 詹祺, 譚力 申請人:華中科技大學(xué)