專利名稱：一種多輸入多輸出系統(tǒng)中為多用戶分配資源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在同時支持單用戶和多用戶多輸入多輸出模式的多載波通信系
統(tǒng)中為多用戶分配資源的方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIM0)技術(shù)是指在發(fā)射端 和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳 送和接收，從而改善每個用戶的服務(wù)質(zhì)量(誤比特率或數(shù)據(jù)速率)。而傳統(tǒng)的通信系 統(tǒng)是單進(jìn)單出(Single-Input Single-Output, SISO)系統(tǒng)。基于發(fā)射分集和接收分集 的多進(jìn)單出(Multiple-Input Single-Output, MISO)方式和單進(jìn)多出(Single-Input Multiple-Output, SIMO)方式也是MMO的一部分。 在頻帶資源有限而高速數(shù)據(jù)需求無限增長的現(xiàn)實(shí)下，利用增加收發(fā)天線來增加空 間自由度、改善系統(tǒng)性能、提高頻帶利用率是無線通信領(lǐng)域中的一個重要研究方向。MIMO技 術(shù)以其特有的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為未來移動通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 多輸入多輸出系統(tǒng)可以在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下改善系統(tǒng)性能，在一定程度上 對抗多徑衰落，提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并且目前MMO系統(tǒng)的研究已經(jīng)深入到多種模式中，例 如單用戶多輸入多輸出(SU-MIMO)模式和多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)模式。 一個MMO 信道可以等效為多個并行獨(dú)立的SISO信道，每一組SISO信道可稱作一個層(Layer)，可以 理解為MMO系統(tǒng)中的一份空間資源，發(fā)射機(jī)可以將碼流(code words)放在一個或多個層 上進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)空間上的資源分配，如果這些碼流僅屬于一個用戶，則稱為SU-MIMO，如果 這些碼流分屬于不同的用戶，則稱為MU-MIMO。 在多載波MU-MMO模式的調(diào)度過程中，需要對眾多請求服務(wù)的用戶進(jìn)行選擇，組 成用戶子集來共享頻率資源，并保證足夠小的用戶間干擾，達(dá)到盡可能高的系統(tǒng)吞吐量。多 用戶選擇是MU-MMO模式的調(diào)度過程中需要解決的一項(xiàng)重要問題。 最優(yōu)用戶選擇方法是考慮所有可能的用戶子集，然后從中選擇最優(yōu)的用戶子集進(jìn) 行通信，使得系統(tǒng)總的吞吐量達(dá)到上限。如果請求服務(wù)的總的用戶數(shù)為M，用戶子集中的最
大用戶數(shù)為N，那么要選擇出一個最優(yōu)用戶子集需要遍歷^^^種情況，如果將此方
法應(yīng)用到一個頻率資源數(shù)為R的多載波系統(tǒng)中時，針對所有頻率資源選出相應(yīng)的最優(yōu)用戶
子集需要遍歷^7^^^T種情況，則可以看出當(dāng)請求服務(wù)的總的用戶數(shù)M、用戶子
集中的最大用戶數(shù)N尤其是頻率資源數(shù)R較大時計(jì)算量太大，并且當(dāng)W《*時，隨著M、N尤
其是R的增長，遍歷次數(shù)會急劇上升，因此這種方法對于多載波通信系統(tǒng)幾乎沒有實(shí)用價 值。 另外有一種次最優(yōu)的用戶選擇方法，這種方法首先挑選出一個可獲得最大傳輸速 率的用戶，然后再遍歷剩下的未被挑選的用戶，選出其中能夠與已挑選用戶組成用戶子集并使共同傳輸速率達(dá)到最大的用戶，直到選擇過程完成。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)相對較低的計(jì)
算復(fù)雜度，要選擇出一個最優(yōu)用戶子集需要遍歷(^—(^:l); —^種情況，并且可以取得接
近最優(yōu)的MU-MM0系統(tǒng)性能。但是在多載波系統(tǒng)中，這種方法只能夠保證某一頻帶內(nèi)的性 能達(dá)到或者接近最優(yōu)，沒有考慮在該頻帶上所進(jìn)行的用戶選擇會否對其他頻率資源的分配 造成影響，因此也很難取得最好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多輸入多輸出系統(tǒng)中為多用戶分配資源 的方法，降低為多用戶分配資源的復(fù)雜度，同時保證了頻帶間的資源分配的優(yōu)化。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多輸入多輸出系統(tǒng)中為多用戶分配資 源的方法，包括 (a)基站為需要獲取資源但未被分配資源的用戶進(jìn)行資源分配，同一頻率資源分 配給一個或幾個用戶，直到所有可用頻率資源都已分配完畢或者所有需要獲取資源的用戶 都已被分配資源； (b)如果有需要獲取資源但未被分配資源的用戶，則基站從所述該些用戶中選出 一個用戶M ; (c)基站遍歷已經(jīng)被分配資源的用戶或者用戶數(shù)小于用戶子集用戶數(shù)上限的用戶
子集，分別將選出的用戶M與上述用戶或者用戶子集組合成為備選用戶子集； (d)基站遍歷所有備選用戶子集，獲取這些備選用戶子集可獲得的傳輸速率，以及
組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率，從中選擇傳輸速率增加程度最大的一
個備選用戶子集； (e)將上述選出的備選用戶子集確定為用戶子集，并把分配給其組合之前的原用 戶或原用戶子集的頻率資源分配給該用戶子集； 重復(fù)上述步驟(b)至步驟(e)，直到所有頻率資源上的用戶子集中的用戶數(shù)達(dá)到
用戶子集用戶數(shù)的上限或者所有需要獲取資源的用戶數(shù)都已被分配了資源。 進(jìn)一步地，在所述步驟(a)中，基站對需要獲取資源但未被分配資源的用戶按優(yōu)
先級從高到低順序進(jìn)行資源分配，同一頻率資源僅分配給一個用戶，直到所有可用頻率資
源都已分配完畢或者所有需要獲取資源的用戶都已被分配資源。 進(jìn)一步地，在所述步驟(b)中，基站按照請求獲取資源的用戶的優(yōu)先級次序，從需
要被獲取資源但未被分配資源的用戶中選擇出一個優(yōu)先級最高的用戶M。 進(jìn)一步地，所述基站根據(jù)以下參數(shù)的一種或幾種的組合，對用戶進(jìn)行優(yōu)先級排序
需要獲取資源的用戶間的公平性、需要獲取資源的用戶的等待時間、信道質(zhì)量、所需服務(wù)的
類型、QoS要求。 進(jìn)一步地，在所述步驟(d)中，基站獲取備選用戶子集可獲得的傳輸速率，以及組 合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率后，獲得傳輸速率增加程度最大的一個備 選用戶子集，將獲得的傳輸速率增加程度與一門限值進(jìn)行比較，若判斷所述傳輸速率增加 程度不低于所述門限值，則執(zhí)行步驟(e)，否則結(jié)束本次流程。 進(jìn)一步地，在所述步驟(d)中，若判斷所述傳輸速率增加程度低于所述門限值，則將所述用戶M從需要獲取資源但未被分配資源的用戶組中去除。 采用本發(fā)明所述方法，如果請求服務(wù)的用戶的總數(shù)為M，用戶子集中的最大用戶數(shù) 為N，頻率資源數(shù)為R，那么當(dāng)M《R時，不需要進(jìn)行用戶子集的遍歷；當(dāng)M > R時，針對所有
頻率資源上選出最優(yōu)用戶子集需要遍歷RN—1種情況，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最優(yōu)用戶選擇方法，在系統(tǒng)調(diào) 度時可以降低多用戶選擇的復(fù)雜度。根據(jù)優(yōu)先級順序?qū)τ脩暨M(jìn)行選擇保證了系統(tǒng)的公平性
和QoS(Quality ofService，服務(wù)質(zhì)量)要求，而針對頻率資源進(jìn)行的最優(yōu)用戶子集遍歷則
可以更合理的實(shí)現(xiàn)無線資源的分配，提高系統(tǒng)吞吐量并增加接入用戶數(shù)量。


圖1為本發(fā)明構(gòu)思流程圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例流程圖；
圖3為應(yīng)用實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思如圖1所示基站為需要獲取資源但未被分配資源的用戶進(jìn)行 資源分配，同一頻率資源分配給一個或幾個用戶，直到所有可用頻率資源都已分配完畢或 者所有需要獲取資源的用戶都已被分配資源(步驟A);如果有需要獲取資源但未被分配資 源的用戶，則基站從中選出一用戶(步驟B);基站遍歷已經(jīng)被分配資源的用戶或者用戶數(shù) 小于用戶子集用戶數(shù)上限的用戶子集，分別將選出的用戶與上述用戶或者用戶子集組合成 為備選用戶子集(步驟C);基站遍歷所有備選用戶子集，獲取這些備選用戶子集可獲得的 傳輸速率，以及組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率，從中選擇傳輸速率增 加程度最大的一個備選用戶子集(步驟D);將上述選出的備選用戶子集確定為用戶子集， 并把分配給其組合之前的原用戶或原用戶子集的頻率資源分配給該用戶子集(步驟E);重 復(fù)上述步驟(B)至步驟(E)，直到所有頻率資源上的用戶子集中的用戶數(shù)達(dá)到用戶子集用 戶數(shù)的上限或者所有需要獲取資源的用戶數(shù)都已被分配了資源。 用戶請求服務(wù)(即請求獲取資源)，基站開始對請求獲取資源的用戶進(jìn)行資源分 配，如圖2所示，包括以下步驟 步驟110，基站對需要獲取資源且未被分配資源的用戶按優(yōu)先級從高到低順序進(jìn) 行資源分配，同一頻率資源僅分配給一個用戶，直到所有可用頻率資源都已分配完畢或者 所有需要獲取資源的用戶都已被分配資源； 基站根據(jù)以下參數(shù)的一種或幾種的組合，對需要獲取資源的用戶進(jìn)行優(yōu)先級由高 到低的排序需要獲取資源的用戶間的公平性、需要獲取資源的用戶的等待時間、信道質(zhì) 量、所需服務(wù)的類型、QoS要求。 當(dāng)用戶數(shù)量很多時，可以考慮同一頻率資源分配給兩個或兩個以上用戶，但是優(yōu) 選分配給一個用戶。 步驟120，基站判斷當(dāng)前是否仍有需要獲取資源的用戶未被分配資源，如果是執(zhí)行 步驟130，否則結(jié)束； 步驟130，基站按照請求獲取資源的用戶的優(yōu)先級次序，從未被分配資源并且需要 被獲取資源的用戶中選擇出一個優(yōu)先級最高的用戶；
基站根據(jù)某些參考值，如需要獲取資源的用戶間的公平性、需要獲取資源的用戶 的等待時間、信道質(zhì)量以及所需服務(wù)的類型、QoS要求，中的一個或幾個的組合，對未被分配 資源并且需要獲取資源的用戶進(jìn)行優(yōu)先級的排序。在本步驟中也可不進(jìn)行重新排序而直接 采用步驟110中的排序結(jié)果。 步驟140，基站遍歷已經(jīng)被分配資源的用戶或者用戶數(shù)小于用戶子集用戶數(shù)上限
的用戶子集，分別將優(yōu)先級最高的用戶與上述用戶或者用戶子集組合成為備選用戶子集，
即在其已經(jīng)獲得的頻率資源上與步驟130中選出的用戶進(jìn)行組合成為備選用戶子集； 步驟150，基站遍歷步驟140中所組合成的備選用戶子集，并獲取這些備選用戶子
集可獲得的傳輸速率，以及組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率； 其中基站要獲取備選用戶子集可獲得的傳輸速率，可以通過對備選子集中的各用
戶所能獲得的傳輸速率直接相加或者按權(quán)值相加或者根據(jù)各用戶的信道狀況和信道相關(guān)
性進(jìn)行擬合，或者直接對組合之前的原用戶或原用戶子集所能獲得的傳輸速率和步驟130
中選出的用戶所能獲得傳輸速率直接相加或者按權(quán)值相加得到，但不限于以上方法。 其中基站要獲取組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率，可以通過直
接讀取存儲器數(shù)據(jù)得到，也可以重新獲取，例如可以根據(jù)所分配的資源和MCS (Modulation
and Coding Scheme調(diào)制編碼方案)就可以計(jì)算出理想情況下的傳輸速率，但不限于以上方法。 步驟160，基站找出備選用戶子集中，可獲得的傳輸速率相比組合之前的原用戶或 原用戶子集可獲得的傳輸速率增加程度最大的一個備選用戶子集，并記錄其傳輸速率的增 加程度； 其中傳輸速率的增加程度可以是絕對值或者是對于組合之前的原用戶或原用戶 子集的相對值或者是某一量化值。如果傳輸速率增加程度最大的備選用戶子集不止一個， 可以從中隨機(jī)選擇一個。 步驟170，基站將步驟160中所記錄的傳輸速率的增加程度與一門限值進(jìn)行比較， 判斷若其傳輸速率的增加程度不低于該門限值，則執(zhí)行步驟180，否則執(zhí)行步驟190 ;
在其他實(shí)施例中也可以不設(shè)定門限值，但是如果不設(shè)定門限值，而只是看增加 程度本身的話有可能會出現(xiàn)兩種降低性能的場景1.所選出的最大增量程度很小，由于 MU-MIMO是靠損失用戶本身的性能來提高系統(tǒng)的整體性能的，那么當(dāng)對系統(tǒng)性能帶來的增 益不明顯的時候可以放棄接入更多的用戶；2.最大增量程度可能是負(fù)數(shù)，也就是說增加了 用戶反而會使傳輸速率降低這是有可能的。因此設(shè)定一個適當(dāng)?shù)拈T限值可以避免僅僅為了 增加接入用戶數(shù)量而導(dǎo)致的用戶和系統(tǒng)性能的損失。 上述門限值可以是靜態(tài)不變的，也可以是動態(tài)更新的，由基站進(jìn)行控制。 步驟180，將步驟170中找出的備選用戶子集確定為用戶子集，并把分配給其組合
之前的原用戶或原用戶子集的頻率資源分配給該用戶子集，執(zhí)行步驟200 ; 步驟190，直接將步驟130中選擇出的用戶從未被分配資源并且需要獲取資源的
用戶中去除，并跳至步驟200 ; 步驟200，判斷是否滿足下列條件任意之一，如果是，則流程結(jié)束，否則跳至步驟 130 : 當(dāng)基站檢測到所有頻率資源上的用戶子集中的用戶數(shù)達(dá)到用戶子集用戶數(shù)的上限； 所有需要獲取資源的用戶數(shù)都已被分配了資源。 在本實(shí)施例中，由于每個頻率資源僅分配給一個用戶，因此基站的遍歷可以認(rèn)為是針對頻率資源做的遍歷，因此保證了頻帶間的資源分配的優(yōu)化。
應(yīng)用實(shí)例 以一個同時支持SU-MIM0模式和MU-MMO模式的OFDM系統(tǒng)為例，設(shè)用戶子集{X15X2，， XN}在所分配頻率仏，f2，， fM}上的傳輸速率表示為T(仏，f2，， fM}， {&，X2， ...，XN}): (1)基站接收到來自用戶A、B、C、D、E、F的服務(wù)請求； (2)基站根據(jù)用戶的信道質(zhì)量對用戶進(jìn)行優(yōu)先級的排序由高到低依次為A、 B、 C、D、E、F ; (3)基站按照優(yōu)先級順序進(jìn)行資源分配，分配頻率資源fl和f 3給用戶A，分配f 2給用戶B，分配f4給用戶C; (4)此時頻率資源已經(jīng)沒有剩余，但是還有用戶D、E、F未被分配資源，則對D、E、F按照其所請求服務(wù)的QoS特性進(jìn)行優(yōu)先級排序由高到低為D、F、E ; (5)挑選出優(yōu)先級最高的用戶D，與已被分配資源的用戶A、B、C組成備選用戶子集分別為{A，D}， {B，D}， {C，D}; (6)獲取備選用戶子集傳輸速率的增加程度
A! = T({f" f3}， (A，D))-T((fp f3} ， {A})
A 2 = T ({f2} ， {B， D}) -T ({f2} ， {B})
A 3 = T ({f4} ， {C， D}) -T ({f4} ， {C}); (7)對備選用戶子集傳輸速率的增加程度進(jìn)行比較，找出帶來增加程度最大的用戶子集為(A，Dh再用相應(yīng)增加程度A工與預(yù)設(shè)門限值M進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)滿足A工^M，則確定{A，D}為用戶子集； (8)再從剩下的未被分配資源的用戶F、 E中，按優(yōu)先級順序選擇出優(yōu)先級最高的
用戶F，與已被分配資源的尚未達(dá)到用戶數(shù)上限的用戶子集{A，D}和用戶B、C，組成備選用
戶子集分別為{A， D， F} ， {B， F} ， {C， F}; (9)同樣獲取備選用戶子集傳輸速率的增加程度 A工二T((f"f3)， (A，D，F(xiàn)))-T(仏，f3}， {A，D}) A 2 = T ({f2} ， {B， F}) -T ({f2} ， {B}) A 3 = T ({f4} ， {C， F}) -T ({f4} ， {C}); (10)對備選用戶子集傳輸速率的增加程度進(jìn)行比較，找出帶來增加程度最大的用戶子集為(C，F(xiàn)h再用相應(yīng)增加程度A3與預(yù)設(shè)門限值M進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)不滿足A3^M，則將用戶F從未被分配資源并且需要獲取資源的用戶中去除； (11)繼續(xù)處理未被分配資源的用戶E，使用同樣的方法，確定{B， E}為用戶子集；
(12)此時未被分配資源并且需要獲取資源的用戶數(shù)為0，結(jié)束。
最后確定的用戶子集如圖3所示。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變
7形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍'
權(quán)利要求
一種多輸入多輸出系統(tǒng)中為多用戶分配資源的方法，其特征在于，(a)基站為需要獲取資源但未被分配資源的用戶進(jìn)行資源分配，同一頻率資源分配給一個或幾個用戶，直到所有可用頻率資源都已分配完畢或者所有需要獲取資源的用戶都已被分配資源；(b)如果有需要獲取資源但未被分配資源的用戶，則基站從所述該些用戶中選出一個用戶M；(c)基站遍歷已經(jīng)被分配資源的用戶或者用戶數(shù)小于用戶子集用戶數(shù)上限的用戶子集，分別將選出的用戶M與上述用戶或者用戶子集組合成為備選用戶子集；(d)基站遍歷所有備選用戶子集，獲取這些備選用戶子集可獲得的傳輸速率，以及組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率，從中選擇傳輸速率增加程度最大的一個備選用戶子集；(e)將上述選出的備選用戶子集確定為用戶子集，并把分配給其組合之前的原用戶或原用戶子集的頻率資源分配給該用戶子集；重復(fù)上述步驟(b)至步驟(e)，直到所有頻率資源上的用戶子集中的用戶數(shù)達(dá)到用戶子集用戶數(shù)的上限或者所有需要獲取資源的用戶數(shù)都已被分配了資源。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在所述步驟(a)中，基站對需要獲取資源但未被分配資源的用戶按優(yōu)先級從高到低順序進(jìn)行資源分配，同 一頻率資源僅分配給一個用戶，直到所有可用頻率資源都已分配完畢或者所有需要獲取資 源的用戶都已被分配資源。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步驟(b)中，基站按照請求獲取資源的用戶的優(yōu)先級次序，從需要被獲取資源但未被分配資源的用 戶中選擇出一個優(yōu)先級最高的用戶M。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述基站根據(jù)以下參數(shù)的一種或幾種的組合，對用戶進(jìn)行優(yōu)先級排序需要獲取資源 的用戶間的公平性、需要獲取資源的用戶的等待時間、信道質(zhì)量、所需服務(wù)的類型、QoS要 求。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟(d)中，基站獲取備選用戶子集可獲得的傳輸速率，以及組合之前的原用戶或原用戶子集可獲 得的傳輸速率后，獲得傳輸速率增加程度最大的一個備選用戶子集，將獲得的傳輸速率增 加程度與一門限值進(jìn)行比較，若判斷所述傳輸速率增加程度不低于所述門限值，則執(zhí)行步 驟(e)，否則結(jié)束本次流程。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟(d)中，若判斷所述傳輸速率增加程度低于所述門限值，則將所述用戶M從需要獲取資源但未 被分配資源的用戶組中去除。
全文摘要
一種多輸入多輸出系統(tǒng)中為多用戶分配資源的方法，降低為多用戶分配資源的復(fù)雜度。包括如果有需要獲取資源但未被分配資源的用戶，則基站從中選出一個用戶M；遍歷已被分配資源的用戶或用戶子集，分別將選出的用戶M與上述用戶或者用戶子集組合成為備選用戶子集；遍歷所有備選用戶子集，獲取這些備選用戶子集可獲得的傳輸速率，以及組合之前的原用戶或原用戶子集可獲得的傳輸速率，選擇傳輸速率增加程度最大的一備選用戶子集確定為用戶子集，并把分配給其組合之前的原用戶或原用戶子集的頻率資源分配給該用戶子集；重復(fù)上述步驟，直到所有頻率資源上的用戶子集中的用戶數(shù)達(dá)到用戶子集用戶數(shù)的上限或者所有需要獲取資源的用戶數(shù)都已被分配了資源。
文檔編號H04L1/04GK101729366SQ200810171268
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者張晨晨, 彭愛華, 朱常青, 李巖, 李峰, 楊瑾, 梁楓, 王斌, 趙楠 申請人:中興通訊股份有限公司