[发明专利]一种实现多用户公平调度与预编码的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用户调度技术，特别是指一种实现多用户公平调度与预编码的 方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为遏制无 线通信事业的瓶颈。如何充分地开发和利用有限的频谱资源、提高频谱资源的 利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。于是，多输入多输出(MIMO) 无线通信技术应运而生。所谓MIMO技术是指，对于任何一个无线通信系统， 在其发射端和接收端均采用多个天线或天线阵列，就构成一个无线MIMO系统。 如果多个用户使用MIMO技术通信，则构成多用户MIMO系统。

在多用户MIMO系统中，基站必须使用适当的调度算法，使基站采用相同 的时频资源，同时为多用户提供服务。在目前已有的大多数调度算法中，通常 只考虑单独在某一层范围内进行调度，比如：在物理层或媒体访问控制(MAC， Media Access Control)层调度。但是，为了获得最好的整体系统性能，需要各 层设计共同配合，交互层设计是十分必要的。

多用户MIMO系统中，对于TDD系统，在信道相干时间之内，根据信道 的互惠原理，基站可以将上行信道估计用于下行发射，因此，基站能够使用更 多的信道信息。在将来的B3G或4G系统中，也必将融合根据3G国际标准之 一的时分-同步码分多址(TD-SCDMA)系统演进技术。预编码技术是发射机利 用可能的信道信息进行发射信号处理的一种方法，其已经被选择为B3G的下行 发射技术，因此，TDD系统的多用户预编码技术显得十分重要。而用户间干扰 是影响线性预编码系统性能的一个重要因素，这是由于用户之间空间相关性导 致的，或者说是用户对应的信道向量子空间相互重叠引起的。由于为每个用户 的发射波束向量的主瓣靠的很近，从而产生用户间干扰；因此，为了减少用户 间干扰，必须降低用户信道之间的相干特性，最理想的情况就是信道向量之间 相互正交。

优秀的多用户调度算法设计应该在最大化系统容量、公平服务和满足延迟 约束之间进行很好的权衡，也就是说，一方面要考虑到公平服务，另一方面应 考虑尽量最大化系统容量。所谓公平服务是指：防止某些信道质量好的用户长 期占用信道，而信道质量差的用户长时间得不到系统服务。而这样的调度对于 一些业务如实时语音业务是不合适的，为了兼顾公平服务和实时这两个因素， 调度应该具有渐进特性，即：使各用户占用信道时间比例趋于相同。

为了实现优秀的多用户调度算法，现有技术中提出了几种多用户调度及预 编码方案：

第一种，随机调度预编码方案，其基本实现原理为：在选择服务用户时， 系统会选择瞬时信道增益最大的用户获得基站服务，并组成预编码，这种方案 既能使系统吞吐量达到最大，同时也能使单个用户的性能最优化。

但是，由于在实际无线通信环境下，用户的信道质量差别比较大，比如离 基站比较近的用户、静止用户的信道质量会比远离基站、移动用户的信道质量 好，因此随机调度算法会导致某些信道质量好的用户一直占用信道，不能满足 公平服务的原则。这种方案对延迟不敏感的数据业务影响不大，但对语音类实 时业务的影响就比较大。

第二种，最大信噪比多用户调度和预编码方案，其基本实现原理为：选择 信噪比(SNR)最大的用户，并选择每个用户信道增益最大的空间子信道，并 组成发射预编码矩阵。但是，本方案同样会由于用户信道质量的差别，导致一 些信道质量好的用户一直占用信道，无法满足公平服务的原则。这种方案对延 迟不敏感的数据业务影响不大，但对语音类实时业务的影响就比较大。

第三种，非线性预编码，如发射机干扰抑制编码技术(DPC，Dirty paper code)，其基本实现原理为：基站设计一定的算法，在为每个用户发射波束时， 预先去掉其他用户的干扰，这样，接收机或用户接收到的就是“干净”的信号， 从性能角度来说，DPC方法是性能最优化的。

但是，由于此方案属于非线性方法，每个用户的发射权向量的计算都需要 其它用户的信息，也就是说，每个用户的发射权向量是全局优化的结果，这样 就导致实际实现的复杂度很高，因此，这种方案会给实际系统的实现带来过高 的复杂度或处理延时。

可见，现有各种多用户调度及预编码的方案，在具体实现上分别存在不同 方面的问题，并不能权衡公平服务、最大化系统容量以及减小延时的要求。

发明内容