基站及基站中使用的调度方法
技术领域
本发明涉及无线通信中的多用户MIMO(multiple input multipleoutput，多输入多输出)系统。
背景技术
多用户MIMO系统是一种闭环MIMO方案。其中基站根据各移动台反馈的信道信息进行调度，使多个用户在相同时频资源内同时在多根天线上发送数据，每个用户占用一个数据流或多个数据流。由于在相同的时频资源同时发送了多个用户的信号，被调度的用户需要分离出属于自己的数据流。数据流的分离可以在用户端分离或在基站端预先分离。前一方法称为归一预编码(unitary pre-coding)，后一种方法称为迫零预编码(zero-forcing pre-coding)。本文主要考虑迫零预编码多用户MIMO方案，图1给出了典型的迫零多用户MIMO系统的结构。处理过程为：
1)用户端UE(如UE1...UE n)进行信道估计，得到信道矩阵H，计算接收向量v1，得到等效信道向量heff，表示为：
heff＝v1H
对其作奇异值分解得H＝U∑TH，其中U与T为酉矩阵，∑为对角阵。
接收向量v1＝u1H，即为矩阵U第一列向量的共轭转置。
2)基站和用户端维持相同的码本，设码本中包含的向量集合为S＝{s1，s2，…，sN}，采用码本中的向量对等效信道向量heff进行量化。得：
h = s i , i = arg max 1 ≤ j ≤ N | 〈 h eff , s j 〉 | ]]>
h为量化后的信道向量。其中<heff，sj>表示向量heff与向量sj之间的内积。
3)计算CQI值，将CQI和选择的量化向量si的索引i反馈给BS。
4)BS端调度器(基站调度器)根据调度算法，决定用户组，根据此用户组各用户反馈的向量索引，组成矩阵C，预编码矩阵为矩阵C的变换矩阵，表示为：
G＝C(CCH)-1
由于对等效信道进行了量化，以及其他原因如反馈时延等，迫零预编码方案不能很好的对调度的每个用户所发送的数据流进行分离。如果基站端将采用迫零预编码矩阵发送给被调度的各个用户，用户端利用所了解的预编码矩阵进行最小均方误差估计(mean square error estimation，MMSE)，可以进一步减少多用户之间的干扰(此方法可参考文献：3GPPR1-070346，Philips，“Comparison of MU-MIMO feedback schemes withmultiple UE receive antennas”)。由于无线频谱非常珍贵，所以基站在通知用户所采用的预编码矩阵时，必须尽可能地降低下行的信令开销以节省下行所占用的带宽。
以下介绍已有的两种传输预编码矩阵的方法。以基站端采用4根发射天线为例，其最大可被调度的用户数为4，即同时被调度的用户数为2、3或4。所以为了寻找具有最大数据速率的用户组合，理论上最优的用户组合选择个数为：
N = Σ j = 2 4 K i = C K 2 + C K 3 + C K 4 ]]>
其中K表示码本中向量的个数。以包含16个向量的4比特Grassmannian码本为例，基站通知被调度的用户所需要的信令开销为![]()
比特。可以看出，采用此种用户选择方案，由于需要选的用户组数目太多，并且需要较高的复杂度。另外一种方法参考(3GPP R1-072514，Freescale Semiconductor Inc，“Codebook Design forMU-MIMO”)中提出的方法，仍然以采用4bit的Grassmannian的码本为例，若4个用户同时被调度，信令开销首先需要包括同时被调度的用户数，需要2bit，然后需要通知在预编码矩阵中的每个向量的索引，每个向量需要4比特，所以传送预编码矩阵需要16比特。也就是说，下行共需18bit。另外由于下行控制信令需采用低编码速率和低调制方式，所以上述两种方法采用总的信令开销需要采用较多的数据符号。
发明内容
本发明鉴于以上问题作出，提供了一种多用户MIMO基站，以及在基站中使用的方法。该装置和方法可以解决或缓解现有技术中的一个或更多个问题，至少可以提供一种有益的选择。
本申请提供了以下发明：
发明1、一种基站，该基站使用多用户多输入多输出方法，其特征在于，所述多用户多输入多输出基站包括：
存储装置，其用于存储与可以用作预编码组的码本向量的组合有关的码本向量组信息，所述码本向量组信息包括可以作为预编码组的码本向量的组合的索引；
预编码矩阵元素选择装置，用于选择要作为预编码矩阵的元素的码本向量；
预编码矩阵索引确定装置，根据所述预编码矩阵元素选择装置所选择出的、要作为预编码矩阵的元素的码本向量，参照所述码本向量组信息，确定由所述预编码矩阵元素选择装置所选择出的码本向量的组合所对应的索引；以及
预编码矩阵索引发送装置，用于发送所述预编码矩阵索引确定装置所确定出的码本向量的组合的索引。
发明2、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述码本向量组信息是表，该表相对应地存储可以用作预编码组的码本向量的组合以及该组合的索引。
发明3、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述码本向量组信息是可选用户组格图，该格图包括多个系列状态转移信息以及对应于各系列的状态转移信息的索引，在各系列状态转移信息中包含可以用作预编码组的码本向量的组合。
发明4、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述预编码矩阵元素选择装置根据所述码本向量组信息确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
发明5、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述预编码矩阵元素选择装置根据最大速率准则、公平准则、比例公平调度准则、分组调度准则、轮循调度准则中的一个来确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
发明6、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述可以用作预编码组的码本向量的组合是指彼此之间的相关值低于预定阈值的两个或更多个码本向量的组合。
发明7、根据发明1所述的基站，其特征在于，所述可以用作预编码组的码本向量的组合是指彼此之间的相关值低于预定阈值、并且不能再与其它码本向量进行进一步组合的两个或更多个码本向量的组合。
发明8、一种在基站中使用的调度方法，所述基站使用多用户多输入多输出方法，其特征在于，所述方法包括：
预编码矩阵元素选择步骤，用于选择要作为预编码矩阵的元素的码本向量；
预编码矩阵索引确定步骤，根据所述预编码矩阵元素选择步骤所选择出的、要作为预编码矩阵的元素的码本向量，参照码本向量组信息，确定由所述预编码矩阵元素选择步骤所选择出的码本向量的组合所对应的索引，其中所述码本向量组信息存储在所述多用户多输入多输出基站的存储装置中，与可以用作预编码组的码本向量的组合有关并包括可以作为预编码组的码本向量的组合的索引；以及
预编码矩阵索引发送步骤，用于发送所述预编码矩阵索引确定步骤所确定出的码本向量的组合的索引。
发明9、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述码本向量组信息是表，该表相对应地存储可以用作预编码组的码本向量的组合以及该组合的索引。
发明10、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述码本向量组信息是表，该表相对应地存储可以用作预编码组的码本向量的组合以及该组合的索引。
发明11、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵元素选择步骤根据所述码本向量组信息确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
发明12、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵元素选择步骤根据最大速率准则、公平准则、比例公平调度准则、分组调度准则、轮循调度准则中的一个来确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
发明13、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述可以用作预编码组的码本向量的组合是指彼此之间的相关值低于预定阈值的两个或更多个码本向量的组合。
发明14、根据发明8所述的方法，其特征在于，所述可以用作预编码组的码本向量的组合是指彼此之间的相关值低于预定阈值、并且不能再与其它码本向量进行进一步组合的两个或更多个码本向量的组合。
发明15、一种计算机可读存储介质，其存储有发明1—14中任一项所涉及的所述码本向量组信息。
该存储介质可以是磁盘、DVD、CD、MO、ROM、RAM等。
发明16、根据发明1所述的装置，其特征在于，所述码本向量组信息是树或二叉树，该树或二叉树的节点对应地存储可以用作预编码组的码本向量的组合以及该组合的索引。
附图说明
图1示出了现有技术的迫零多用户MIMO系统的结构；
图2示出了依据本发明的一种实施方式的格图；
图3示出了依据本发明的一个实施例的基站的示意方框图；以及
图4是示出了依据本发明的一个实施例的基站调度方法的示意方框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施方式。
本文提出的方案可适用于具有Nt根输出天线的基站端，可同时被调度的用户数为2，…，Nt。以Nt＝4、包含16向量的Grassmannian码本为例，其减小信令开销的具体的方法为：
1)对于码本中的每个向量sn(1≤n≤16)，维护一个集合 s n = { s n , k 1 , s n , k 2 , · · · , s n , k N } ]]>，为避免混淆，应注意，小写的sn表示码本中的向量，大写的Sn表示sn维护的向量的集合，下述的相似符号表示同样的意思。kN为集合中包含的向量个数。应注意，此集合中的各向量对应于码本中其它的向量，并且优选地，对应于码本中该向量sn之后的向量。例如向量S1对应的集合![]()
是S2到S16中的某一个。另外，此集合中每个向量与sn之间的相关值低于一个预先设计的门限T，即：
| s n H s n , k l | ≤ T , k 1 ≤ k l ≤ k N ]]>
这种设计方法的依据是如果预编码矩阵中任意两个向量之间的相关值比较小，则会减少数据流之间的干扰。
2)设计用户组格图以确定所有可选择的用户组的索引，如图2所示。此格图的列数与最大可被调度的用户数相同。行数(状态数)为码本中向量的个数。当基站采用4根天线、16向量Grassmannian的码本时，格图由4列，16行组成，码本中16个向量分别代表格图中的一个状态。所选择的用户组包含的用户的个数可以为2，3或4。每个用户组表示格图中的一系列状态转移，如一次状态转移(对应格图中两个状态之间的连线)表示用户组包含2个用户，二次状态转移表示用户组包含3个用户，等。
3)在此以一个例子说明状态转移过程。参考图2，对于格图中第一列的第一个状态，即对应码本中的向量1，其下一次状态转移对应的状态为向量1根据步骤1)维护的集合中的所有向量，表示为 s 1 = { s 1 , k 1 , s 1 , k 2 , · · · , s 1 , k N } ]]>。应注意，由于此集合中的所有向量都为从码本中选择的向量，所以此集合中每一个向量又各自维护了自己的集合。假设其中第一个向量![]()
所维护的集合为![]()
，则在第二次状态转移时，此向量![]()
对应的转移后的状态S1，2为集合![]()
与集合S1之间的交集。表示为：
S 1,2 = S 1 ∩ S 1 , k 1 ]]>
例如，假如针对向量s1维护的集合为{s2，s4，s9}，针对s2维护的集合为{s6，s9}，针对向量s4维护的集合为{s5，s6，s9，s11}，对于向量s1来说，其第一次转移可以移动到向量s2，s4，s9中的任何一个或多个，当移动到向量s2时，第二次移动时，只能移动到向量s9，即针对向量s1维护的集合与针对向量s2维护的集合的交集。
显然，设计为从某一状态转移得到的下一状态的向量的索引大于当前状态对应的向量的索引，可以减少冗余的状态转移，即在集合S1，2中的向量的索引都大于![]()
对应的向量的索引。这一过程同样适用于后面的状态转移。
由此，假设所有的对应于2状态转移，3状态转移，4状态转移对应的矩阵的集合分别表示为P2，P3，P4。
此格图建立起之后，所有的给出的状态转移(即P2，P3，P4中每个矩阵)被统一编号并被分配一个唯一的索引。每个索引对应的向量的集合存储在基站和用户的存储器中。当基站按照调度准则选择了某个用户组之后，此用户组对应的索引将通过控制信道发送给下行被调度的用户。假设向量之间的相关值的门限T＝0.4，对于16向量Grassmannian码本，根据步骤3)，可计算得共有126个满足上述条件的用户组，所以共需要![]()
个比特以通知下行被调度的用户所采用的预编码矩阵。
应注意，所得到的用户组的数目随预设的门限的增大和最大可被调度的用户数的增加而增加。预设的门限可以对不同的调度用户数采用不同的值以平衡总的状态转移数。
另外，上面介绍了利用格图来产生所有的可供选择的用户组，实际在基站端和用户端保存时，可以采用表的方法进行存储，也可采用树或二叉树的形式。当用二叉树或树表示时，树的各节点表示各可以进行组合的码本向量。可以用一颗或多颗树来进行表示。例如如下表1所示的可行码本向量组合信息表。
表1
向量组合索引号
s1，s21
s1，s42
s1，s2，s93
s1，s4，s94
...
另外，也可以增加码本向量数等字段以便基站提高检索速度。如下表2。
表2
向量数目向量组合索引号
2 s1，s21
2 s1，s42
3 s1，s2，s93
3 s1，s4，s94
......
进一步，可以包括子组合索引号和/或父组合索引号等字段。指明该组合的子组合或父组合。如下表3。
表3
码本向量数目码本向量组合父组合索引号索引号
2 s1，s2 ...1
2s1，s4...2
3 s1，s2，s913
3 s1，s4，s924
............
另外，也可以不存储子组合。也就是说，只存储彼此之间的相关值低于预定阈值、并且不能再与其它码本向量进行进一步组合的两个或更多个码本向量的组合。例如在存储了S1、S2、S9的组合情况下，不再存储S1、S2的组合。这可以进一步降低存储容量。并且可以加快检索速度。
另外，也可以采用多个表来进行存储。例如一个表只存储两个码本向量的组合、一个表中只存储三个码本向量的组合、一个表中只存储两个码本向量的组合。
在本文中，依据上下文，也将码本向量组合称为矩阵。
在使用时，将上述存储表存储在基站(发射装置)以及移动站(接收装置)两者中。
本发明对基站所使用的调度方法没有限制。基站可以采用任何适当的方法，如最大速率准则、公平准则、比例公平调度准则、分组调度准则、轮循调度准则等等。
下面介绍基站端采用最大速率调度方法时，进行的根据上述调度方法的处理。该方法可以包括以下步骤：
1)基站寻找是否有从移动站反馈的4个向量可以组成一个包含在矩阵集合P4中的矩阵。这例如可以通过查找表3中码本向量数目为4的记录来实现。假设存在k1个此类记录，将记录中的码本向量组合表示为矩阵 W 4 = { W 4,1 , W 4,2 , · · · , W 4 , k 1 } ]]>，其中对应最大SINR的矩阵的索引可表示为：
n = arg max 1 ≤ n 1 ≤ k 1 { SINR n 1 } ]]>
![]()
为矩阵![]()
中所有向量对应的SINR的和值。
如果采用其它调度算法，则进行其它的相应的指标的计算即可。
2)基站寻找是否有从移动站反馈的3个向量可以组成一个包含在矩阵集合P3中的矩阵，同时此矩阵并非矩阵集合W4中的子矩阵。这例如可以通过查找表中码本向量数目为3、父组合索引号对应的码本向量组合不包括在集合W4中的记录来实现。假设存在k2个矩阵，表示为 W 3 = { W 3,1 , W 3,2 , · · · , W 3 , k 2 } ]]>，同样采用与1)相同的方法选择对应的最大SINR。
3)基站寻找是否有从移动台反馈的2个向量可组成一个包含在矩阵集合P2中的矩阵，同时此矩阵并非集合W4和W3中的子矩阵，假设可以组成k3个矩阵，表示为 W 2 = { W 2 , 1 , W 2 , 2 , · · · , W 2 , k 3 } ]]>，同样采用与1)相同的方法选择对应的最大SINR。
4)比较上述三个SINR值，取出其中最大的SINR值和其对应的矩阵，将此矩阵做迫零操作后作为预编码矩阵，并将此矩阵对应的索引发送给下行被调度的用户。
注意，上面的步骤1)到步骤3)对应于本发明的预编码矩阵元素选择步骤。其也可以以常规的方法进行。但利用本发明的上述方法可以提高效率。
下面介绍本发明的实施例。
图3示出了依据本发明的一个实施例的基站的示意方框图。如图3所示，依据本发明的基站包括存储装置301、预编码矩阵元素选择装置302、预编码矩阵索引确定装置303、以及预编码矩阵索引发送装置304。
存储装置301存储与可以用作预编码组的码本向量的组合有关的码本向量组信息，所述码本向量组信息包括可以作为预编码组的码本向量的组合的索引。如上所述，所述码本向量组信息可以采用表(例如表1到表3中任一种)的形式，表中相对应地存储可以用作预编码组的码本向量的组合以及该组合的索引。此表中元素可以由所设计的格图得到，该格图包括多个系列状态转移信息以及对应于各系列的状态转移信息的索引，在各系列状态转移信息中包含可以用作预编码组的码本向量的组合。优选的，所述码本向量组信息只包括彼此之间的相关值低于预定阈值、并且不能再与其它码本向量进行进一步组合的两个或更多个码本向量的组合。
应该注意的是，本发明的存储装置应该做广义的解释。码本向量组信息可以存储在与该基站直接相连或通过内联网、互联网等间接相连的其它信息处理装置(个人计算机、PDA等)或存储装置、其它基站、移动站等处。但只要对这些其它装置等上的信息进行了参照，则基站上与进行这种参照有关的装置如CPU、内存、或相关芯片等都应视为是这种存储装置。另外，如果每次都计算格图或表时，对该表或格图进行计算所涉及的CPU、存储器等也应视为这种存储装置。
预编码矩阵元素选择装置302用于选择要作为预编码矩阵的元素的码本向量。这可以采用现有技术的方法进行，也可以采用参照所述码本向量组信息的方式进行。采用参照所述码本向量组信息的方式进行可以提高速度，减轻基站处理的负担。所述预编码矩阵元素选择装置302可根据最大速率准则、公平准则、比例公平调度准则、分组调度准则、轮循调度准则等中的任一个来确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
预编码矩阵索引确定装置303根据所述预编码矩阵元素选择装置所选择出的、要作为预编码矩阵的元素的码本向量，参照所述码本向量组信息，确定由所述预编码矩阵元素选择装置所选择出的码本向量的组合所对应的索引。
预编码矩阵索引发送装置304用于发送所述预编码矩阵索引确定装置所确定出的码本向量的组合的索引。该索引可以通过单独的分组、码元等在控制信道传输。
在图3中，反馈的信息例如是CQI值和量化向量的索引。
显然，本发明的装置只发送码本向量组合的索引，而不必发送各相应码本向量或各相应码本向量的索引。而码本向量的组合索引的总数目相对比较小，因而可以有效地节约无线资源。
另外，采用本发明的格图，可设计存储表来进行用户组确定，可以提高速度，增强基站的响应性。
图4示出了依据本发明的一个实施例的基站调度方法的示意流程图。如图4所示，依据本发明的基站包括预编码矩阵元素选择步骤401、预编码矩阵索引确定步骤402以及预编码矩阵索引发送步骤403。
在预编码矩阵元素选择步骤401中，用于选择要作为预编码矩阵的元素的码本向量。这可以采用现有技术的方法进行，也可以采用参照所述存储单元301中的码本向量组信息的方式进行。采用参照所述码本向量组信息的方式进行可以提高速度，减轻基站处理的负担。在所述预编码矩阵元素选择步骤401中，基站可根据最大速率准则、公平准则、比例公平调度准则、分组调度准则、轮循调度准则等中的任一个来确定要作为预编码矩阵的元素的码本向量。
在预编码矩阵索引确定步骤402中，基站根据所述预编码矩阵元素选择步骤所选择出的、要作为预编码矩阵的元素的码本向量，参照存储装置301中存储的码本向量组信息，确定由所述预编码矩阵元素选择步骤所选择出的码本向量的组合所对应的索引。
在预编码矩阵索引发送步骤403中，用于发送所述预编码矩阵索引确定步骤所确定出的码本向量的组合的索引。
本发明的方法只发送码本向量组合的索引，而不必发送各相应码本向量或各相应码本向量的索引。而码本向量的组合索引的总数目相对比较小，因而可以有效地节约无线资源。
另外，采用本发明的格图，设计了存储表来进行用户组确定，可以提高速度，增强基站的响应性。
尽管如上已描述了本发明的实施方式，这些实施方式仅仅是本发明的详细实施例，并且因此本发明不特定地限于此，并且可适当改变每个装置等的详细构造的设计。本发明的实施方式中描述的优点仅仅是本发明所产生的适当优点的实施例，并且因此本发明的优点不限于此。
在上述的本发明的描述中，为了易于理解，集中于本发明的独特特征。本发明不限于在详细描述中描述的实施方式且可应用于其它实施方式，并且本发明可应用于各种应用领域。在本说明书中使用的术语和表达不用于限制本发明的解释，而是为了精确地描述本发明。应该理解的是，本领域技术人员可容易地从本说明书中描述的本发明原理推断出属于本发明原理的不同构造、系统或方法。因此，应当认为权利要求的描述在不脱离本发明的精神和范围的情况下包括等效的构造。具体实施方式或实施例的目的在于使得专利局、普通公众组织或不熟悉专利、法律条款、专业术语的属于本发明技术领域的技术人员等能够通过进行简单研究以容易的方式获得本发明的技术内容和本质。由此，具体实施方式或实施例不旨在限制应当由权利要求确定的本发明范围。为了充分地理解本发明的目的和独特特征，需要完全地参考公开的文档等。