CN101102151A - 用于空分多址系统的调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空分多址系统的调度方法，所述方法包括：分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；确定并更新多个所述用户的平均传输速率。通过本发明所述的调度方法及系统，达到在不影响用户的公平性基础上，提高SDMA系统吞吐量的目的。

Description

用于空分多址系统的调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及SDMA(空分多址)系统中的多用户调度技术领域。

背景技术

多用户调度是进行资源分配的有效方式，采用合理的调度方案可以充分的利用系统的多用户分集，有效地提高系统吞吐量。在SDMA系统中，包含着两种用户的调度：用户的配对调度和多用户的资源调度。对于用户的配对调度，考虑用户信道之间的相关特性，按照一定的用户配对方法(如随机配对RPS、正交配对OPS、行列式配对DPS和基于后处理SINR配对SINR-PS等)；对于多用户的资源调度，利用一定的调度算法将资源分配给最优的用户对。

目前，在SDMA系统中，对于多用户的资源调度，用的比较多的是RR(轮循)算法，RR算法的基本思想是保证小区内的用户按照某种确定的顺序循环占用等时间的无线资源来进行通信。每个用户对应一个队列以存放待传数据，在调度时非空的队列以轮循的方式接受服务以传送数据。

RR算法在一定程度上可以保证用户间的公平性，但是RR算法由于没有考虑到不同用户无线信道的具体情况，因此造成SDMA系统的吞吐量比较低。

发明内容

本发明提供了一种用于空分多址系统的调度方法及系统，达到提高SDMA系统吞吐量的目的。

本发明提供了一种用于空分多址系统的调度方法，所述方法包括：

分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；

根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；

对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；

确定并更新多个所述用户的平均传输速率。

所述分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数的步骤具体包括：

利用公式SINR_i，k＝||H_i，k||²·SNR_i分别计算每个所述用户的多个后处理信噪比，；其中，SINR_i，k为后处理信噪比，H_i，k为所述用户的信道增益矩阵，SNR_i为接收信噪比，i＝1，2，3...，N，k＝1，2，3...，N；

对每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到有效后处理信噪比ESINR；

根据所述ESINR，利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；其中，r_i，k为所述用户的最大传输比特数， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})},$ BER为误比特率。

所述根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户的步骤具体包括：

利用公式 $P_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}$ 计算多个所述用户的比例公平调度PF因子，其中，p_i为所述比例公平调度PF因子，Ri为所述用户的平均传送速率。

选择比例公平调度PF因子最大的用户作为待传输用户。

所述确定多个所述用户的平均传输速率的步骤具体包括：

利用公式 $R_i=(1-\frac{1}{T}){R_i}^{\′}+\frac{1}{T}\underset{k\∈U}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}$ 确定并更新多个所述用户在当前时刻的平均传输速率，其中，R_i′为所述用户以前的平均传输速率，T为平均窗口的大小。

本发明实施例还提供了一种用于空分多址的调度系统，包括：

最大传输比特确定单元，用于分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；

待传输用户确定单元，用于根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；

用户配对单元，用于对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；

平均速率更新单元，用于确定并更新多个所述用户的平均传输速率。

所述最大传输比特计算单元具体包括：

后处理信噪比计算模块，用于利用公式SINR_i，k＝||H_i，k||²·SNR_i分别计算多个所述用户的后处理信噪比；其中，SINR_i，k为后处理信噪比，H_i，k为所述用户的信道增益矩阵，SNR_i为接收信噪比，i＝1，2，3..，N，k＝1，2，3...，N；

有效合并模块，用于对每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到每个所述用户的有效后处理信噪比ESINR；

最大传输比特计算模块，用于利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；其中，r_i，k为所述用户的最大传输比特数， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})},$ BER为误比特率。

所述待传输用户确定单元具体包括：

比例公平调度PF因子计算模块，用于利用公式 $P_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}$ 计算多个所述用户的比例公平调度PF因子，其中，p_i为所述比例公平调度PF因子，Ri为所述用户的平均传送速率；

选择单元，用于根据比例公平调度PF因子计算模块的计算结果，选择比例公平调度PF因子最大的用户作为待传输用户。

综上所述，本发明提供了一种用于空分多址系统的调度方法及系统，通过本发明所述的调度方法及系统，达到在不影响用户的公平性基础上，提高SDMA系统吞吐量的目的。

附图说明

图1为本发明实施例所述方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述系统的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例所述方法及系统进行详细说明。

首先对本发明所述方法进行详细阐述。

本发明所述方法主要包括：分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；

根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；

对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；

更新多个所述用户的平均传输速率。

具体如图1所示，设定资源块集合为U，对于所有资源块，按照下面的步骤进行资源分配，所述步骤包括：

步骤11、对于N个用户，分别根据接收信噪比SNR_i(i＝1，2，3，...，N)和信道增益矩阵H_i，k(i＝1，2，3，...，N，k＝1，2，3，...，N)，计算每个用户在资源块k上的SINR(后处理信噪比)，

SINR_i，k＝||H_i，k||²·SNR_i    (1)；

步骤12、对每个用户的所有SINR进行有效合并，得到ESINR(有效后处理信噪比)；

步骤13、根据步骤12中得到的每个用户的ESINR：ESINR_i，k(i＝1，2，3，...，N)计算每个用户在资源块k上的最大传送比特数

r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)    (2)

其中， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})};$

步骤14、根据步骤13中得到的各个用户的最大传输比特数r_i(i＝1，2，3，...，N)计算每个用户在资源块k上的PF因子

$p_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}---\left(3\right)$

其中，Ri为用户i的平均传送速率；

步骤15、选择PF因子最大的用户j(j＝arg max_i p_i)在资源块k上传送数据；

步骤16、利用一定的用户配对方法选择与用户j配对的用户组同时在资源块k上传送数据，所述用户配对方法可以为随机配对RPS、正交配对OPS、行列式配对DPS和基于后处理SINR配对SINR-PS等，所述用户配对方法已有详细解决方案，此处不再赘述；

步骤17、确定各个用户当前时刻在所有的资源块集上的传送比特数，更新所有用户的平均传送速率

$R_i=(1-\frac{1}{T}){R_i}^{\′}+\frac{1}{T}\underset{k\∈U}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}---\left(4\right);$

其中，T为平均窗口的大小。

得到了多个所述的平均传输速率后，如果将多个所述用户的平均传输速率进行相加，就可以确定空分多址系统的系统吞吐量。

下面举例对本发明所述方法做进一步阐述，设定一个单小区的系统，用户一根发送天线，基站两根接收天线，设定小区中包含60个用户，用户在小区中均匀分布。系统采用DFT-SOFDMA(离散傅立叶变换扩频正交频分多址)方式，将600个有用子载波分为8个相互正交的资源块，每个资源块连续的占用75个子载波，每个资源块上选择两个用户配对传输。

在每一调度时刻，基站端已知各个用户的接收信噪比SNR_i(i＝1，2，3，...，60)和用户在各个载波上的信道增益矩阵H_i，k(i＝1，2，3，...，60；k＝1，2，3，...，600)；

对于60个用户分别利用公式(1)计算其在所有子载波上的SINR：SINR_i，k(i＝1，2，...，60；k＝1，2，...，600)；这样每个用户在所有载波上为75个SINR；

对于8个资源块，每个用户都对其得到的所有SINR进行有效SNR合并，得到所有用户分别在8个资源块上的ESINR：ESINR_i，k(i＝1，2，...，60；k＝1，2，...，8)；所述有效SNR合并的具体处理过程，由于现有技术中已有成功解决方案，此处就不再赘述；

对于所有的8个资源块按照下面的方式进行分配用户：

按照公式(2)计算所有用户在资源块k上的最大传送比特数r_i，k(i＝1，2，...，60)；

根据得到的各个用户在资源块k上的最大传送比特数r_i，k，用公式(3)计算各个用户在资源块k上的PF因子p_i(i＝1，2，...，60)；

选取PF因子最大的用户j(j＝arg max_ip_i)为资源块k上的待传输用户；

利用SINR-PS/DPS用户配对算法从剩下的用户集合L(L＝1，2，...，60；L≠j)中选取一个用户和用户j配对传送数据；

利用公式(4)更新所有用户的平均传输速率R_i(i＝1，2，3，...，60)。

为了说明本发明的有效性，下面给出了对于此具体实施例得到的仿真结果，仿真参数假设在附表中给出。

表1 DPS用户配对方式下本发明和RR算法比较

调度方案	小区整体吞吐量(Mbps)	小区有效吞吐量(Mbps)
			Round Robin	19.96	16.81
本发明	24.71	23.39

表2 SINR-PS用户配对方式下本发明和RR算法比较

调度方案	小区整体吞吐量(Mbps)	小区有效吞吐量(Mbps)
			Round Robin	23.05	20.18
本发明	26.67	25.74

从表1和表2中可以看到利用本发明实施例所述的SDMA系统中的调度方法，系统吞吐量性能有较大的提升。其中，对于DPS用户配对算法，系统的有效吞吐量上升39.1％；对于SINR-PS用户配对算法，系统的有效吞吐量上升27.6％。

下面结合附图2对本发明实施例所述系统进行详细说明。

如图2所示，本发明实施例所述系统具体包括：最大传输比特确定单元、待传输用户确定单元、用户配对单元和平均速率更新单元，下面对各个单元进行详细说明。

最大传输比特确定单元，用于分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；具体的说就是，所述最大传输比特确定单元包括：

后处理信噪比计算模块，用于根据公式SINR_i，k＝||H_i，k||²·SNR_i分别计算多个所述用户的后处理信噪比；其中，SINR_i，k为后处理信噪比，H_i，k为所述用户的信道增益矩阵，SNR_i为接收信噪比，i＝1，2，3...，N，k＝1，2，3...，N；

有效合并模块，根据从所述后处理信噪比计算模块得到的每个用户的多个后处理信噪比，将每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到每个所述用户的有效后处理信噪比ESINR；所述有效合并的具体处理过程，在现有技术中已有成功解决方案，此处不再赘述；

最大传输比特计算模块，根据所述有效后处理信噪比，利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；其中，r_i，k为所述用户的最大传输比特数， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})},$ BER为误比特率。

待传输用户确定单元，用于根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；具体的说就是，所述传输用户确定单元具体包括：

比例公平调度PF因子计算模块，用于根据公式 $P_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}$ 计算多个所述用户在资源块上的比例公平调度PF因子，其中，p_i为所述比例公平调度PF因子，Ri为所述用户的平均传送速率；

选择单元，用于根据比例公平调度PF因子计算模块的计算结果，选择比例公平调度PF因子最大的用户作为待传输用户。

用户配对单元，用于对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；具体的说就是，利用一定的用户配对方法选择与用户j配对的用户组同时在资源块k上传送数据，所述用户配对方法可以为随机配对RPS、正交配对OPS、行列式配对DPS和基于后处理SINR配对SINR-PS等，所述用户配对方法已有详细解决方案，此处不再赘述；

平均速率更新单元，用于更新多个所述用户的平均传输速率。

得到了多个所述的平均传输速率后，如果将多个所述用户的平均传输速率进行相加，就可以确定空分多址系统的系统吞吐量。

综上所述，本发明实施例提供了一种用于空分多址的调度方法及系统，本发明主要利用公式SINR_i，k＝||H_i，k||²·SNR_i分别计算每个所述用户的多个后处理信噪比，并对每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到有效后处理信噪比；根据所述ESINR，利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；然后进行多用户的调度，选出一个待传输用户，进行用户的配对，得到传输用户对，并同时传输数据；最后确定并更新多个用户的平均传输速率。通过本发明所述的调度方法及系统，达到在不影响用户的公平性基础上，提高SDMA系统吞吐量的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1、一种用于空分多址系统的调度方法，其特征在于，所述方法包括：

分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；

根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；

对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；

确定并更新多个所述用户的平均传输速率。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数的步骤具体包括：

利用公式SINR_i，k＝‖H_i，k‖²·SNR_i分别计算每个所述用户的多个后处理信噪比，；其中，SINR_i，k为后处理信噪比，H_i，k为所述用户的信道增益矩阵，SNR_i为接收信噪比，i＝1，2，3...，N，k＝1，2，3...，N；

对每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到有效后处理信噪比ESINR；

根据所述ESINR，利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；其中，r_i，k为所述用户的最大传输比特数， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})},$ BER为误比特率。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户的步骤具体包括：

利用公式 $P_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}$ 计算多个所述用户的比例公平调度PF因子，其中，p_i为所述比例公平调度PF因子，Ri为所述用户的平均传送速率。

选择比例公平调度PF因子最大的用户作为待传输用户。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定多个所述用户的平均传输速率的步骤具体包括：

利用公式 $R_i=(1-\frac{1}{T}){R_i}^{\′}+\frac{1}{T}\underset{k\∈U}{\mathrm{\Σ}}{r}_{i,k}$ 确定并更新多个所述用户在当前时刻的平均传输速率，其中，R_i′为所述用户以前的平均传输速率，T为平均窗口的大小。

5、一种用于空分多址的调度系统，其特征在于，包括：

最大传输比特确定单元，用于分别根据多个用户的有效后处理信噪比和信道增益矩阵，获得多个所述用户的最大传输比特数；

待传输用户确定单元，用于根据多个所述用户的最大传输比特数，确定待传输用户；

用户配对单元，用于对所述待传输用户进行用户配对，得到传输用户对，所述输出用户对同时传送数据；

平均速率更新单元，用于确定并更新多个所述用户的平均传输速率。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最大传输比特计算单元具体包括：

后处理信噪比计算模块，用于利用公式SINR_i，k＝‖H_i，k‖²·SNR_i分别计算多个所述用户的后处理信噪比；其中，SINR_i，k为后处理信噪比，H_i，k为所述用户的信道增益矩阵，SNR_i为接收信噪比，i＝1，2，3...，N，k＝1，2，3...，N；

有效合并模块，用于对每个所述用户的多个后处理信噪比进行有效合并，得到每个所述用户的有效后处理信噪比ESIR；

最大传输比特计算模块，用于利用公式r_ik＝log₂(1+βESINR_i，k)计算多个所述用户的最大传输比特数；其中，r_i，k为所述用户的最大传输比特数， $\mathrm{\β}=\frac{-1.5}{\ln (5\·\mathrm{BER})},$ BER为误比特率。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待传输用户确定单元具体包括：

比例公平调度PF因子计算模块，用于利用公式 $P_i=\frac{r_{i,k}}{R_i}$ 计算多个所述用户的比例公平调度PF因子，其中，p_i为所述比例公平调度PF因子，Ri为所述用户的平均传送速率；

选择单元，用于根据比例公平调度PF因子计算模块的计算结果，选择比例公平调度PF因子最大的用户作为待传输用户。

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