CN1893308A - Mimo通信系统以及用户调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MIMO通信系统及其用户调度方法。该MIMO通信系统，其包括：发送端，用于发送至少具有信道估计信号和用户数据的数据帧；以及接收端，用于接收发送端发送的数据帧，根据发送端和接收端之间的信道衰落矩阵产生相应的用户反馈信号，并还原用户数据。该用户调度方法包括以下步骤：(a)接收端根据发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度。本发明可以根据信道状况的变化而实时地改变用户调度信息，从而获得较高的系统容量。

Description

MIMO通信系统以及用户调度方法

技术领域

本发明涉及一种MIMO通信系统以及用户调度方法，特别是一种基于天线选择/波束成形的自适应/半自适应用户调度的MIMO通信系统和用户调度方法。

背景技术

未来的无线通信系统需要支持非常高速率的数据业务，比如说视频会议、视频点播、交互视游戏等等。根据ITU-R M1645文件中提到的要求：对于高速无线业务(High Mobility)，需要支持最高到100Mbps的速率；而对于低速(Low Mobility)或者固定无线(Fixed Wireless)业务，更需要达到1Gbps的速率。

无线通信中一个信道的速率等于该信道的频谱带宽和其所应用技术的频谱效率的乘积。为了提高速率，可以通过提高该信道的频谱带宽，或者提高该信道所应用技术的频谱效率。然而，频率资源是有限的，所以不可能通过无限制地增加频谱带宽来增加通信速率。最好的方法是增大所应用的技术的频谱效率。

大体的说，频谱效率的增加可以通过两个途径来获得。一是通过物理层的技术如先进的编码技术、信号处理技术等来提高链路级的频谱效率。另一个方面是通过高层的控制达到更灵活的资源分配来实现系统级的频谱效率。

多输入多输出技术和基于信道用户调度方法(Channel-Aware UserScheduling)是相应的两种最有希望实现目标的方法。如何结合这两种技术以进一步提高系统的频谱效率是一个比较有吸引力的课题。

在一个多用户多输入多输出系统中，所有的用户将竞争公用的系统资源。具体的方法就是根据用户的信道状况进行用户调度。在多天线系统中，用户的信道状况和所使用的空间信号处理方法是直接相关的。具体的，每个用户可以通过信道估计来得到足够精确的信道信息；然后根据反馈信道的带宽，反馈全部或者一部分的信道信息给基站。基站根据所获得的反馈信息的多少来进行不同的用户调度方法。最后，基站就会对调度到的用户的用户数据进行相应的空间信号处理，通过发送天线发射出去。

以前的一些研究成果已经表明，只有通过恰当的空间信号处理，多输入多输出系统才可以在一个多用户调度系统中有很好的表现。不恰当的利用空间资源可能导致多天线系统的性能还比不上传统的单天线系统。在已经存在的方法中，发送天线选择和随机波束成形是两种已经被证明在多用户调度中比较有效的空间处理方法，具体内容请参阅参考文献[1]-[4]。

[1]D.J.Mazzarese and W.A.Krzymien，[2003]，“High throughput downlinkcellular packet data access with multiple antennas and multiuser diversity”；

[2]D.Aktas and H.E.Gamal，[2003]，“Multiuser scheduling for MIMOwireless systems”；

[3]P.Viswanath，D.N.C.Tse and R.Laroia，“Opportunistic beamformingusing dumb Anntennas，”IEEE Trans.Infor.Theory，Vol.48，No.6，pp.1277-1294.June.2002；

[4]R.Laroia，J.Li，S.Rangan and M.Srinivasan，“Enhanced Opportunisticbeamforming，”IEEE VTC2003-Fall，Vol.3，PP.1762-1766，OCT.2003。

其中，天线选择方法可以提供一种在多用户调度下有益的选择分集(Selective Diversity)。而随机波束成形可以通过人工地创造一个比较有利于多用户调度的通信信道环境来提高系统的性能。随机波束成形这种方法在信道环境不是很好的时候特别有用，比如当有视线传播和慢衰落的时候。

根据参考文献[1]-[4]，从所调度的用户数来区分，参考文献[1]-[4]揭示了这两个方案的两种可用的调度方法。每种调度方法需要的信道信息的反馈量不一样，所提供的系统性能也都不一样：

1.上述参考文献[1]、[3]和[4]中提到了固定用户数量调度方法。在参考文献[1]和[4]中，每个调度时隙要调度的用户数始终等于系统的发送天线数目(假设为n_T)，在参考文献[3]中，每个调度时隙要调度的用户数始终等于1。

2.上述参考文献[2]中提到了可调用户数量调度方法。利用这种方法，每个调度时隙中调度的用户数是一样的，假设是L。L的值是一个在1和n_T之间可变的参数。值得注意的是，L在这里是一个系统的固定参数，该调度方法本身不能根据当前信道状况得到一个最优的调度用户数量。

比较以上两种方法，其中，可调用户数量调度方法能得到最好的系统性能，当然它需要的系统反馈信息也比较多。固定用户方法的性能最差，需要的反馈信息也比较少。

但是，以上两种方法都有各自的缺陷，即，固定用户数量调度方法由于始终调度n_T个用户，在用户之间存在干扰甚至干扰比较严重、或者信道状况较差的情况下，使得很难获得较高的系统容量，甚至可能因为调度的用户数量多而系统容量显著下降；可调用户数量调度方法，则由于其调度用户的数量也是固定的L，其在干扰严重以及信道状况较差的情况下也存在固定用户数量调度方法同样的问题。而且，在实际系统中，决定最优L值的因素有很多，包括发送天线数，系统用户数量，发送功率等等。因为这些因素都是不断变化的，给系统指定任何一个L值都会引起错配而导致系统性能的损失。

上述两种方法共同的缺点在于不能根据信道状况的变化来调节所调度的用户数量，因此，不能获得较高的系统容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MIMO通信系统，其可以根据信道状况的变化来调节所调度的用户，从而获得较高的系统容量。

本发明的另一目的在于提供一种MIMO通信系统的用户调度方法，其可以根据信道状况的变化来调节所调度的用户，从而获得较高的系统容量。

根据本发明的第一方面，提供一种MIMO通信系统，其包括：发送端，用于发送至少具有信道估计信号和用户数据的数据帧；以及接收端，用于接收发送端发送的数据帧，根据发送端和接收端之间的信道衰落矩阵产生相应的用户反馈信号，并还原用户数据。其中，该发送端包括：双工器组和位于其上的发送天线，用于发送信号，并接收来自接收端的用户反馈信号；MIMO调度器，用于根据该用户反馈信号产生调度信息；以及，MIMO数据处理器，用于根据调度信息对用户数据进行空时信号处理。该接收端包括：双工器组以及位于其上的接收天线，用于接收来自发送端的数据帧，并发送用户反馈信号；接收信号处理器，用于根据发送端和接收端之间的信道衰落矩阵产生用户反馈信息和还原用户数据；以及，反馈信息处理器，用于将用户反馈信息转化为相应的用户反馈信号。

根据本发明的第二方面，提供一种MIMO通信系统的用户调度方法，该方法包括以下步骤：(a)接收端根据发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度。

其中，该反馈信号可以包括该接收端最好的发送天线组、该发送天线组中每根天线对该接收端提供的信道容量以及未选中的发送天线对最好的发送天线组中每一根发送天线的性能损失比，该调度信息包括所调度的用户、每个调度用户应该支持的数据流以及发送调度用户的用户数据所采用的发送天线。

其中，该反馈信号也可以包括该接收端最好发射波束的组合、该最好发射波束的组合中每个发射波束的等效信道增益、以及未选中发射波束的组合中的每个发射波束对该用户最好发射波束的性能损失比，该调度信息包括所调度的用户、每个所调度的用户应该支持的数据流、以及发送每个数据流所采用的发射波束。

其中，该反馈信号还可以包括该接收端最好的发送天线组、该天线组中每根天线的信干比、以及对接收端干扰最小的发射天线的组合，该调度信息包括调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发送天线。

另外，该反馈信号还可以包括该接收端最好的发射波束组、最好发射波束组中每个发射波束对应的信干比、以及对该接收端干扰最小的发射波束组合，该调度信息包括调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发射波束。

与现有技术相比，由于本发明的MIMO通信系统采用了自适应调度和半自适应调度的相应的系统结构和调度方法，因此可以实现根据信道状况进行用户调度的情况下，从而提高MIMO通信系统的系统容量。并且，由于采用了半自适应调度，可以在实现较高系统容量的同时，减少反馈信息量，节约了系统资源。

附图说明

图1为本发明第1实施例的MIMO通信系统的框架图。

图2为图1所示MIMO通信系统的调度流程图。

图3为本发明第1实施例的MIMO通信系统所采用帧的示意图。

图4为本发明第1实施例的MIMO通信系统的发送端10的结构示意图。

图5为本发明第1实施例的MIMO通信系统的发送端10的发送射频链路组的结构示意图。

图6为本发明第1实施例的MIMO通信系统的发送端10的双工器组130的示意图。

图7为本发明第1实施例的MIMO通信系统的接收端20的结构示意图。

图8为调度器121根据反馈信息选出要调度的用户的流程图。

图9为本发明第2实施例的MIMO通信系统的发送端10的结构示意图。

图10为图9所示的波束成形器314的一种具体结构图。

图11为本发明第3实施例的MIMO通信系统的调度器的结构示意图。

图12为本发明第3实施例中调度状态转换过程的流程图。

图13为本发明第3实施例中调度状态转换过程的具体例子。

具体实施方式

下面就结合附图描述本发明的MIMO通信系统及其用户调度方法。本发明的MIMO通信系统包括自适应调度MIMO通信系统和半自适应调度MIMO通信系统。以下分别介绍这两种类型的MIMO通信系统及其用户调度方法。

<自适应调度MIMO通信系统>

在本发明的自适应调度MIMO通信系统中，针对采用天线选择和采用波束成形技术的自适应调度MIMO通信系统分别进行描述。

第1实施例

图1为本发明基于天线选择的自适应调度MIMO通信系统的框架图，其中，该自适应调度MIMO通信系统包括一发送端10(基站)以及多个接收端20(用户)。图2为图1所示MIMO通信系统的自适应调度的流程图。图3为该MIMO通信系统所采用的帧结构的示意图。

如图1-3所示，发送端10具有MIMO数据处理器110、MIMO调度器120、双工器组130以及n_T根发送天线。每个接收端20具有接收信号处理器210、反馈信息处理器220、双工器组230以及n_R根接收天线。其中，每个接收端20的接收天线数量可以不同。该帧结构包括：信道估计时隙、信道反馈时隙以及数据传输时隙，并且可以根据系统需求设置其他的时隙，这里是为了方便说明而简化。

调度信息获取过程

从图3中可以看出，发送端10在发送用户数据信号之前，首先会通过双工器组130自n_T根发送天线向接收端20发送信道估计信号。每根天线都会发射同样的信道估计信号，该信道估计信号可以以现有技术中复用的方式发送。假设发送端10的发送信号是一个n_T维的复数向量 $X\&Element;C^{n_T},$ 每个接收端20接收到的是一个n_R维的复数向量 $y_k\&Element;C^{n_R},$ 发送端10和接收端20之间存在一个n_R×n_T维的信道衰落矩阵：

$H_k=[h_1^k,...,h_{n_T}^k]=\left[\begin{array}{cccc}{h}_{\mathrm{1,1}}^k& h_{\mathrm{1,2}}^k& \mathrm{\&Lambda;}& h_{1,n_T}^k\\ h_{\mathrm{2,1}}^k& h_{\mathrm{2,2}}^k& & \\ M& & O& M\\ h_{n_R,1}^k& & \mathrm{\&Lambda;}& h_{n_R,n_T}^k\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，h_i，j ^k表示发送端10第i根发送天线和接收端20第j根天线之间的信道传输特性(其中k表示第k个用户)。

则，系统的传递函数可以表示为：

                     y_k＝H_kx_k+μ_k

                     k＝1，...，K                            (2)

其中 ${\mathrm{\&mu;}}_k\&Element;C^{n_T}$ 是一个n_R维的复数向量，代表接收端20的白噪声。

对于每个接收端20，其知道确切的信道衰落矩阵H_k。根据该信道衰落矩阵，每个接收端20通过接收信号处理器210可以对其进行处理，从而可以获得以下信息：

(1)从所有的n_T根发送天线中找出一个对该接收端20来讲是最好的发送天线组AnI_k，所选出来的天线组AnI_k中发送天线的数量等于该接收端20的接收天线的数量。

(2)然后，计算该天线组AnI_k中每根天线对该接收端20提供的信道容量R_AnIk，一种计算方法是：

$R_j=\log \det (I_{n_{R_k}}+\frac{P}{n_{R_k}}{h}_j{h}_j^{*})j\&Element;\mathrm{An}{I}_k---\left(3\right)$

其中，I_nRk表示n_R阶正定矩阵，p表示功率。

由此，可以得到该天线组AnI_k中每根天线对该接收端20提供的信道容量R_AnIk。以上仅为一种可以采用的计算方法，但不局限于这种方法。

(3)对于n_T根发送天线中其他没有选中的天线，接收信号处理器210都会计算其对已选中天线组AnI_k的每根天线的性能损失比Df。比如：

${\mathrm{Df}}_{k,i}=\log \det (I_{n_{R_k}}+\frac{p}{n_{R_k}}{H}_{\mathrm{An}{I}_k}{H}_{\mathrm{An}{I}_k}^{*}{(I+\frac{p}{n_{R_k}}{h}_i{h}_i^{*})}^{-1}),i\&Element;\mathrm{null}\left(\mathrm{An}{I}_k\right)---\left(4\right)$

接收信号处理器210将以上处理后所获得的信息作为用户反馈信息传送给反馈信息处理器220。该用户反馈信息包括：最好的发送天线组AnI_k、该发送天线组AnI_k中每根天线对该接收端20提供的信道容量R_AnIk、以及未选中的发送天线对已选中的发送天线组AnI_k中每一根天线的性能损失比Df_k，i。

反馈信息处理器220将接收到的用户信息进行处理，将其转化为适合MIMO通信系统的反馈信号(射频信号)。该反馈信号通过接收端20的天线经反馈信道反馈给发送端10。

发送端10的天线接收该反馈信号后，将其传送到MIMO调度器120。MIMO调度器120根据该信号产生调度信息，并利用所产生的调度信息控制MIMO数据处理器110的操作，从而使MIMO通信系统达到最大系统容量时的调度状态。即，根据调度信息进行最优化的用户调度。该调度信息至少包括：所调度的用户、每个用户应该支持的数据流、发送调度用户的用户数据所采用的发送天线。

进而，当确定了此时需要调度的用户、每个用户应该支出的数据流和发送天线后，MIMO数据处理器110将根据调度信息进行用户数据的处理并从选定的发送天线发送给选定用户。

这样，该MIMO通信系统具有以下特点：

1)对每个接收端20来讲，可以要求最多分配给和其接收天线数一样多的发送天线数；

2)对每个接收端20来讲，其反馈的是：最好的天线组、所选天线能提供的绝对信道容量、和其他没有选中的天线对已选中天线组的性能损失因子。这可以降低选天线时的算法复杂度，并且不需要预先知道要调度的用户数，同时，这个绝对信道容量不受最后调度到的用户数的影响；

3)对发送端10来说，能够调度到的用户数取决于当时的信道状况，而不需要预先的确定。

因此，该MIMO通信系统可以实现自适应的用户调度，从而提高系统控制的智能化以及通信稳定性，并始终保持最大的系统容量。

上述获得信道衰落状况的方法是通过利用信道估计信号(即导频信号)而进行，其在帧中插入信道估计信号，接收端20根据该信道估计信号获得发送端10与接收端20之间的信道衰落状况，进一步由接收信号处理器210对信道衰落状况处理后所获得用户反馈信息。

然而，本发明中也可以利用信道盲估计方式获得信道衰落状况。即，每帧中不需要设置信道估计时隙，接收端20在接收到发送端10发送的数据同时，通过信道盲估计获得信道衰落状况，然后由接收信号处理器210对信道衰落状况处理后所获得用户反馈信息。此时可以避免信道估计信号的插入所造成的频谱资源的浪费。

图4进一步描述了本发明的MIMO通信系统的发送端10的结构示意图。图5为发送端10的发送射频链路组的结构示意图。图6为本发明发送端10的双工器组130的示意图。图7进一步描述了本发明的MIMO通信系统的接收端20的结构示意图。在图4和图7中采用分层时空信号处理方式进行MIMO通信的描述。对于信号处理而言，同样可以采取其他现有技术所揭示的信号处理方法和装置来执行，例如空时编码方式。

用户数据发送/接收以及调度过程

发送端10

在图4中，该发送端10包括MIMO数据处理器110、MIMO调度器120、双工器组130以及n_T根发送天线。

该MIMO调度器120包括一接收射频链路组123、一MIMO接收信号处理器122以及调度器121。其中，接收射频链路组123具有与发送天线对应数量的接收射频链路，用于将接收到的反馈信号转化为相应的码流。MIMO接收信号处理器122将该转化的码流进行分层空时信号处理，获得相应的用户反馈信号。调度器121根据用户反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息控制MIMO数据处理器110的信号处理，该调度信息包括：所调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发送天线。

该MIMO数据处理器110包括一用户选择器111、多个并行排列的分流器112、MIMO发送信号处理器113、发送射频链路组114以及发送天线选择器115。

其中，在调度信息的控制下，用户选择器111用于选择所要调度的用户，假设数量为nS，并输出相应的用户数据。这里，nS小于等于发送端10天线的数量n_T。

在调度信息的控制下，nS个分流器112被选中来对所调度的nS个用户的用户数据进行分流处理，即，将所调度的nS个用户的用户数据根据每个用户应该支持的数据流分成对应的码流输出(这里，总码流数目表示为L)，其中，L的最大值与发送天线数量n_T相同。

然后，由MIMO发送信号处理器113将分流器112输出的L个码流视为L个不同的层进行处理，其处理方式为分层空时信号处理。

发送射频链路组114用于将经过分层空时信号处理的L个码流转化为L个对应的射频信号。

在调度信息的控制下，发送天线选择器115选择所调度的L根天线，将发送射频链路组114输出的L个射频信号通过双工器组130往所调度的L根天线传送。

最后，通过所调度的L根天线将射频信号发送给所调度的用户。这里，没有被选中的天线所发送的信号中没有用户数据。

图5中进一步描述了发送射频链路组114的具体结构，其包括多个(为了与前面相对应，将其假设为L个)并行发送射频链路，每个发送射频链路具有串行连接的调制器116、上变频器117以及功率放大器118，该功率放大器可以是大功率线性放大器。其中，该L发送射频链路分别用于将MIMO发送信号处理器113输出的L个码流转化为相应的射频信号。

图6为本发明发送端10的双工器组130的示意图。其中，该双工器组130包括n_T个并行的双工器。每一个双工器与一根对应的发送天线相连接，并且均连接到发送天线选择器115和接收射频链路组123。

接收端20

为了简化描述，这里仅仅示出了其中一个所调度用户的接收端20。

在图7中，该接收端20具有接收信号处理器210、反馈信息处理器220、双工器组230以及n_R根天线。

其中，该接收信号处理器210包括一接收射频链路组211和一MIMO接收信号处理器212。该反馈信息处理器220包括一MIMO发送信号处理器221和一发送射频链路组222。

该接收射频链路组211具有与接收天线数量n_R相同的并行的接收射频链路(图未示)，用于将接收到的射频信号恢复为相应的码流，并发送给MIMO接收信号处理器212。

该MIMO接收信号处理器212将码流还原为原始的用户数据，并将其输出。

为了更清楚地说明本发明的调度过程，请参阅图8，为调度器121根据反馈信息自适应的选出要调度的用户的流程图。

从图8中可以看出，该过程包括以下步骤：

1)设置用户调度列表SU和已分配天线列表SA为空；

2)比较所有反馈回来的信道容量信息R_AnIk，选出一个有最大信道容量值的用户加入到调度用户列表SU中，并把相应的发送天线加到已分配天线列表SA；

3)针对调度用户列表中的用户，找出相应的性能损失比最小的发送天线，然后找出对应该发送天线的最大信道容量的用户；

4)计算如果这个用户给加入到系统后系统的总容量，如果变大的话就把这个用户加入到调度用户列表SU，相应的天线加入分配天线列表SA，然后继续执行步骤3)。如果这个用户加入到系统后系统容量变小，调度到此结束；

5)根据最后的调度用户列表SU和分配天线列表SA，控制MIMO数据处理器110把用户的数据流分成独立的码流从分配到的发送天线上发送出去。

第2实施例

本发明的第2实施例为基于波束成形的自适应调度MIMO通信系统。该MIMO通信系统的结构、自适应调度方法和所采用的帧结构大体可以参照第1实施例中图1至图3。由于第2实施例中的自适应调度MIMO通信系统基于波束成形，因此，在实现上还是与第1实施例中的基于天线选择的自适应调度MIMO通信系统有所区别。以下将参照附图对第2实施例的MIMO通信系统进行详细描述。其中，相同标号表示功能相同或者相似的元件。

如图1所示，基于随机发射波束成形的自适应调度MIMO通信系统包括一发送端10(基站)以及多个接收端20(用户)。图2为用户调度的流程图。图3为所采用的帧结构的示意图。

调度信息获取过程

发送端10在发送用户数据信号之前，首先会通过双工器组130自n_T根发送天线以发射波束的形式，向接收端20发送信道估计信号。

假设发送端10的发送信号是一个n_T维的复数向量 $X\&Element;C^{n_T},$ 每个接收端20接收到的是一个n_R维的复数向量 ${\mathrm{y\&mu;}}_k\&Element;C^{n_R},$ 发送端10和接收端20之间存在一个n_R×n_T维的信道衰落矩阵，该信道衰落矩阵和传递函数分别与式(1)、(2)大体相似，不同之处在于：这里的信道衰落状况实际上结合了真实信道衰落状况和发送端的随机复数向量。

同第1实施例相似，本实施例中也可以利用信道盲估计方式获得信道衰落状况。

根据该信道衰落状况，每个接收端20通过接收信号处理器210可以对其进行处理，获得用户反馈信息，并将其传送给反馈信息处理器220。其中，该用户反馈信息中包括：对于该接收端20来说最好发射波束的组合n_k、该组合n_k中每个发射波束的等效信道增益GN_k、以及未选中发射波束的组合Q_k中的每个发射波束对组合n_k中每个最好发射波束的性能损失比D_k，i。

$n_k=\underset{n=1...n_T}{\arg \max }\left|{H_k}^{*}{w}_n\right|---\left(5\right)$

其中，w_n表示发送端的随机复数向量，H_k表示发送端10与接收端20之间的信道衰落矩阵。该组合n_k中的最好发射波束的数量可以根据实际信道状况而选定。

$Q_k=\underset{S=\{s_1,\mathrm{\&Lambda;}{s}_{M-1}|s_i=1,...,n_T\}}{\arg \min }\left|{H_k}^{*}\underset{n\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}{w}_n\right|---\left(6\right)$

其中，S表示n_T个波束中选出(M-1)个不同干扰最小的波束所有可能的集合。

并且，对于最好发射波束组合n_k中最好发射波束的数量、以及对接收端干扰最小的(M-1)个发射波束组合Q_k中发射波束的数量，可以根据实际信道状况进行选择，其原则是，同一发射波束不能同时包含在这两个组合中。在本实施例子中，Q_k表示所有未选中的发射波束的组合。

$\left\{D_{k,i}\right\}=\{\frac{{\mathrm{GN}}_k}{{\left|{h_k}^{*}{w}_i\right|}^2},i\&Element;Q_k\}---\left(7\right)$

反馈信息处理器220将接收到的用户反馈信息进行处理，将其转化为适合MIMO通信系统的反馈信号(射频信号)。该反馈信号通过接收端20的天线经反馈信道反馈给发送端10。

当发送端10的调度器121接收到反馈信号时，进行系统调度。此时，由于每个接收端20都反馈了其对于该接收端20来说最好发射波束n_k的组合、该组合中每个发射波束的等效信道增益GN_k、对该接收端干扰最小的发射波束的组合Q_k、以及该组合Q_k中的每个发射波束对该用户最好发射波束的性能损失比D_k，i，因此，调度过程主要包括：

1)设置用户调度列表SU和已分配发射波束列表SB为空；

2)比较所有反馈回来的等效信道增益GN_k，选出一个有最大等效信道增益GN_k的用户加入到调度用户列表SU中，并把相应的发射波束加到已分配发射波束列表SB中；

3)针对调度用户列表中的用户，从其对应的组合Q_k中找出相应的干扰最小的发射波束，然后找出该干扰最小的发射波束所对应的最大等效信道增益的用户；

4)根据反馈的性能损失比D_k，i，判断该用户的加入是否增加了系统容量，如果该用户的加入使得系统容量增加，则将该用户加入到调度用户列表中，同时，将该用户对应的发射波束加到已分配发射波束列表中。如果该用户的加入使得系统容量降低，则不将该用户加入到调度用户列表，并结束调度；

5)当该用户加入后，依次重复步骤3)和4)，直到调度结束；

6)最后，根据最后的调度用户列表SU和分配天线列表SB，控制MIMO数据处理器110把用户的数据流分成独立的码流从分配到的发送天线上发送出去。

由此可知，该调度方法可以自适应地调度用户，从而可以充分地利用信道状况，提供最大的信道容量。

用户数据发送/接收以及调度过程

发送端10

图9进一步描述了本发明的MIMO通信系统的发送端10的结构示意图。图10为图9所示的波束成形器314的一种具体结构图。本实施例的MIMO通信系统的接收端20的结构与第1实施例相同，因此可以参考图7。在图9和图7中采用分层时空信号处理方式进行MIMO通信的描述。对于信号处理而言，同样可以采取其他现有技术所揭示的信号处理方法和装置来执行，例如空时编码方式。

在图9中，该发送端10包括MIMO数据处理器110、MIMO调度器120、双工器组130以及n_T根发送天线。

该MIMO调度器120包括接收射频链路组123、MIMO接收信号处理器122以及调度器121。其中，接收射频链路组123具有与发送天线对应数量的接收射频链路，用于将接收到的反馈信号转化为相应的码流。MIMO接收信号处理器122将该转化的码流进行空时信号处理，获得相应的用户反馈信号。调度器121根据用户反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息控制MIMO数据处理器110的信号处理，该调度信息包括：所要调度的用户、发送每个调度用户的数据所支持的码流数、以及每个码流所对应的发射波束。

该MIMO数据处理器110包括用户选择器111、多个并行排列的分流器112、波束分配器313、波束成形器314、发送射频链路组115以及随机矩阵产生器316。

其中，在调度信息的控制下(根据调度信息中的“所要调度的用户”)，用户选择器111用于选择所要调度的用户，这里数量表示为nS个，并输出相应的用户数据。这里，nS小于等于发送端10天线的数量n_T。

在调度信息的控制下，nS个分流器112被选中来对所调度的nS个用户的用户数据进行分流处理，即，根据调度信息中的“发送每个调度用户的数据所需要的码流数”，将所调度的nS个用户的用户数据分成L(nS≤L≤n_T)个码流输出。L是每个调度用户的数据所分到的码流数的总和，实际上，每个用户数据的每个码流对应相应的接收端上的一根天线。

然后，由波束分配器313将分流器112输出的L个码流视为L个不同的层进行处理，根据调度信息中“每个码流所对应的发射波束”，将发送的L个码流分别建立与其对应的发射波束的一一对应关系，并输出建立对应关系的码流。图9中显示的输出为n_T个，实际上，其中只有L个才具有用户数据的码流，而其他的(n_T-L)个码流中不具有用户数据。

随机矩阵产生器316用于产生随机的n_T×n_T维矩阵(表示为Wi，j，其中i，j为1-n_T的正整数)，并将该n_T×n_T维矩阵输入到波束成形器314。该随机的n_T×n_T维矩阵可以是经验矩阵，或者根据信道信息所产生的信道矩阵。即，该随机矩阵产生器316可以接收调度器121的调度信息，并根据该调度信息中的信道信息产生相应的随机矩阵，或者，可以独立于调度器，而单独地产生经验矩阵。

波束成形器314用于根据随机矩阵产生器316所产生的随机的n_T×n_T维矩阵，对从波束分配器313输入的n_T个码流(包括与发射波束建立对应关系的具有用户数据的L个码流、以及不具有用户数据的(n_T-L)个码流)进行加权操作，形成n_T个发送信号。

发送射频链路组115，用于接收从波束成形器314输出的n_T个发送信号，并将该n_T个发送信号转化为对应的射频信号，通过双工器组130上的n_T根发送天线发送出去。

图10为波束成形器314的一种具体结构图。其中，波束成形器314由n_T×n_T个乘法器和n_T个加法器组成。该波束成形器314可以对应n_T个码流生成n_T个发送信号，每个发送信号的产生方式大致相同。为了简化描述，我们以第i个发送信号为例进行说明。

首先，对于第i个发送信号，来自随机矩阵产生器316的n_T×n_T维矩阵的第i行(Wl，i到WnT，i)的各个元素(系数)分别乘以各个码流，然后，将乘法运算后得到的数据相加，从而形成第i个发送信号。

在图7所示的接收端20，接收射频链路组211将接收到的射频信号恢复为相应的码流，并发送给MIMO接收信号处理器212。该MIMO接收信号处理器212将码流还原为原始的用户数据，并将其输出。

<半自适应调度MIMO通信系统>

上述自适应调度MIMO通信系统通过有效的利用当时的信道状况进行用户的自适应调度，可以在当前的调度时隙中实现较高的系统容量。然而，在实际系统中，相邻调度时隙的信道状况并不是完全独立的，而是具有一定的相关性，例如时间相关性(Time Correlation)。因此，可以利用时间相关性进行用户调度。

假设系统的信道状况在几个调度时隙中大致相同，即，各个调度时隙中可以调度的最优的用户数量相同(假设为L)时，系统可以通过尝试的方法来找到这个最优的用户数量。也就是，在第一个调度时隙调度L个用户，并将该用户可实现的系统容量保留下来。然后，在第二个调度时隙尝试调度(L+1)个用户，比较当前调度(L+1)个用户可以实现的系统容量和上一个调度时隙中所保留的调度L个用户的系统容量。如果当前调度(L+1)个用户可以实现的系统容量大于上一个调度时隙中所保留的系统容量，则说明系统应该可以调度(L+1)个或者(L+1)个以上的用户。然后在下一个调度时隙继续增加一个调度用户，变成调度(L+2)个用户。如果调度(L+2)个用户所能实现的系统容量小于上一个调度时隙调度(L+1)个用户所能实现的系统容量时，则认定系统已经处在最好的调度状态。通过这个方法，可以得到一个利用信道时间相关特性的半自适应用户调度方法。

相对于参考文献[2]中所提到的可调用户数量调度方法而言，半自适应用户调度方法所需要的反馈信息量大致相同。只是，由于系统的调度用户数量在不停的变化，因此需要增加一个前馈信息来通知所有的用户在计算反馈信息时以增加一个调度用户或者减少一个调度用户来计算。例如，当系统增加的前馈信息为“1”时，表示系统通知所有用户在上一个调度时隙所计算的调度用户的基础上增加一个调度用户，当系统的前馈信息为“0”时，表示系统通知所有用户在上一个调度时隙所计算的调度用户的基础上减少一个用户，从而计算反馈信息。

以下将分别描述基于天线选择和基于波束成形的半自适应用户调度方法。

第3实施例

第3实施例将说明本发明基于天线选择的半自适应调度MIMO通信系统以及半自适应调度方法。

第3实施例的基于天线选择的半自适应调度MIMO通信系统的结构与第4图中第1实施例的自适应调度MIMO通信的结构大致相似，二者不同之处在于：由于半自适应调度MIMO通信系统除了需要产生调度信息之外，还要进行通信容量的比较以及在每个调度时隙发送的帧中插入前馈信息(假设为1个比特，当然也可以是多个比特)，因此需要对调度器进行相应的配置。前馈信息插入或者通过一复用器复用在帧的信道估计信号之前(相当于信道估计信号的数据增加了前馈信息的长度)，并与信道估计信号一起以相同的方式发送。

在当前调度时隙中，假设系统设定的可以调度的用户数量为L并且系统容量为C(L)，此时用户所要计算的用户是VL(在初始时刻，VL＝L)，为了简化，每个用户具有一根天线。对于每个用户具有多根天线的情况可以根据其具有一根天线的情况进行推导系统的调度。

首先，调度器将产生一个前馈信息，假设为“1”，意思是，系统将通知所有用户计算调度(VL+1)个用户的反馈信息。调度器将该前馈信息插入到信道估计信号的起始位置，即，成为帧的第一个比特。

调度信息获取过程

第3实施例的调度信息获取过程大致与第1实施例的调度信息获取过程相同，不同之处在于，接收信号处理器210根据信道衰落矩阵可以获得以下信息：

(1)从所有的n_T根发送天线中找出一个对该接收端20来讲是最好的发送天线组AnI_k，所选出来的天线组AnI_k中发送天线的数量等于该接收端20的接收天线的数量；

(2)计算该天线组AnI_k中每根天线的信干比；

(3)找出对接收端干扰最小的发射天线的组合Q_k。在本实施例中，假设Q_k为系统所希望调度的用户数量所要求的发射天线的组合。由于在最好的发送天线组AnI_k中已经包含了一根对于该接收端来说最好的发送天线，则该组合Q_k中的天线数量在初始状态时，为VL-1。当前馈信息为“1”时，其在该前馈信息所在调度时隙变成VL，相反，当前馈信息为“0”时，其在该前馈信息所在调度时隙变成(VL-2)。假设此时已经通过前馈信息“1”要求接收端20以VL进行反馈信息的计算，则该组合Q_k中包括VL根天线。

当每个接收端20具有n_R根接收天线时，则在最好的发送天线组AnI_k中将包含n_R根对于该接收端来说最好的发送天线，而该组合Q_k中的天线数量在初始状态时，为VL-n_R。为了方便描述，以下只针对每个接收端只有一根接收天线的情况进行描述。

接收信号处理器210将以上处理后所获得的信息作为用户反馈信息传送给反馈信息处理器220。反馈信息处理器220将接收到的用户信息进行处理，将其转化为适合MIMO通信系统的反馈信号(射频信号)。该反馈信号通过接收端20的天线经反馈信道反馈给发送端10。

发送端10的天线接收该反馈信号后，将其传送到MIMO调度器120。其中，接收射频链路组123将接收到的反馈信号转化为相应的码流。MIMO接收信号处理器122将该转化的码流进行分层空时信号处理，获得相应的用户反馈信号，并将其输入到调度器121。

图11为第3实施例的基于天线选择的半自适应调度MIMO通信系统的调度器的结构示意图。

调度器121进一步包括调度信息计算器124、调度状态转换控制器125以及调度信息存储器126。

调度信息计算器124利用MIMO接收信号处理器122产生的用户反馈信号计算出调度信息(包括所调度的用户、每个用户应该支持的数据流、发送调度用户的用户数据所采用的发送天线)和该调度信息所能带来的系统容量。

其中，调度信息的产生过程包括以下步骤：

1)设置用户调度列表SU和已分配发射天线列表SA为空；

2)比较所有反馈回来的信干比GNI_k，选出一个有最大信干比GNI_k的用户加入到调度用户列表SU中，并把相应的发射天线加到已分配发射天线列表SA中；

3)针对调度用户列表中的用户，从其对应的组合Q_k中找出相应的干扰最小的发射天线，然后，根据该干扰最小的发射天线找出其所对应的最大信干比的用户，并将该用户加入到调度用户列表SU中，同时，将该用户对应的发射天线加到已分配发射天线列表SA中；

4)重复步骤3)，直到调度结束。

在调度信息的产生过程中，系统容量同时也可以很容易地计算出来。

调度状态转换控制器125将来自调度信息计算器124的系统容量与从调度信息存储器126中读出的其中存储的系统容量进行比较，如果此时的系统容量大于存储的系统容量，则将存储在调度信息存储器126中的调度信息和系统容量更新为此时的调度信息和系统容量，并利用此时的调度信息进行用户的调度。此时的系统容量小于存储的系统容量，则不更新，仍使用先前存储的调度信息进行用户的调度。由于半自适应调度MIMO通信系统是基于信道状况的缓慢变化进行的，因此，此时可以采用先前的调度信息作为当前调度时隙的调度信息进行用户的调度。

调度状态转换控制器125同时也可以在调度状态转换过程中依据调度情况产生前馈信息，进行调度状态转换控制，后面将有比较详细的状态转换处理过程的描述。

第3实施例的半自适应调度MIMO通信系统的具体通信和调度过程，与第1实施例相同，因此不再赘述。

以下将结合图12说明本实施例的调度状态转换的过程：

假设此时是以下调度状态转换过程中的上一调度时隙的状态，其中，发送端10具有值：调度用户数L和系统容量C(L)，接收端20具有值VL＝L。

步骤一

当用户调度时，调度器121将通过在帧中插入前馈信息“1”，通知所有的接收端20将VL增加1。所有的接收端20将根据增加1后的VL进行反馈信息的计算，并将计算的反馈信息报告发送端10。发送端10将根据该反馈信息计算可以获得的总的系统容量C(VL)和用户调度信息，并将计算出的系统容量与上一调度时隙的系统容量C(L)进行比较。如果此时的系统容量C(VL)大于上一调度时隙的系统容量C(L)，则调度器121根据此时的用户调度信息进行用户调度，并将C(L)更新为C(VL)、L更新为VL、上一调度时隙的用户调度信息更新为当前的用户调度信息，然后重复步骤一的处理。

相反，如果此时的系统容量C(VL)小于C(L)，那么调度器121将基于初始系统容量C(L)进行用户调度，并且调度状态转换过程的下一步骤。

步骤二

调度器121通知所有接收端20将VL(已经在步骤一时增加了1，数值变成了VL+1)减少1。所有的接收端20将基于减少1后的VL计算反馈信息，并将所计算出的反馈信息报告发送端10。发送端10基于该反馈信息计算可以获得的总的系统容量C(VL)和用户调度信息，并基于此时计算所得的用户调度信息进行用户调度，同时，将初始系统容量C(L)更新为C(VL)，将L更新为VL，并将用户调度信息更新为当前的用户调度信息。此后，进行调度状态转换过程的下一步骤。

步骤三

调度器121将通知所有的接收端20将VL减少1。所有的接收端20将根据减少1后的VL进行反馈信息的计算，并将计算的反馈信息报告发送端10。发送端10将根据该反馈信息计算可以获得的总的系统容量C(VL)和用户调度信息，并将计算出的系统容量与上一步骤中更新后的系统容量进行比较。如果此时的系统容量大于上一步骤中更新后的系统容量，则调度器121根据此时的用户调度信息进行用户调度，并将上一步骤中更新后的调度用户数、系统容量、用户调度信息更新为当前的调度用户数、系统容量、用户调度信息，然后，调度状态转换过程返回到步骤三。

相反，如果此时的系统容量小于上一步骤中更新后的系统容量，那么调度器121将基于上一步骤更新后的用户调度信息进行用户调度，然后，调度状态转换过程进行下一步骤。

步骤四

调度器121通知所有接收端20将VL(数值等于VL的初始值减1)增加1。所有的接收端20将基于增加1后的VL计算反馈信息，并将所计算出的反馈信息报告发送端10。发送端10基于该反馈信息计算可以获得的总的系统容量C(VL)和用户调度信息，并基于此时计算所得的用户调度信息进行用户调度，然后，将步骤二中更新后的调度用户数、系统容量、用户调度信息更新为当前的调度用户数、系统容量、用户调度信息，然后，调度状态转换过程返回到步骤一。

为了更清楚的理解上述调度状态转换过程，以下以图12所示的具体例子进行说明。

在图13中，假设该半自适应调度MIMO通信系统在图13所示的调度时间内处于两个最优的调度状况，即第一段调度时间的最佳调度用户数量为3，第二段调度时间的最佳调度用户数量为4。当然，这里只是假设，该半自适应调度MIMO通信系统可能在所有的调度时间内存在多个最优的调度状况。这里，假设发送端10的初始状态为：调度用户数量L为1，系统容量为C(L)＝C(1)，接收端20初始以VL＝L＝1进行计算反馈信息。

第一段调度时间

在第一个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝2进行反馈信息的计算，此时，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(2)＞C(1)，则发送端10将初始状态的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为L＝2、C(2)以及当前调度时隙的调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

在第二个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝3进行反馈信息的计算，此时，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(3)＞C(2)，则发送端10将上一调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为L＝3、C(3)以及当前调度时隙的调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

在第三个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝4进行反馈信息的计算，此时，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(4)＜C(3)，则发送端10不对调度用户数量、系统容量以及调度信息进行更新，并利用上一调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

以上从第一个调度时隙至第三个调度时隙，系统都是在重复执行步骤一中的操作。

在第四个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝3(即第三调度时隙的VL减去1)进行反馈信息的计算，此时，发送端10将上一调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为当前调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

第四个调度时隙，系统在执行步骤二中的操作。

在第五个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝2(即第四调度时隙的VL减去1)进行反馈信息的计算，此时，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(2)＜C(3)，发送端10不对调度用户数量、系统容量以及调度信息进行更新，并利用上一调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

第五个调度时隙，系统在执行步骤三中的操作。

在第六个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝3(即第五调度时隙的VL加上1)进行反馈信息的计算，发送端10将上一调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为当前调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

第六个调度时隙，系统在执行步骤四中的操作。

第二段调度时间

在第七个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝4进行反馈信息的计算，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(4)＞C(3)，则发送端10将上一调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为当前调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

在第八个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝5进行反馈信息的计算，由于发送端10根据用户的反馈信息所计算的C(5)＜C(4)，则发送端10不对调度用户数量、系统容量以及调度信息进行更新，并利用上一调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

第七-第八个调度时隙，系统执行步骤一中的操作。

在第九个调度时隙中，发送端10通知用户以VL＝4进行反馈信息的计算，此时，发送端10将上一调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息分别更新为当前调度时隙的调度用户数量、系统容量以及调度信息，并利用当前调度时隙的用户调度信息进行用户调度。

从上述对半自适应调度MIMO通信系统和半自适应调度方法可以看出，由于采用了半自适应调度的调度方法，该系统可以随时追踪当前系统的最佳调度状态(自适应调度状态)，从而获得与自适应调度MIMO通信系统大致相当的用户调度状况(包括用户数量和系统容量)，并且，由于其反馈信息相对与自适应调度的反馈信息少，因此，可以相对减少系统的信息处理量。

值得注意的是，这里所说的调度时隙可以采用一帧为一个调度时隙，也可以相邻的几帧为一个调度时隙。当采用相邻的几帧为一个调度时隙时，这几帧采用同一调度信息进行调度。

第4实施例

本发明的第4实施例为基于波束成形的半自适应调度MIMO通信系统。其与第2实施例的自适应调度MIMO通信的结构大致相似，二者不同之处在于：

(1)其用户反馈信息包括：每个接收端20最好的发射波束组、最好发射波束组中每个发射波束对应的信干比、以及对每个接收端20干扰最小的发射波束组合，该最好的发射波束组中的发射波束数量与该接收端20的接收天线数量相同；

(2)由用户反馈信息产生的调度信息包括：包括调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发射波束。

(3)由于半自适应调度MIMO通信系统除了需要产生调度信息之外，还要进行通信容量的比较以及在每个调度时隙发送的帧中插入1比特的前馈信息，因此需要对调度器121进行与实施例3相类似的配置。

另外，本发明第4实施例的基于波束成形的半自适应调度MIMO通信系统的调度器的结构示意图与第3实施例相同。二者反馈信息大致相似、调度器的处理方式、调度过程以及状态转换也大致相同，第4实施例只是将第3实施例的发送天线变成相应的发射波束。因此，具体结构和用户调度方法不再赘述。

Claims (35)

1.一种MIMO通信系统，包括：

发送端(10)，用于发送至少具有信道估计信号和用户数据的数据帧，和

接收端(20)，用于接收发送端(10)发送的数据帧，根据发送端(10)和接收端(20)之间的信道衰落矩阵产生相应的用户反馈信号，并还原用户数据，其特征在于，

该发送端(10)包括：

双工器组(130)和位于其上的发送天线，用于发送信号，并接收来自接收端(20)的用户反馈信号；

MIMO调度器(120)，用于根据该用户反馈信号产生调度信息；

MIMO数据处理器(110)，用于根据调度信息对用户数据进行空时信号处理，以及

该接收端(20)包括：

双工器组(230)以及位于其上的接收天线，用于接收来自发送端(10)的数据帧，并发送用户反馈信号；

接收信号处理器(210)，用于根据发送端(10)和接收端(20)之间的信道衰落矩阵产生用户反馈信息和还原用户数据；

反馈信息处理器(220)，用于将用户反馈信息转化为相应的用户反馈信号。

2.如权利要求1所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该MIMO调度器(120)包括：

接收射频链路组(123)，用于将接收到的用户反馈信号转化为相应的码流；

MIMO接收信号处理器(122)，用于将转化的码流进行空时信号处理，获得相应的用户反馈信息；以及

调度器(121)，用于根据该用户反馈信息产生调度信息，并利用该调度信息控制MIMO数据处理器(110)的信号处理。

3.如权利要求2所述MIMO通信系统，其特征在于，

接收信号处理器(210)根据发送端(10)和接收端(20)之间的信道衰落矩阵产生的用户反馈信息包括：该接收端(20)最好的发送天线组、该发送天线组中每根天线对该接收端(20)提供的信道容量、以及未选中的发送天线对最好的发送天线组中每一根发送天线的性能损失比；

该调度器(121)根据上述用户反馈信息产生的调度信息包括：所调度的用户、每个调度用户应该支持的数据流以及发送调度用户的用户数据所采用的发送天线。

4.如权利要求3所述MIMO通信系统，其特征在于，

该MIMO数据处理器(110)包括：

用户选择器(111)，用于根据调度信息，选择所调度用户的用户数据；

多个并行排列的分流器(112)，用于根据调度信息，对所调度的用户的用户数据进行分流处理，输出多个码流；

MIMO发送信号处理器(113)，用于根据调度信息将分流器(112)输出的多个码流进行分层空时信号处理；

发送射频链路组(114)，用于将经过MIMO发送信号处理器(113)处理多个码流转化为对应的射频信号；以及

发送天线选择器(115)，用于根据调度信息选择发送天线，并通过发送天线发送用户数据所对应的射频信号。

5.如权利要求4所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该接收信号处理器(210)包括：

接收射频链路组(211)，用于将接收到的射频信号进行解调和变频处理，获得相应的码流；

MIMO接收信号处理器(212)，用于根据该码流产生相应的用户反馈信息，同时还原并输出用户数据；以及

该反馈信息处理器(220)包括：

MIMO发送信号处理器(221)，用于将用户反馈信息转化为用户反馈信号；

发送射频链路组(222)，用于将该用户反馈信号转化为相应的射频信号。

6.如权利要求4或5所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该发送射频链路组(114)包括多个并行发送射频链路，分别将MIMO发送信号处理器(113)输出的多个码流调制为相应的射频信号，每一发送射频链路包括串行连接的调制器(116)、上变频器(117)以及功率放大器(118)。

7.如权利要求6所述的MIMO通信系统，其特征在于，该功率放大器(118)为大功率线性功率放大器。

8.如权利要求2所述MIMO通信系统，其特征在于，

接收信号处理器(210)根据发送端(10)和接收端(20)之间的信道衰落矩阵产生的用户反馈信息包括：该接收端最好发射波束的组合、该最好发射波束的组合中每个发射波束的等效信道增益、以及未选中发射波束的组合中的每个发射波束对该用户最好发射波束的性能损失比；

该调度器(121)根据上述用户反馈信息产生的调度信息包括：所调度的用户、每个所调度的用户应该支持的数据流、以及发送每个数据流所采用的发射波束。

9.如权利要求8所述MIMO通信系统，其特征在于，

该MIMO数据处理器(110)包括：

用户选择器(111)，用于根据调度信息，选择所要调度用户的用户数据；

多个并行排列的分流器(112)，用于对所调度的用户的用户数据进行分流处理，输出多个码流；

波束分配器(313)，将分流器(112)输出的码流进行处理，建立码流与其对应发射波束的一一对应关系；

随机矩阵产生器(316)，用于产生并输出随机矩阵；

波束成形器(314)，根据接收自波束分配器(313)的已与对应发射波束建立对应关系的码流以及来自随机矩阵产生器(316)的随机矩阵，形成多个发送信号；以及

发送射频链路组(114)，用于接收从波束成形器(314)输出的多个发送信号，并将该多个发送信号转化为对应的射频信号。

10.如权利要求9所述的MIMO通信系统，其特征在于，

波束成形器(314)由多个乘法器和多个加法器组成，其生成与发射波束对应的多个发送信号。

11.如权利要求10所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该发送射频链路组(114)包括多个并行发送射频链路，分别将波束成形器(314)输出的多个发送信号转化为对应的射频信号，每一发送射频链路包括串行连接的调制器(116)、上变频器(117)以及功率放大器(118)。

12.如权利要求11所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该接收信号处理器(210)包括：

接收射频链路组(211)，用于将接收到的射频信号进行解调和变频处理，获得相应的码流；

MIMO接收信号处理器(212)，用于根据该码流产生相应的用户反馈信息，同时还原并输出用户数据；以及

该反馈信息处理器(220)包括：

MIMO发送信号处理器(221)，用于将用户反馈信息转化为用户反馈信号；

发送射频链路组(222)，用于将该用户反馈信号转化为相应的射频信号。

13.如权利要求2所述MIMO通信系统，其特征在于，

接收信号处理器(210)产生的用户反馈信息包括：该接收端(20)最好的发送天线组、该天线组中每根天线的信干比、以及对接收端干扰最小的发射天线的组合；

该调度器(121)根据上述用户反馈信息产生的调度信息包括：所调度的用户、每个所调度的用户应该支持的数据流、以及发送每个数据流所采用的发射天线。

14.如权利要求13所述MIMO通信系统，其特征在于，

该接收端(20)最好的发送天线组中发送天线的数量等于该接收端(20)的接收天线的数量。

15.如权利要求14所述MIMO通信系统，其特征在于，该调度器(121)包括：

调度信息计算器(124)，利用MIMO接收信号处理器(122)产生的用户反馈信息计算出当前调度时隙的调度信息及其所能带来的系统容量；

调度信息存储器(126)，用于存储先前调度时隙中的调度信息和系统容量；

调度状态转换控制器(125)，将来自调度信息计算器(124)的当前调度时隙的系统容量与从调度信息存储器(126)中读出的先前调度时隙的系统容量进行比较，

如果当前调度时隙的系统容量大于存储的系统容量，则将存储在调度信息存储器(126)中的调度信息和系统容量更新为当前调度时隙的调度信息和系统容量，并利用当前调度时隙的调度信息进行用户的调度，

如果当前调度时隙的系统容量小于先前调度时隙的系统容量，仍使用先前调度时隙的调度信息进行用户的调度，并且

该调度状态转换控制器(125)根据比较结果，通过在信道估计信号之前加入前馈信息来通知接收信号处理器(210)增加或者减小用户反馈信息中的、对接收端干扰最小的发射天线的组合中的发送天线数量，从而进行调度状态的转换。

16.如权利要求15所述MIMO通信系统，其特征在于，

该MIMO数据处理器(110)包括：

用户选择器(111)，用于根据调度信息，选择所调度用户的用户数据；

多个并行排列的分流器(112)，用于根据调度信息，对所调度的用户的用户数据进行分流处理，输出多个码流；

MIMO发送信号处理器(113)，用于根据调度信息将分流器(112)输出的多个码流进行分层空时信号处理；

发送射频链路组(114)，用于将经过MIMO发送信号处理器(113)处理多个码流转化为对应的射频信号；以及

发送天线选择器(115)，用于根据调度信息选择发送天线，并通过发送天线发送用户数据所对应的射频信号。

17.如权利要求16所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该发送射频链路组(114)包括多个并行发送射频链路，分别将MIMO发送信号处理器(113)输出的多个码流调制为相应的射频信号，每一发送射频链路包括串行连接的调制器(116)、上变频器(117)以及功率放大器(118)。

18.如权利要求17所述的MIMO通信系统，其特征在于，该功率放大器(118)为大功率线性功率放大器。

19.如权利要求18所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该接收信号处理器(210)包括：

接收射频链路组(211)，用于将接收到的射频信号进行解调和变频处理，获得相应的码流；

MIMO接收信号处理器(212)，用于根据该码流中的前馈信息和信道衰落矩阵产生相应的用户反馈信息，同时还原并输出用户数据；以及

该反馈信息处理器(220)包括：

MIMO发送信号处理器(221)，用于将用户反馈信息转化为用户反馈信号；

发送射频链路组(222)，用于将该用户反馈信号转化为相应的射频信号。

20.如权利要求2所述MIMO通信系统，其特征在于，

接收信号处理器(210)产生的用户反馈信息包括：该接收端(20)最好的发射波束组、最好发射波束组中每个发射波束对应的信干比、以及对该接收端(20)干扰最小的发射波束组合；

该调度器(121)根据上述用户反馈信息产生的调度信息包括：所调度的用户、每个所调度的用户应该支持的数据流、以及发送每个数据流所采用的发射天线。

21.如权利要求20所述MIMO通信系统，其特征在于，

该接收端(20)最好的发射波束组中的发射波束数量与该接收端(20)的接收天线数量相同。

22.如权利要求21所述MIMO通信系统，其特征在于，该调度器(121)包括：

调度信息计算器(124)，利用MIMO接收信号处理器(122)产生的用户反馈信息计算出当前调度时隙的调度信息及其所能带来的系统容量；

调度信息存储器(126)，用于存储先前调度时隙中的调度信息和系统容量；

调度状态转换控制器(125)，将来自调度信息计算器(124)的当前调度时隙的系统容量与从调度信息存储器(126)中读出的先前调度时隙的系统容量进行比较，

如果当前调度时隙的系统容量大于存储的系统容量，则将存储在调度信息存储器(126)中的调度信息和系统容量更新为当前调度时隙的调度信息和系统容量，并利用当前调度时隙的调度信息进行用户的调度，

如果当前调度时隙的系统容量小于先前调度时隙的系统容量，仍使用先前调度时隙的调度信息进行用户的调度，并且

该调度状态转换控制器(125)根据比较结果，通过在信道估计信号之前加入前馈信息来通知接收信号处理器(210)增加或者减小用户反馈信息中的、对接收端干扰最小的发射波束的组合中的发送波束数量，从而进行调度状态的转换。

23.如权利要求22所述MIMO通信系统，其特征在于，

该MIMO数据处理器(110)包括：

用户选择器(111)，用于根据调度信息，选择所要调度用户的用户数据；

多个并行排列的分流器(112)，用于对所调度的用户的用户数据进行分流处理，输出多个码流；

波束分配器(313)，将分流器(112)输出的码流进行处理，建立码流与其对应发射波束的一一对应关系；

随机矩阵产生器(316)，用于产生并输出随机矩阵；

波束成形器(314)，根据接收自波束分配器(313)的已与对应发射波束建立对应关系的码流以及来自随机矩阵产生器(316)的随机矩阵，形成多个发送信号；以及

发送射频链路组(114)，用于接收从波束成形器(314)输出的多个发送信号，并将该多个发送信号转化为对应的射频信号。

24.如权利要求23所述的MIMO通信系统，其特征在于，

波束成形器(314)由多个乘法器和多个加法器组成，其生成与发射波束对应的多个发送信号。

25.如权利要求24所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该发送射频链路组(114)包括多个并行发送射频链路，分别将波束成形器(314)输出的多个发送信号转化为对应的射频信号，每一发送射频链路包括串行连接的调制器(116)、上变频器(117)以及功率放大器(118)。

26.如权利要求25所述的MIMO通信系统，其特征在于，

该接收信号处理器(210)包括：

接收射频链路组(211)，用于将接收到的射频信号进行解调和变频处理，获得相应的码流；

MIMO接收信号处理器(212)，用于根据该码流产生相应的用户反馈信息，同时还原并输出用户数据；以及

该反馈信息处理器(220)包括：

MIMO发送信号处理器(221)，用于将用户反馈信息转化为用户反馈信号；

发送射频链路组(222)，用于将该用户反馈信号转化为相应的射频信号。

27.一种MIMO通信系统的用户调度方法，其包括以下步骤：

(a)接收端根据发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；

(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度，

其中，该反馈信号包括该接收端最好的发送天线组、该发送天线组中每根天线对该接收端提供的信道容量以及未选中的发送天线对最好的发送天线组中每一根发送天线的性能损失比，该调度信息包括所调度的用户、每个调度用户应该支持的数据流以及发送调度用户的用户数据所采用的发送天线。

28.如权利要求27所述的用户调度方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

1)设置用户调度列表和已分配天线列表为空；

2)比较反馈信息中的信道容量，选出一个最大信道容量值的用户加入到调度用户列表中，并把相应的发送天线加到已分配天线列表；

3)针对调度用户列表中的用户，找出相应的性能损失比最小的发送天线，然后找出对应该发送天线的最大信道容量的用户；

4)判断该用户的加入是否增加了系统容量，如果该用户的加入使得系统容量增加，就把该用户加入到调度用户列表，相应的天线加入分配天线列表，然后继续执行步骤3)，如果该用户的加入使得系统容量变小，则调度到此结束；

5)根据最后的调度用户列表和分配天线列表，进行系统的用户调度。

29.一种MIMO通信系统的用户调度方法，其包括以下步骤：

(a)接收端根据发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；

(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度，

其中，该反馈信号包括该接收端最好发射波束的组合、该最好发射波束的组合中每个发射波束的等效信道增益、以及未选中发射波束的组合中的每个发射波束对该用户最好发射波束的性能损失比，该调度信息包括所调度的用户、每个所调度的用户应该支持的数据流、以及发送每个数据流所采用的发射波束。

30.如权利要求29所述的用户调度方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

1)设置用户调度列表和已分配发射波束列表为空；

2)比较所有反馈回来的等效信道增益，选出一个有最大等效信道增益的用户加入到调度用户列表中，并把相应的发射波束加到已分配发射波束列表中；

3)针对调度用户列表中的用户，找出相应的性能损失比最小的发射波束，然后找出该性能损失比最小的发射波束所对应的最大等效信道增益的用户；

4)判断该用户的加入是否增加了系统容量，如果该用户的加入使得系统容量增加，则将该用户加入到调度用户列表中，同时，将该用户对应的发射波束加到已分配发射波束列表中。如果该用户的加入使得系统容量降低，则不将该用户加入到调度用户列表，并结束调度；

5)当该用户加入后，依次重复步骤3)和4)，直到调度结束；

6)根据最后的调度用户列表和分配天线列表，进行系统的用户调度。

31.一种MIMO通信系统的用户调度方法，其包括以下步骤：

(a)接收端根据发送端发送的前馈信息和发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；

(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度，

其中，该反馈信号包括该接收端最好的发送天线组、该天线组中每根天线的信干比、以及对接收端干扰最小的发射天线的组合，该调度信息包括调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发送天线。

32.如权利要求31所述的用户调度方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

1)设置用户调度列表和已分配发射天线列表为空；

2)比较所有反馈回来的信干比，选出一个有最大信干比的用户加入到调度用户列表中，并把相应的发射天线加到已分配发射天线列表中；

3)针对调度用户列表中的用户，从其对应干扰最小的发射天线的组合中找出相应的干扰最小的发射天线，然后，根据该干扰最小的发射天线找出其所对应的最大信干比的用户，并将该用户加入到调度用户列表中，同时，将该用户对应的发射天线加到已分配发射天线列表中；

4)重复步骤3)，直到调度结束。

33.一种MIMO通信系统的用户调度方法，其包括以下步骤：

(a)接收端根据发送端发送的前馈信息和发送天线与接收天线之间的信道衰落状况产生反馈信号，并将该反馈信号反馈给发送端；

(b)由发送端接收该反馈信号，根据该反馈信号产生调度信息，并利用该调度信息进行用户调度，

其中，该反馈信号包括该接收端最好的发射波束组、最好发射波束组中每个发射波束对应的信干比、以及对该接收端干扰最小的发射波束组合，该调度信息包括调度的用户、每个用户应该支持的数据流、以及发送调度用户数据所采用的发射波束。

34.如权利要求31所述的用户调度方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

1)设置用户调度列表和已分配发射波束列表为空；

2)比较所有反馈回来的信干比，选出一个有最大信干比的用户加入到调度用户列表中，并把相应的发射天线加到已分配发射波束列表中；

3)针对调度用户列表中的用户，从其对应干扰最小的发射天线的组合中找出相应的干扰最小的发射波束，然后，根据该干扰最小的发射波束找出其所对应的最大信干比的用户，并将该用户加入到调度用户列表中，同时，将该用户对应的发射波束加到已分配发射波束列表中；

4)重复步骤3)，直到调度结束。

35.如权利要求32或34所述的用户调度方法，其进一步包括以下步骤：

步骤一、根据调度信息计算当前调度时隙的系统容量，将当前调度时隙的系统容量与先前调度时隙的系统容量进行比较，如果当前调度时隙的系统容量大于先前调度时隙的系统容量，则将先前调度时隙的系统容量和调度信息更新为当前调度时隙的系统容量和调度信息，并利用当前调度时隙的调度信息进行用户调度，同时在下一调度时隙向接收端发出前馈信息，通知接收端增加反馈信息中的对该接收端干扰最小的发射天线/波束组中的发射天线/波束的数量，然后根据此调度时隙产生的调度信息执行步骤一，

如果当前调度时隙的系统容量小于先前调度时隙的系统容量，则不更新，并利用先前调度时隙的调度信息进行用户调度，并进一步执行以下步骤：

步骤二、在下一调度时隙向接收端发出前馈信息，通知接收端减少反馈信息中的对该接收端干扰最小的发射天线/波束组中的发射天线/波束的数量，然后根据以此调度时隙产生的调度信息和系统容量对上一调度时隙的调度信息和系统容量进行更新，并利用此时的调度信息进行用户调度；

步骤三、在接下来的一个调度时隙中向接收端发出前馈信息，通知接收端减少反馈信息中的对该接收端干扰最小的发射天线/波束组中的发射天线/波束的数量，然后根据以此时隙产生的调度信息计算此时的系统容量，并将此调度时隙的系统容量与上一步骤中更新的系统容量进行比较，如果此调度时隙的系统容量大于上一步骤中更新的系统容量，则将上一步骤中更新的系统容量和调度信息更新为此调度时隙的系统容量和调度信息，并利用此调度时隙的调度信息进行用户调度，然后返回步骤三，

如果此调度时隙的系统容量小于上一步骤中更新的系统容量，则利用上一步骤中更新的调度信息进行用户调度，然后进行到步骤四；

步骤四、在接下来的一个调度时隙中向接收端发出前馈信息，通知接收端增加反馈信息中的对该接收端干扰最小的发射天线/波束组中的发射天线/波束的数量，并根据以此调度时隙产生的调度信息和系统容量对步骤二中更新的调度信息和系统容量进行更新，利用此时的调度信息进行用户调度，然后执行步骤一。

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