專利名稱：多天線通信系統(tǒng)的信道分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多用戶天線系統(tǒng)的信道分配方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種在多用戶MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)中的信道分配方法，能夠提高系統(tǒng)的檢測(cè)輸出信噪比，并且可適用于TDMA，F(xiàn)DMA，CDMA模式下的多天線通信系統(tǒng)、以及無(wú)線通信系統(tǒng)上行和下行通信。
背景技術(shù)：
為了提高系統(tǒng)的容量，在小區(qū)制的無(wú)線通信系統(tǒng)中無(wú)一例外的都采用了信道重用技術(shù)，克服在小區(qū)復(fù)用過(guò)程中所產(chǎn)生干擾。另外，基于CDMA方式的移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)還會(huì)受到小區(qū)內(nèi)干擾，也稱之為多用戶接入干擾(此后簡(jiǎn)稱為MAI)，作為典型的CDMA傳輸方案，MAI是由在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的多用戶接入產(chǎn)生的。上述兩種干擾使得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量減小，從而導(dǎo)致低頻譜效率和低經(jīng)濟(jì)效益。因此，盡可能地最小化他們相互間所產(chǎn)生的影響是非常有必要的。
信道分配技術(shù)可以利用有限的信道資源，以提供盡可能多的用戶接入。目前的信道分配技術(shù)包括固定信道分配(以下簡(jiǎn)稱為FCA)和動(dòng)態(tài)信道分配(以下簡(jiǎn)稱為DCA)。
FCA為每個(gè)小區(qū)分配的信道資源是固定的，其流程圖如圖11所示，在S1101，系統(tǒng)對(duì)所有小區(qū)進(jìn)行負(fù)載估計(jì)，在S1102，給各小區(qū)分配一定的信道，在S1103，某小區(qū)處理信道呼叫，在S1104、S1105和S1106，根據(jù)系統(tǒng)是否有新的信道來(lái)確定是否接入該呼叫。
而在DCA中，信道并不是固定屬于某個(gè)小區(qū)，小區(qū)和信道之間沒(méi)有像FCA那樣具有特定的關(guān)系，所有的信道都被集中一起，由RNC根據(jù)UE和Node B對(duì)本地信號(hào)及干擾強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)分配信道。DCA系統(tǒng)流程圖如圖12所示，在步驟S1201，小區(qū)收到新呼叫。在步驟S1202，該小區(qū)通知RNC其接收到新的呼叫。在步驟S1203，RNC會(huì)根據(jù)各小區(qū)的情況來(lái)確定信道分配的模型，主要是確定信號(hào)分配的衡量。在步驟S1204、S1205、S1206，RNC確定各小區(qū)的衡量，通過(guò)最大化衡量來(lái)確定是否接入該新呼叫。
FCA的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，無(wú)須繁瑣的信道選擇，只要分配給該小區(qū)的信道集合中有未使用的信道，就可以為該小區(qū)的一個(gè)呼叫建立一個(gè)通信鏈路。FCA的缺陷是不能很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的變化，而DCA頻帶利用率高，無(wú)須信道預(yù)規(guī)劃，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的變化，具有更大的靈活性，但是，在通信系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)在信道分配上的開(kāi)銷很大，并且要求RNC搜集有關(guān)的信道容量的實(shí)時(shí)信息、業(yè)務(wù)的分布等特性。而混合信道分配(以下簡(jiǎn)稱HCA)將兩種分配算法相結(jié)合，根據(jù)需要，設(shè)計(jì)所需的信道分配算法。
然而，在已有方法中存在的以下問(wèn)題。下面將詳細(xì)進(jìn)行描述。
在無(wú)線系統(tǒng)中，信道分配的技術(shù)可以避免相鄰小區(qū)間干擾，減少呼叫擁塞，最大化系統(tǒng)容量。然而，已有的信道分配算法，不論是FCA還是DCA，都無(wú)法滿足3G/4G系統(tǒng)對(duì)于信道分配提出的新要求。在3G和4G系統(tǒng)中，收發(fā)兩端引入了多個(gè)天線，使得系統(tǒng)可以充分利用用戶的空間信息，去除干擾，提高頻譜利用率。
在多天線通信系統(tǒng)中，利用用戶空間位置的不同，可以通過(guò)空時(shí)信號(hào)處理，可以分辨出不同位置的兩個(gè)用戶，利用空時(shí)信號(hào)處理技術(shù)，兩個(gè)不同位置的用戶可以共享同一時(shí)隙/頻段/碼道，收發(fā)天線個(gè)數(shù)越多，系統(tǒng)的空間自由度越大，可共享同一信道用戶越多。圖1和圖2分別示出了波束形成多天線通信系統(tǒng)和分集多天線通信系統(tǒng)共享信道的示意圖。因此，根據(jù)用戶的空間信息，合理地組織共享同一信道的用戶，可以提高空時(shí)處理地效率，獲得更高的輸出信噪比。
根據(jù)以上的論述，可以看出，3G/4G系統(tǒng)的信道分配技術(shù)應(yīng)當(dāng)考慮用戶的空間特性，與空時(shí)處理相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這方面已經(jīng)做了一些研究，它們針對(duì)陣列天線系統(tǒng)，通過(guò)信道分配去除小區(qū)間干擾，但它不適用于分集天線系統(tǒng)下，小區(qū)內(nèi)共信道干擾的(以下簡(jiǎn)稱為CCI)的消除。
對(duì)于MIMO系統(tǒng)的信道分配問(wèn)題，發(fā)明人考慮到以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。
根據(jù)用戶的空間特性，以什么準(zhǔn)則對(duì)用戶進(jìn)行分組，可以使系統(tǒng)獲得較高的頻譜利用率。本發(fā)明基于相關(guān)性最小的準(zhǔn)則，對(duì)信道在用戶間進(jìn)行分配，在附圖中，給出了基于相關(guān)性最小原則的說(shuō)明，稍后將詳細(xì)描述。在傳統(tǒng)技術(shù)中，基于總的發(fā)射能量最小，其本質(zhì)仍然是利用相關(guān)性最小原則。
另外，對(duì)于如何合理地度量相關(guān)性，需要考慮一種針對(duì)MIMO系統(tǒng)的相關(guān)性度量準(zhǔn)則。通常求解信道相關(guān)性是通過(guò)信道衰落矩陣間的Frobenius距離得到，這種方法的運(yùn)算量太大，并會(huì)受到接收天線個(gè)數(shù)的影響。在蜂窩通信系統(tǒng)中，由于受到尺寸限制，UE端多天線的信道衰落具有較大的相關(guān)性，因此，本發(fā)明在求解兩個(gè)用戶信道相關(guān)性時(shí)，只求解兩用戶的某一天線到基站天線間信道衰落的內(nèi)積，由此得到相關(guān)性的度量，此方法使得運(yùn)算量降低了一個(gè)階次，避免了由于接收天線個(gè)數(shù)不同造成的度量錯(cuò)誤。
對(duì)于如何利用用戶間的相關(guān)性，對(duì)用戶進(jìn)行組合，為了降低復(fù)雜度，本發(fā)明采用均勻分組。它利用無(wú)線系統(tǒng)相關(guān)矩陣的分塊特性，簡(jiǎn)化信道分配的組合算法，使得本發(fā)明更適合于實(shí)際應(yīng)用。
因此，本發(fā)明針對(duì)多天線通信系統(tǒng)，基于用戶的空間特性，考慮小區(qū)內(nèi)的信道分配問(wèn)題。當(dāng)用戶共享同一信道(時(shí)隙/頻段/碼道)時(shí)，本發(fā)明利用MIMO系統(tǒng)已知的信道復(fù)衰落信息，求取用戶間的信道衰落的相關(guān)值，按照相關(guān)性最小的原則，對(duì)用戶進(jìn)行組合，使得組內(nèi)用戶間的信道衰落特性更接近于正交，提高了信號(hào)檢測(cè)的輸出信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，提出了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提出一種多天線通信系統(tǒng)中的信道分配方法，考慮到用戶可利用空間位置的差異共享信道資源，對(duì)用戶進(jìn)行分組，組內(nèi)用戶共享相同的信道，組間用戶使用不同信道。為了有效的區(qū)分共享信道的用戶，在對(duì)用戶分組時(shí)，須將信道衰落相關(guān)性較小的用戶分為一組。當(dāng)然，本發(fā)明的方法也可應(yīng)用于MIMO通信系統(tǒng)對(duì)發(fā)射天線分組的情況。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種多天線通信系統(tǒng)的信道分配方法，包括確定需要區(qū)分的組數(shù)和每組的用戶數(shù)，以便利用分組對(duì)多天線通信系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行區(qū)分；解析多用戶的每?jī)蓚€(gè)用戶之間的相關(guān)性值；根據(jù)每?jī)捎脩舻南嚓P(guān)性值，獲得所述多天線通信系統(tǒng)的相關(guān)性值之和；以及按照系統(tǒng)相關(guān)性值之和最小的原則，對(duì)用戶進(jìn)行分組，以便組內(nèi)用戶共享相同的信道、組間用戶使用不同信道來(lái)進(jìn)行通信。由此，提高空時(shí)處理地效率，獲得更高的輸出信噪比。
優(yōu)選地，所述確定需要區(qū)分的組數(shù)和每組的用戶數(shù)的步驟包括對(duì)用戶進(jìn)行均勻分組區(qū)分，以使每組中具有相等數(shù)量的用戶數(shù)。
優(yōu)選地，所述解析多用戶的每?jī)蓚€(gè)用戶的相關(guān)性值的步驟包括分別從兩個(gè)用戶的信道矩陣中選擇一個(gè)信道衰落向量作為代表向量；通過(guò)計(jì)算兩個(gè)用戶的代表向量的歸一化內(nèi)積，獲得所述兩個(gè)用戶的相關(guān)性值。
優(yōu)選地，所述按照系統(tǒng)相關(guān)性值之和最小的原則對(duì)用戶進(jìn)行分組的步驟包括按照將相關(guān)性值較高的用戶劃分為一堆的方式，對(duì)系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分堆；以及將同一堆的用戶分別分配到不同組。
優(yōu)選地，所述對(duì)系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分堆的步驟包括設(shè)置一閾值作為判斷基準(zhǔn)；將低于所述閾值的多個(gè)用戶分為一堆，由此，依次對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶進(jìn)行分堆。
優(yōu)選地，所述將同一堆的用戶分別分配到不同組的步驟包括如果一堆中的用戶數(shù)小于所確定的組數(shù)，則將所述堆中的用戶任意地分別分配到各不同組。
優(yōu)選地，所述將同一堆的用戶分別分配到不同組的步驟包括如果每堆中的用戶數(shù)大于所確定的組數(shù)，則按照對(duì)相關(guān)值較大的用戶優(yōu)先分配的方式，將每堆中的用戶分別分配到各組。
優(yōu)選地，所述多天線通信系統(tǒng)是多入多出通信系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述的信道分配方法也可應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)天線的分組，以便在組內(nèi)實(shí)現(xiàn)分集傳輸，而在組間實(shí)現(xiàn)復(fù)用傳輸。


通過(guò)參考以下結(jié)合附圖所采用的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1是示出了波束形成多天線通信系統(tǒng)中各用戶共享信道的示意圖；圖2是示出了分集多天線通信系統(tǒng)中各用戶共享信道的示意圖；圖3是示出了多天線通信系統(tǒng)的信道模型的示意圖；圖4是示出了用戶間信道相關(guān)性對(duì)輸出信噪比影響的示意圖；圖5是示出了用戶間相關(guān)性特征分析過(guò)程的流程圖；圖6是示出了用戶間相關(guān)矩陣的分塊特性示意圖；圖7是示出了用于求解用戶間相關(guān)性的流程圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法的總體流程圖；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用戶組合過(guò)程的流程圖；圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的分堆過(guò)程的流程圖；圖11是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的固定信道分配方法的流程圖；圖12是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的動(dòng)態(tài)信道分配方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于分析，假定本發(fā)明基于多用戶MIMO系統(tǒng)且存在N個(gè)發(fā)射天線的個(gè)數(shù)、K個(gè)用戶，而每個(gè)用戶有Rj個(gè)接收天線。某個(gè)用戶的信道模型如圖3所示。另外，還假定基站已知各用戶的信道信息，各用戶信道為準(zhǔn)平穩(wěn)的平衰落信道，用戶j對(duì)應(yīng)的信道衰落為hjhj＝[hj，1hj，2… hj，N]T。
每一個(gè)時(shí)隙/頻段/碼道之間有若干個(gè)用戶共享，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，我們還假設(shè)各時(shí)隙/頻段/碼道之間完全正交，因此不存在信道間干擾。
下面，將參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
首先將參考圖8。由于MIMO系統(tǒng)可根據(jù)用戶位置的不同，區(qū)分各用戶的信號(hào)，因此時(shí)隙(或頻段/碼道)可在不同用戶間共享，本實(shí)施例利用空間信息對(duì)用戶進(jìn)行組合，使得組合后的時(shí)隙(或頻段/碼道)能夠在一組用戶間共享，從而使系統(tǒng)具有較高的輸出信噪比。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的信道分配方法的總體流程。首先，在S801，確定用戶組數(shù)和每組用戶個(gè)數(shù)，每組用戶數(shù)的多少由可分配的時(shí)隙/頻段/碼道和系統(tǒng)復(fù)雜度決定，這里不作具體規(guī)定。
應(yīng)該注意，以往的絕大多數(shù)信道分配方法均未考慮用戶的空間特性，而在本實(shí)施例提出了基于信道衰落相關(guān)性最小的原則，對(duì)用戶分組，提高資源共享的效率。稍后將解釋采用信道衰落相關(guān)性最小準(zhǔn)則的理由。
在確定用戶組數(shù)和每組用戶數(shù)之后，在S802，根據(jù)在本發(fā)明的實(shí)施例中所提出的信道衰落相關(guān)性最小準(zhǔn)則，求解兩兩用戶的相關(guān)值。當(dāng)求解每?jī)蓚€(gè)用戶間的相關(guān)性時(shí)，例如，可以選用各種矩陣間距離求解每?jī)蓚€(gè)用戶信道衰落矩陣間距離。
然后，在S803，根據(jù)求解得出的相關(guān)值，對(duì)用戶進(jìn)行組合，使得系統(tǒng)相關(guān)值之和最小，即，按照系統(tǒng)相關(guān)之和最小原則，對(duì)用戶進(jìn)行組合。所述系統(tǒng)相關(guān)值之和是指求解每組內(nèi)兩兩用戶間相關(guān)值之和，并將各組相關(guān)值和相加后得到。
接下來(lái)將解釋采用信道衰落相關(guān)性最小準(zhǔn)則的理由。在多天線通信系統(tǒng)中，兩個(gè)用戶的信道衰落越不相關(guān)，對(duì)這兩個(gè)用戶信號(hào)檢測(cè)的輸出信噪比越大。下面，我們將參考圖4來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
圖4是示出了用戶間信道相關(guān)性對(duì)輸出信噪比影響的示意圖。如圖4所示，圖4(a)、4(b)分別示出了兩個(gè)系統(tǒng)，其中圖4(a)所示的系統(tǒng)A包括用戶1和用戶2。圖4(b)所示的系統(tǒng)B包括用戶2和用戶3。圖4(c)-(f)中的三個(gè)向量hi(i＝1，2，3)分別為表示一個(gè)MIMO系統(tǒng)的基站到三個(gè)用戶的信道衰落。根據(jù)以上討論，這里，我們僅考慮用戶端的一個(gè)接收天線，該系統(tǒng)發(fā)射端有兩個(gè)天線，因此hi(i＝1，2，3)是二維向量，圖中X軸和Y軸分別對(duì)應(yīng)了兩個(gè)發(fā)射天線到用戶間的信道衰落。為了清晰地用圖示來(lái)進(jìn)行原理說(shuō)明，不妨用信道復(fù)衰落的實(shí)部代替復(fù)衰落。
由于在系統(tǒng)A中，用戶1和用戶2的位置接近，兩個(gè)用戶的相關(guān)性較大，圖4(c)表示了系統(tǒng)A的兩個(gè)用戶之間的信道衰落關(guān)系，由于兩衰落的相關(guān)性較大，用戶1的信道衰落h1和用戶2的信道衰落h2的夾角較小。系統(tǒng)A中用戶1的發(fā)送信號(hào)為s1，用戶2的發(fā)送信號(hào)為s2，系統(tǒng)接收到的信號(hào)為rA＝h1s1+h2s2+nA其中nA為接收到的高斯信號(hào)。利用用戶2信道衰落的正交向量，即Y軸的單位向量eY，對(duì)接收信號(hào)做內(nèi)積，可以去除用戶2的信號(hào)，得到dA＝eYTh1s1+eYTnA圖4(e)中h1*為h1在eYT上投影，由于h1與h2夾角較小，h1*的幅度也較小，因此dA的信噪比較小。
而系統(tǒng)B中，用戶2和用戶3的距離較大，因此信道衰落的相關(guān)性較小，從圖4(d)中，可以看出h3與h2的夾角較大，因此，圖4(f)中，h3在Y軸上的投影較大，從而獲得較高的輸出信噪比。
如上所述，可以采用均勻或非均勻的方式對(duì)用戶進(jìn)行分組，作為示例，下面將描述對(duì)用戶進(jìn)行均勻分組的情況。應(yīng)該注意，采用均勻分組的方法能夠減小系統(tǒng)的計(jì)算量。
設(shè)用戶總數(shù)為K且一共有G組，它對(duì)應(yīng)了所有的時(shí)隙/頻段/碼道的個(gè)數(shù)，每一組內(nèi)用戶共享同一時(shí)隙/頻段/碼道。用符號(hào)η1，η2，……，ηG表示G個(gè)組，ηj中的用戶數(shù)為qj。為了降低信道分配的復(fù)雜度，本發(fā)明對(duì)用戶進(jìn)行均勻分組，qmin≤qj≤qmax，上下界分別為 當(dāng)K/G為整數(shù)時(shí)，qmax＝qmin，否則qmax＝qmin+1。從理論上講，如果不對(duì)每組內(nèi)的用戶數(shù)加以限制，也可以找到一種分組，使得系統(tǒng)相關(guān)性最小點(diǎn)，但是，由此所帶來(lái)的運(yùn)算量對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)會(huì)相當(dāng)大。
基于發(fā)明人的限制，擁有qmax個(gè)用戶的組數(shù)為Gmax＝G-(Gqmax-K)＝G(1-qmax)+K，擁有qmin個(gè)用戶的組數(shù)為Gmin＝G-Gmax，利用以上兩個(gè)參數(shù)，所有可能的組合為K!Gmax!Gmin!Πi=1Gqi!.]]>如果K＝4，分兩組，那么q1＝q2＝2，共有3種組合。
對(duì)于用戶間相關(guān)性的獲得，在傳統(tǒng)方法中，采用信道矩陣的方法來(lái)解析兩兩用戶的相關(guān)性。而在本發(fā)明中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，利用信道向量來(lái)替代信道矩陣進(jìn)行相關(guān)性的度量。
圖5給出了求解相關(guān)性的流程圖。當(dāng)用戶只有一個(gè)天線時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中，利用兩個(gè)用戶的信道衰落向量的歸一化內(nèi)積求解。而針對(duì)用戶具有多天線的情況，可利用兩信道衰落矩陣歸一化的Frobenius距離求解，即ξi,j=||HiHjH||F2nRinRj]]>其中ξi，j為用戶i和用戶j相關(guān)的度量，nRi和nRj分別為用戶i和用戶j信道衰落自相關(guān)的行列式。在度量用戶間相關(guān)性時(shí)，對(duì)于有K個(gè)用戶的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要計(jì)算K(K-1)/2次相關(guān)性，該算法就需要求解K(K-1)/2次Frobenius積以及相應(yīng)的行列式值，因此，復(fù)雜度較高。另外，各用戶的天線個(gè)數(shù)可能是不同的，那么，就無(wú)法利用上式求解兩者的Frobenius積。
實(shí)際上，在蜂窩通信系統(tǒng)中，由于受到尺寸限制，UE端多天線的信道衰落具有較大的相關(guān)性，因此，本發(fā)明在求解兩個(gè)用戶信道相關(guān)性時(shí)，只求解兩個(gè)用戶某一接收天線到各發(fā)射天線間信道衰落的歸一化內(nèi)積。在本發(fā)明中，需求解每?jī)蓛蓚€(gè)用戶間的相關(guān)值，因此，求解用戶i和用戶j間的相關(guān)性的流程圖如圖5所示。在S501，選取用戶i的信道矩陣的代表向量hi；在S502，選取用戶j的信道矩陣的代表向量hj；關(guān)于代表向量的選擇，可以從一用戶中的信道矩陣中任選一信道衰落向量，作為代表向量，當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于此，而可以采用其他的向量選擇方法選擇一信道衰落向量作為代表向量。最后，在S503，按照以下公式來(lái)求解這兩個(gè)信道向量的歸一化內(nèi)積。
ξi,j=hiHhj|hi||hj|]]>由此，得到用戶i和j的信道矩陣的相關(guān)度量值。
如上所述，可以按照系統(tǒng)相關(guān)性之和最小原則，對(duì)用戶進(jìn)行組合。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，作為示例，提出了利用信道矩陣的分塊特性進(jìn)行組合的方法。
在本發(fā)明中，對(duì)用戶進(jìn)行組合的目的是通過(guò)合理地分組，使得最終系統(tǒng)的相關(guān)性最小，即最小化Σg=1GΣi.j∈Ggξi,j]]>。而要求得到用戶分組的最佳組合是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，在組合的過(guò)程中，每修改一個(gè)用戶的組別，就會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)性，使得已經(jīng)分配的用戶無(wú)效，又要進(jìn)行重新分配。如果遍歷所有可能的組合，則運(yùn)算量會(huì)相當(dāng)大。
實(shí)際上，用戶之間的相關(guān)性，主要是由用戶的空間位置決定的。距離較近的用戶，具有相似的散射環(huán)境，因此，具有較大的相關(guān)性。表現(xiàn)在用戶間相關(guān)值上就是某幾個(gè)用戶間相關(guān)值較大，而這幾個(gè)用戶與其他用戶的相關(guān)值都比較小。如圖6所示，用戶1和用戶2位置較近，和用戶3、4的位置較遠(yuǎn)，因此用戶1與用戶2的相關(guān)性較大，而用戶1、2和用戶3、4間相關(guān)值都較小，因此，在組合時(shí)，只要將用戶1和用戶2分開(kāi)，而用戶1和用戶3可同組，也可不同組。圖7為示出了這一情況相關(guān)矩陣的示意圖，在圖7中，顏色越深相關(guān)性越大，呈現(xiàn)了一種分塊矩陣的特性。
因此，利用矩陣的分塊特性，可降低組合復(fù)雜度。由此，可以利用上述信道矩陣的分塊特性來(lái)進(jìn)行組合。圖9是示出了該用戶組合過(guò)程的流程圖。該流程的基本原理為先按照使每一堆的用戶具有較高相關(guān)性的原則，對(duì)用戶進(jìn)行分堆，即，將相關(guān)性較高的用戶分為一堆，然后分別將每一堆中的用戶分配到各組，這樣得到的每組中的用戶具有較小的相關(guān)性。
如圖9所示，首先，在S901，對(duì)用戶進(jìn)行分堆，將相關(guān)性較大(例如距離較近)的用戶分在一堆，具體的分堆過(guò)程由圖10給出(稍后將進(jìn)行描述。由于一堆內(nèi)的用戶空間位置較近，每一堆內(nèi)的用戶具有較高的相關(guān)性，堆與堆之間各用戶的相關(guān)性較小)。因此，在S902，在對(duì)用戶進(jìn)行組合時(shí)，只要將同一堆的用戶分別分配到不同組即可。如果每堆用戶個(gè)數(shù)小于預(yù)先確定的組數(shù)，可將每堆用戶分別(單獨(dú))分配到各組。而如果每堆用戶個(gè)數(shù)大于預(yù)先確定的組數(shù)，則根據(jù)相關(guān)值，利用對(duì)相關(guān)值最大的用戶優(yōu)先分配的原則來(lái)進(jìn)行分配。具體地講，如果某堆中存在N個(gè)用戶而預(yù)先確定了M個(gè)組且N＞M，即，先將該堆中相關(guān)性值較大的M個(gè)用戶分別分配到各組中，對(duì)該推中剩余的N-M用戶繼續(xù)以相關(guān)性值最大的用戶優(yōu)先分配原則分配到各組中，如同前M個(gè)用戶的分配，依此類推。由此，可以根據(jù)用戶的相關(guān)矩陣這種分塊的特性，我們以較低的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了用戶的組合。
圖10為示出了根據(jù)本發(fā)明的分堆過(guò)程的處理流程。首先，輸入所獲得的相關(guān)值，在S1001，設(shè)定相關(guān)性門限R，并將所用用戶分堆指示器設(shè)為0，每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)一個(gè)分堆指示器，表示每個(gè)將被分到的堆號(hào)。然后，在步驟S1002，從用戶1開(kāi)始對(duì)用戶進(jìn)行分堆，在S1002設(shè)置用戶的序號(hào)i＝1。S1003判斷是否有未被分堆的用戶，即是否存在j＜K，使得aj等于0，如果沒(méi)有，則所有用戶都被分堆，任務(wù)結(jié)束，得到用戶分堆結(jié)果。如果有，則在S1004對(duì)所有未被分堆的用戶，即aj＝0，且與用戶i相關(guān)值大于閾值R的用戶j，設(shè)置其分堆指示器置為i，即aj＝i。在S1005，對(duì)用戶的序號(hào)i加1，即i＝i+1，返回到S1003開(kāi)始求解與用戶i+1分在同一堆的用戶。也就是說(shuō)，設(shè)置一閾值作為判斷基準(zhǔn)；將低于所述閾值的多個(gè)用戶分為一堆，由此，依次對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶進(jìn)行分堆。
如上所述，本發(fā)明針對(duì)MIMO等多天線通信系統(tǒng)，基于相關(guān)性最小的準(zhǔn)則，對(duì)信道在用戶間進(jìn)行分配。其中，針對(duì)3G系統(tǒng)UE端天線較為相關(guān)的特性，利用某UE天線到基站天線的信道衰落向量代替信道矩陣，進(jìn)行相關(guān)性的度量，使得運(yùn)算量降低了一個(gè)階次，并避免了由于接收天線個(gè)數(shù)不同造成的度量困難。另外，利用信道衰落的分塊特性，可以對(duì)用戶進(jìn)行快速分組，有效地降低了分組的運(yùn)算量，使得本發(fā)明可方便于實(shí)用。
盡管以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示出了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)由上述實(shí)施例來(lái)限定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種多天線通信系統(tǒng)的信道分配方法，包括確定需要區(qū)分的組數(shù)和每組的用戶數(shù)，以便利用分組對(duì)多天線通信系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行區(qū)分；解析多用戶的每?jī)蓚€(gè)用戶之間的相關(guān)性值；根據(jù)每?jī)蓚€(gè)用戶的相關(guān)性值，獲得所述多天線通信系統(tǒng)的相關(guān)性值之和；以及按照系統(tǒng)相關(guān)性值之和最小的原則，對(duì)用戶進(jìn)行分組，以便組內(nèi)用戶共享相同的信道、組間用戶使用不同信道來(lái)進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述確定需要區(qū)分的組數(shù)和每組用戶數(shù)的步驟包括對(duì)用戶進(jìn)行均勻分組區(qū)分，以使每組中具有相等數(shù)量的用戶數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述解析多用戶的每?jī)蓚€(gè)用戶之間的相關(guān)性值的步驟包括分別從兩個(gè)用戶的信道矩陣中選擇一個(gè)信道衰落向量作為代表向量；通過(guò)計(jì)算兩個(gè)用戶的代表向量的歸一化內(nèi)積，獲得所述兩個(gè)用戶之間的相關(guān)性值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述按照系統(tǒng)相關(guān)性值之和最小的原則對(duì)用戶進(jìn)行分組的步驟包括按照將相關(guān)性值較高的用戶劃分為一堆的方式，對(duì)系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分堆；以及將同一堆的用戶分別分配到不同組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述對(duì)系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行分堆的步驟包括設(shè)置一閾值作為判斷基準(zhǔn)；將低于所述閾值的多個(gè)用戶分為一堆，由此，依次對(duì)系統(tǒng)中的所有用戶進(jìn)行分堆。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述將同一堆的用戶分別分配到不同組的步驟包括如果一堆中的用戶數(shù)小于所確定的組數(shù)，則將所述堆中的用戶任意地分別分配到各不同組。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述將同一堆的用戶分別分配到不同組的步驟包括如果每堆中的用戶數(shù)大于所確定的組數(shù)，則按照對(duì)相關(guān)值較大的用戶優(yōu)先分配的方式，將每堆中的用戶分別分配到各組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多天線通信系統(tǒng)是多輸入多輸出通信系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的信道分配方法也可應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)天線的分組，以便在組內(nèi)實(shí)現(xiàn)分集傳輸，而在組間實(shí)現(xiàn)復(fù)用傳輸。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種多天線通信系統(tǒng)的信道分配方法，包括確定需要區(qū)分的組數(shù)和每組的用戶數(shù)，以便利用分組對(duì)多天線通信系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行區(qū)分；解析多用戶的每?jī)蓚€(gè)用戶的相關(guān)性值；根據(jù)每?jī)蓚€(gè)用戶的相關(guān)性值，獲得所述多天線通信系統(tǒng)的相關(guān)性值之和；以及按照系統(tǒng)相關(guān)性值之和最小的原則，對(duì)用戶進(jìn)行分組，以便組內(nèi)用戶共享相同的信道、組間用戶使用不同信道來(lái)進(jìn)行通信。
文檔編號(hào)H04B7/04GK1870460SQ20051007389
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者趙錚, 李繼峰 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社