[发明专利]多用户接入系统MIMO－OFDM资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及在服务基站及接收移动台均具有多单元天线的多用户无线通信系统中的资源分配，特别涉及在具有正交频分复用(OFDM)信令的多入多出(MIMO)系统，即MIMO-OFDM系统中，一种在频域、时域和空域中分配资源的方法，该方法可降低联合多用户优化的复杂度。

背景技术

在无线MIMO通讯系统中，为提高系统性能，多优先采用多单元天线系统。当基站和移动台采用多单元天线时，就可以进一步利用空域来为系统中不同用户进行传输调度。

众所周知，在多用户MIMO系统中，对每个用户存在以相互正交空间特征向量(SSV)为特征的平行信道，经过空间特征向量预编码的数据可以在没有同信道干扰(CCI)的情况下同时传输。如果不同用户的空间特征向量是相互正交的，同时传输的用户的数据在空域中可以多路复用。为提高MIMO系统的链路性能，需要利用MIMO信道的知识以及在发射机执行预编码。一种常见的预编码方法是从MIMO信道矩阵的奇异值分解(SVD)中获取预编码向量。每个来自MIMO信道矩阵的奇异向量，也叫做空间特征向量，对应于一个空间数据流。这个方法，加上分配数据流发射功率的注水算法，就可以使单个用户达到点对点高斯信道的信道容量。

OFDM系统允许在时频域上对用户进行数据调度。通过在基站和移动台上使用多单元天线，在空域中也可以对用户进行调度。当在空域上重利用OFDM时频资源时，意味着传输多个数据流。由于空间数据流之间的非正交性，对于特定OFDM时频资源上的不同空间流上传输的数据一般会相互干扰，即同信道干扰(CCI)。特别是，如果在MIMO-OFDM系统中，在某一时频资源的不同空间数据流上对多个用户同时进行传输时，这些不同用户也将遭受多个数据流之间的同信道干扰(CCI)。

因此，与OFDM中在不同用户间提供正交信道的时频网格相反，在空域中进一步划分可用信道产生一组一般来说不相互正交的信道。那么，比如说，如果OFDM系统中的一个时频资源同时被分配给两个用户，由于同信道干扰，两个用户的传输就会相互干扰。

图1所示为MIMO-OFDM系统的发射和接收结构。在多用户MIMO-OFDM系统中，调度器的任务是在小区覆盖范围内对服务用户分配OFDM时频资源，以及空间资源。这是一个繁重的任务。问题在于：由于空域的非正交性产生的同信道干扰使得不同用户的信号干扰比和调度结果紧密关联，因此功率、空域、时域和频域中最优资源分配问题需要考虑小区覆盖范围内的所有用户。如果假设MIMO信道在空域上也是正交的，由于调度器可把空域、时域和频域都看作是将要分配给用户的正交资源，调度器的任务将会极大地简化。

空域的非正交性使优化问题变得非常复杂。在第一现有技术中，在3GPPTSG RAN WG1 R1-050889“MIMO for Long Term Evolution”(“长期演进项目中的MIMO”)中的解决方案，其中涉及到一种资源分配的方法。基于正交(unitary)矩阵预编码，可以对不同用户的数据流在空域和时域上进行多路复用。正交预编码矩阵的集合预先定义。上述现有技术的主要步骤包括：

1.每个用户都反馈一个优选正交预编码矩阵，其中列向量是正交空间特征向量。另外，矩阵中所有预编码向量的信道质量信息(CQI)也被反馈回基站；

2.基站将声明同一优选正交预编码矩阵的用户分成一组；

3.基站根据一定调度规则选出一组。

4.基站根据一定调度规则对所选组内的用户分配正交的相应预编码向量；

5.基站用所分配的预编码向量对不同用户的数据流进行预编码，并在同一个时频资源上将预编码的数据流发送出去。

该现有技术方案的缺陷包括：

1)用户常被要求反馈所有可用的空间特征向量以及相应的CQI。实际上，通常只有很少几个或一个空间特征向量以及很少几个或一个CQI是基站需要的。

2)在这个方案中，由于首先把用户按相同的预编码矩阵编成组，这就意味着只有选择了同样预编码矩阵的用户才可能在空域里进行多路复用。虽然这个方法可以保证进行多路复用的用户的空间特征向量是严格正交的，从而得到较低的CCI，但实际上，这对能够进行多路复用的用户构成了限制。由于在一些环境下，特别是当小区覆盖区域的用户数量较小时，一个以上的用户优选同一预编码矩阵、从而满足空域多路复用条件的概率可能很小，这就带来严重的局限性。

3)存在这样的情况，即选择不同预编码矩阵然而具有相互正交的空间特征向量的用户，仍可以以较低的CCI在空域上多路复用，但在现有技术方案中这种空域多用户多路复用的机会就失去了。