[发明专利]用于在移动无线系统中选择最佳数量的用户的方法

说明书

技术领域

1.本发明的目的

本发明涉及在一个基站处具有多个天线和在多个接收器处具有 一个或多个天线的无线通信传输系统(多输入、多输出系统- MIMO)。多个天线的使用使用户信号在传输或接收过程中在基站上 进行空间区分成为可能。多个用户可以通过空分多址(SDMA)被同 时服务，这明显增加了系统吞吐量。同时，根据需要(空间多路复用 -SMux)，可通过多个天线为用户提供不止一个数据流。为此，数 据流可以例如沿传输信道的最强的传播方向被传输，所谓的空间模 式，使得它们可以在接收方处被区分。导致不同的数学SDMA传输 算法的不同边界条件是可想象的。例如，一个边界条件可以是，发送 到各个用户的数据流不应彼此干扰。本发明的目的是在选择被同时服 务的用户的所有SDMA传输算法中出现的问题，其中，本发明被限 制为所谓的矢量调制方法类的SDMA算法。本发明包括用于选择没 有空间相关性的最佳用户数目的复杂性大大降低的方法，以及能够使 计算机执行根据本发明的方法的计算机程序，并且还有用于实施该方 法所需的技术系统。

2.应用领域

考虑其中可结合SDMA、但不必与时分多址(TDMA)和频分 多址(FDMA)以及SMux相结合的系统的基站。基站处有限数目的 天线限制了同时服务的用户的最大数量并且需要扩展SDMA传输算 法，通过该算法用户可被有效地分成组。这是由以下事实引起的：通 过组合的信道矩阵的秩来限制空间上可被同时有效服务的最大数量 的用户。在每个时隙或频隙中，用户的不同子集然后可以通过SDMA 被同时服务。

每个SDMA传输过程需要用于选择可以通过SDMA被同时服务 的用户的适当子集的适当机制，因此要使用空分多址的每个传输站必 须配备有技术装置以实现适当的选择过程。

发射器处的所谓矢量调制方法以SDMA传输方法开始，该方法 假定并利用某一形式的传输信道的知识。将被传输的数据码元与矢量 值波束形式加权相乘，如在第6部分中解释的那样，这可以通过考虑 不同的边界条件来计算并对天线的发射特性具有影响。

3.本发明的任务

在选择将通过SDMA同时服务的用户时，得到以简化版本呈现 的下述基本问题，其解决方案是本发明的任务：

·必须避免对在空间中具有非常强的相关性的传输信道的参与者 进行分组，因为通过SDMA传输方法，空间中的用户的可区别性将 被阻碍并且数据吞吐量将严重破坏。这是由以下事实引起的：由于无 效的波束形成加权，并且在将被发送给不同用户的数据流之间发生的 干扰增加，在使用SDMA传输方法之后，有效传输信道的质量将被 严重损害。

·必须通过该方法来优化组的大小，因为这改变了可用传输功率 的可能划分并因此严重影响了数据吞吐量。

·用户的划分应该同时考虑两个其它因素，即时间和频率，并应 该按照需要允许考虑用户的公平性和服务质量要求。

·在使用SDMA传输方法之后用于预先计算预期的信道质量的 成本必须被降低或在组的选择期间避免，因为结果取决于用户组合， 并且计算复杂性将因此在具有几百个用户的现实系统中难以处理。

·待测试的分组的选择应该被有效地降低而不会从一开始就排除 可能非常有希望的组合。

·在降低复杂性时，应该利用的事实是，系统中的状态仅逐渐改 变，使得不需要每次都做出独立决策。

4.现有技术及其缺点

在SISO系统(单输入、单输出，即，在发射器和接收器处仅有 一个天线)的情况下，存在一个有关的问题，然而，它不能被充分地 解决。已经被意识到的是，通过在每次传输期间选择具有最好信道的 用户，并且通过适当分割传输资源，系统的总吞吐量可以增加(DE 100 21862)并且例如通过最大化速率的目标来选择用户。作为一种可选 方式，可以通过有限延迟或高服务质量的目标来选择用户。

根据这种现有技术，在先描述的MIMO传输系统的类型代表用 于未来无线通信系统的非常有希望的解决方案。然而，用户选择的问 题并不能通过多种方法或只能通过非常高的计算复杂性来完全解决。 例如，(US 2005/147032)描述了这种系统中的类似问题，但没有给 出使用户分组相同的方法，在该文献中用户分组被称为“正交组”，而 不管其最佳值大小。