[發明專利]一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調度的無線數據傳輸方法

在審

• 申請號: 201410476308.3
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104202075A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 唐冬;呂明霞
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 姚迎新

技術領域

本發明涉及一種基于多輸入-多輸出多用戶快速調度的無線數據傳輸方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

在無線通信鏈路的兩端使用空間分開的多根天線的MIMO系統，可以在點對點通信中獲得空間分集增益以提高傳輸的可靠性，或者獲得空分復用增益以提高頻譜效率。具體體現在：(1)空間分集主要用于抗多徑衰落，對于一個具有N根接收天線和M根發射天線的MIMO系統，假設不同天線對之間的信道服從獨立同分布的Rayleigh衰落，應用空時編碼可以獲得NM的分集度。因此即使在非常復雜的傳播環境下，MIMO系統也可以實現數據流的高質量傳輸。(2)空分復用主要用于提高傳輸速率，在獨立信道的假設條件下MIMO系統的容量隨min{N，M}線性增長。此外，通過多個無線節點構成的虛擬MIMO技術還可廣泛應用于無線傳感器網絡和Mesh網絡等環境。

MIMO技術的以上突出優點使其成為無線通信發展的必然方向，是新一代高速移動網、固定寬帶無線接入(BWA)網的關鍵技術，已經成為IEEE?802.16(WiMAX)和IEEE?802.11n的可選技術，是新一代無線通信系統(4G、5G)倍受青睞的研究方向。

MIMO多用戶分集技術考慮數據業務的特點，采用高效的用戶調度機制，可以大幅度提高接入網在高密度用戶條件下的頻譜效率。盡管MIMO系統在單用戶情形下可以通過增加天線數來提高系統的容量，然而增加天線將使系統的成本、功耗等大幅度上升。此外，實際的通信系統，通常是由許多用戶構成的多用戶系統，需要考慮如何減小用戶之間的干擾、如何合理地在用戶間分配有限的無線資源。

在由AP(或基站)和多個移動用戶構成的點對多點數據通信鏈路中，由于無線信道的隨機波動性，它們到基站的信道隨時間的衰落相互獨立，考慮到數據業務對有限時延不敏感的特點，在媒介控制層置入一個數據包調度器，在每個時隙根據每個用戶到AP之間的信道狀態信息(CSI)，采用合適的調度策略把共享的無線資源分配給信道質量最好的一個或一組用戶，可以大幅度提高MIMO多用戶系統的吞吐量，從而獲得多用戶調度增益——多用戶分集增益(MUD)。此外，通過設計適當的系統結構、引入發射端預處理等措施，可以人為地增大信道衰落的幅度和變化速率，進一步提高多用戶分集增益。

綜上所述，在接入網系統中采用MIMO多用戶分集技術可以在不增加天線及相關硬件的投入的情況下，大幅度提高系統在多用戶條件下的吞吐量，具有無需額外的發射功率、無需占用過多的帶寬資源、對各種傳輸技術的適應性強且使用靈活等優點，可直接用于WIMAX、TD-SCDMA等3G標準及其LTE演進版本，已經成為新一代無線通信系統的研究熱點。

為了獲得多用戶分集增益，需要在每個時隙選擇(調度)合適的用戶參與傳輸。目前的調度算法主要分為單用戶調度和多用戶調度。

(1)單用戶調度，在每個時隙只調度一個用戶參與傳輸。相關調度算法主要有以下幾種：

①貪婪調度方法，在每個時隙選擇信道條件最好的用戶參與傳輸。該算法選出的用戶通常具有最佳接收的信噪比，可以獲得最高的系統吞吐量。但是那些距離基站較遠的用戶可能始終沒有接入的機會，因此該方法沒有考慮用戶的公平性。

②比例公平調度方法，在每個時隙選擇瞬時信噪比和平均信噪比的比值最大的用戶參與傳輸。該算法選出的用戶通常處于自己一段時間以來最好的信道條件(不考慮和其它用戶做比較)，因此該方法充分考慮到用戶所處位置對接入的影響，可以獲得最佳的用戶公平性。但系統吞吐量有所下降。

(2)多用戶調度，在每個時隙調度多個用戶同時參與傳輸。相關調度方法主要為窮舉搜索法。設有K個用戶希望接入，系統支持同時供n個用戶同時傳輸，則窮舉搜索法需要遍歷所有的種組合。當參與調度的用戶數K和選中的用戶數k增加時，系統調度的計算量會大幅度增加為Ο(K^k)，一方面使得系統開銷過高而無法承受，另一方面導致處理延時增加，以至于調度速度無法趕上信道的變化，進而降低所獲得的多用戶分集增益，并可能導致錯誤調度。

可見，基于現有的MIMO多用戶分集技術采用的窮舉搜索調度算法來進行多用戶數據傳輸，面臨復雜度隨參與調度用戶數增長過快的問題。

發明內容

本發明的目的是彌補上述技術缺陷，降低調度算法復雜度，提供一種基于多輸入-多輸出(MIMO)多用戶快速調度的無線數據傳輸方法，適用于MIMO、虛擬MIMO及采用相關技術的移動通信網、MESH網絡、無線傳感器網絡等無線數據通信環境。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：