CN101385299B - 用于在多输入多输出系统中基于用户确定的等级来调度用户的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在包括多个订户站和能够给所述订户站提供服务的基站的无线网络中，提供一种订户站，其包括等级选择器和调度数据报告器。所述等级选择器可操作于选择用于所述订户站的等级。所述等级可操作于标识用于从所述基站向所述订户站传输数据流的天线的数量。所述调度数据报告器可操作于向所述基站报告调度数据，所述调度数据包括所述等级。

Description

用于在多输入多输出系统中基于用户确定的等级来调度用户的方法和系统

技术领域

本申请通常涉及无线通信网络，且更具体地，涉及用于在多输入/多输出(MIMO)系统中基于用户确定的等级来调度用户的方法和系统。

背景技术

正交频分复用(OFDM)是一种多载波传输技术，其中，用户在许多正交频率(或子载波)上传输。正交子载波被独立地调制，且在频率上分开以便它们不会相互干扰。这提供了高的频谱效率和对于多径效应的抵抗力。正交频分多址(OFDMA)系统允许一些子载波被分配给不同的用户，而不是给单一的用户。现在，OFDM和OFDMA技术被用于有线传输系统、诸如不对称数字订户线(ADSL)以及无线传输系统、诸如IEEE-802.11a/g(即WiFi)、IEEE-802.16(例如WiMax)、数字音频广播(DAB)、和数字视频广播(DVB)。该技术还被用于无线数字音频和视频广播。

在传统的OFDM网络中，可以使用固定的数据速率，且可以基于用户离传输节点多远来调整传输功率的量。或者，可以一直以全功率传输数据，但如果用户离传输节点近，则使用了较高阶(higher order)调制和较弱的代码。另一方面，如果用户远离传输节点，则使用较低阶调制和较强的代码。对于一些OFDM网络，可以使用两个天线来向一个用户传输两个数据流，导致了双倍的数据速率。但是，在小区边缘，两个数据流可能彼此干扰以使得调制和编码必须推后(back off)很远以至于无法成功通信。因此，现有技术中需要用于在MIMO系统中与用户通信的改进的方法。

发明内容

在包括多个订户(subscriber)站和能够向订户站提供服务的基站的无线网络中，提供订户站。根据本公开的优势实施例，订户站包括等级选择器和调度数据报告器。等级选择器可操作于选择用于所述订户站的等级。所述等级可操作于标识从所述基站向所述订户站传输数据流的天线的数量。调度数据报告器可操作于向所述基站报告调度数据，所述调度数据包括所述等级。

根据本公开的另一实施例，提供一种用于在MIMO系统中基于用户确定的等级来调度基站中的用户的方法，包括：从多个用户的每个接收调度数据。每个用户的所述调度数据包括至少一个信道质量指示符(CQI)、等级和优选预编码矩阵和向量。基于所述调度数据来调度所述用户。

根据本公开的再一实施例，提供一种在MIMO系统中在发射机和接收机之间通信的方法，包括：在所述接收机处接收来自所述发射机的帧。所述帧包括多个码字。每个码字具有不同的混合自动重复请求(HARQ)信道。使用HARQ消息来处理所述帧。

在采取以下具体实施方式之前，可以有利地阐述本专利文档全文中使用的特定字和短语的定义：术语“包括(include)”和“包括(comprise)”以及其派生，意味着包括而不限制；术语“或(or)”是包括的，意味着和/或；术语“每个”意味着至少所标识的项目的子集中的每一个；短语“相关联”和“与其相关联”以及其派生可以意味着包括、被包括在其中、与其相连、包含、被包含在其中、连接到或与其连接、耦合到或与其耦合、可与其通信、与其合作、交织、与其并列、与其接近、被束缚于其或与其束缚在一起、具有、具有属性......等；术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这种设备可以以硬件、固件或软件或其至少两个的一些组合实现。应该注意，与任何具体的控制器相关联的功能可以是本地地或远程地、集中式的或分布式的。在该专利文档全文中提供对于某些字和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，在许多、如果不是大多数的实例中，这种定义应用于这样定义的字和短语的现有以及将来的使用。

附图说明

为了更全面理解本公开及其优点，现在结合附图参考以下描述，附图中相同的附图标记表示相同的部分：

图1图示了根据本公开的一个实施例的、能够在多输入/多输出(MIMO)系统中基于用户确定的等级来调度用户的无线网络；

图2A和图2B是根据本公开的实施例的、分别为正交频分多址(OFDMA)发射机和OFDMA接收机的方块图；

图3图示了根据本公开的一个实施例的图1中的订户站之一；

图4图示了根据本公开的一个实施例的在图1的订户站之一中的图2A的调制器的细节；

图5是图示根据本公开的一个实施例的、用于在图3的订户站中生成调度数据的方法的流程图；

图6是图示根据本公开的一个实施例的、用于使用图4的调制器基于等级来调度订户站的方法的流程图；以及

图7是图示根据本公开的一个实施例的、从图2A的发射机向图2B的接收机来通信数据的方法的流程图。

具体实施方式

以下讨论的图1到7和用于描述本专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅作为例示，且不应该以任何方式被解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解可以在适当布置的无线网络中实现本公开的原理。

图1图示了根据本公开的一个实施例的、能够在多输入/多输出(MIMO)系统中基于用户确定的等级来调度用户的无线网络100。在图示实施例中，无线网络100包括基站(BS)101、基站(BS)102和基站(BS)103。基站101与基站102和基站103通信。基站101还与因特网协议(IP)网络130、诸如因特网、专属(proprietary)IP网络、或其他数据网络通信。

基站102经由基站101向基站102的覆盖区域120内的多个第一订户站提供对网络130的无线宽带接入。多个第一订户站包括订户站(SS)111、订户站(112)、订户站(SS)113、订户站(SS)114、订户站(SS)115和订户站(SS)116。在示范实施例中，SS 111可以位于小企业(small business)(SB)中，SS 112可以位于企业(Enterprise)(E)中、SS 113可以位于WiFi热点(HS)中，SS 114可以位于第一住宅中，SS 115可以位于第二住宅中，SS 116可以位于移动(M)设备中。

基站103经由基站101向基站103的覆盖区域125内的多个第二订户站提供对网络130的无线宽带接入。多个第二订户站包括订户站115和订户站116。在替换实施例中，基站102和103可以通过有线宽带连接、诸如光纤、DSL、电缆或T1/E1线来直接连接到因特网，而不是间接地通过基站101。

在其他实施例中，基站101可以与更少或更多的基站通信。另外，尽管在图1中示出了仅六个订户站，但应理解无线网络100可以向多于六个订户站提供无线宽带接入。应注意，订户站115和订户站116处于覆盖区域120和覆盖区域125两者的边缘上。订户站115和订户站116每个与基站102和基站103通信，且可以被认为在本领域技术人员已知的移交模式下操作。

在示范实施例中，基站101-103可以使用IEEE-802.16无线城市区域网络标准、诸如IEEE-802.16e标准来彼此通信并与订户站111-116通信。但是，在另一实施例中，可以采用不同的无线协议，诸如，例如HIPERMAN无线城市区域网络标准。取决于用于无线回程(backhaul)的技术，基站101可以通过直接视线(line-of-sight)或非视线(non-line-of-sight)来与基站102和103通信。基站102和基站103每个可以使用OFDM和/或OFDMA技术通过非视线与订户站111-116通信。

基站102可以向与企业相关联的订户站112提供T1级别的服务，以及向与小企业相关联的订户站111提供部分(fractional)T1级别的服务。基站102可以给与可能位于机场、咖啡馆、旅馆或大学校园内的WiFi热点相关联的订户站113提供无线回程。基站102可以向订户站114、115和116提供数字订户线(DSL)级别的服务。

订户站111-116可以使用对网络130的宽带接入来接入语音、数据、视频、视频远程电信会议、和/或其它宽带服务。在示范实施例中，一个或多个订户站111-116可以与WiFi WLAN的接入点(AP)相关联。订户站116可以是多个移动设备中的任何一个、包括使能无线的膝上型计算机、个人数据助理、笔记本、手持设备或其他使能无线的设备。订户站114和115可以是例如使能无线的个人计算机、膝上型计算机、网关或另一设备。

虚线示出覆盖区域120和125的近似范围，这被显示为近似圆形仅为了图示和说明的目的。应该清楚地理解，取决于基站的配置和在与自然和人为障碍物有关的无线电环境中的变化，与基站相关联的覆盖区域、例如覆盖区域120和125可以具有其他形状，包括不规则的形状。

而且，与基站相关联的覆盖区域随时间不恒定，而可以是基于基站和/或订户站的改变的传输功率级、天气状况和其他因素而是动态的(扩大或缩小或改变形状)。在实施例中，基站的覆盖区域、例如基站102和103的覆盖区域120和125的半径可以在离基站少于2千米到大约50千米的范围内延伸。

如本领域公知的，基站、诸如基站101、102或103可以采用定向天线来支持覆盖区域内的多个扇区(sector)。在图1中，基站102和103被分别近似地描绘在覆盖区域120和125的中心。在其他实施例中，定向天线的使用可以将基站定位于靠近覆盖区域的边缘，例如在锥形或梨形覆盖区域的点处。

从基站101到网络130的连接可以包括对位于中央办公室或另一运营的公司的出现点(point of presence)中的服务器的宽带连接、例如光纤线。服务器可以向用于基于因特网协议的通信的因特网网关提供通信，并向用于基于语音的通信的公共交换电话网络网关提供通信。在以通过IP的语音(VoIP)的形式的基于语音的通信的情况下，通信(traffic)可以被直接运送到因特网网关而非PSTN网关。图1中未示出因特网网关和公共交换电话网络网关。在另一实施例中，可以通过不同的网络节点和设施来提供对网络130的连接。

如以下更详细描述的，一个或多个订户站111-116可以是可操作于确定其本身的等级以及向基站101-103报告该等级。另外，一个或多个基站101-103可以是可操作于基于由订户站111-116报告的等级来调度在其覆盖区域中的订户站111-116。每个等级可操作于标识与用于将数据流从基站101-103传输到报告了等级的订户站111-116的虚拟天线的数量相等的层的数量。如以下更详细描述的，天线可以包括虚拟天线。基站101-103和订户站111-116还可以能够使用混合自动重复请求(hybrid automatic repeat request)(HARQ)消息来彼此通信。

MIMO系统使能额外的自由度，其可以被用在用于改进系统性能的各种方式中，其中系统性能包括但不限于抵抗衰落的分集增益、波束形成增益(beamforming gain)、对同一用户的多个数据码字的空间复用(SDM)、和对不同用户的多个数据码字的空间复用(SDMA)。在诸如无线网络100的无线环境中，不同的订户站111-116(或用户)由于不同的功率延迟特征(profile)、移动速度等而经历不同的信道类型。另外，不同的用户由于用户位置、阴影衰落等而经历不同的信号与干扰加噪声比(Signal-to-Interference-plus-NoiseRatio)(SINR)。使用本公开的原理，可以以逐个用户为基础来利用由多个天线使能的额外的自由度，使得系统性能和容量改进，而总开销和系统复杂程度被保持在合理的水平。这可以通过实现多用户MIMO调度和预编码途径来实现，其中该预编码途径利用由预编码的多个传输天线使能的额外的自由度，来在同一OFDM资源块(SDMA)上同时调度多个用户，或给同一用户传输多个数据码字(SDM)。

当在小区120、125中存在许多用户时，使用多用户MIMO(MU-MIMO)方案相比于单用户MIMO(SU-MIMO)方案，可以在整个系统中实现显著的增益。这是因为MU-MIMO利用在每个码字级别上的多用户分集增益(MUDG)。但是，SU-MIMO可以增加峰值用户数据速率。这由于实际的通信流的突发特性(与全缓冲器模型(full buffer modeling)相反)而尤其重要。在许多时候，在小区120、125中存在很少的具有有效缓冲器的用户。因此，支持多用户和单用户两种方案而不增加信令开销的MIMO方案是有用的。SU-MIMO方案的另一优点在于，可以容易地利用由CRC分别编码每个码字来增强的连续干扰消除(SIC)技术的使用。如以下更详细描述的，基站101-103可以可操作于基于任何适当的准则(criteria)来确定何时在MU-MIMO和SU-MIMO之间切换。

图2A是正交频分多址(OFDMA)发射机200的方块图。图2B是OFDMA接收机250的方块图。可以在无线网络100的基站101-103的任何一个中实现OFDMA发射机200或OFDMA接收机250或两者。类似地，可以在无线网络100的机制111-116的任何一个中实现OFDMA发射机200或OFDMA接收机250或两者。

OFDMA发射机200包括调制器205、串行-到-并行(S-到-P)转换器210、逆快速傅立叶变换(IFFT)块215、并行-到-串行(P-到-S)转换器220、添加循环前缀(add cyclic prefix)块225、和向上转换器(up-converter)(UC)230。OFDMA接收机250包括向下转换器(DC)255、移除循环前缀块260、串行-到-并行(S-到-P)转换器265、快速傅立叶变换(FFT)块270、并行-到-串行(P-到-S)转换器275、和解调制器280。对于一个实施例，调制器205包括正交幅度调制(QAM)调制器，且解调器280包括QAM解调制器。将理解，发射机200和/或接收机250可以包括未在图2A和2B中图示的、不脱离本公开的范围的额外组件。

可以以软件实现图2A和2B中的至少一些组件，而可以通过可配置的硬件或软件和可配置的硬件的混合来实现其他组件。具体地，应注意，本公开中描述的IFFT块215和FFT块270可以被实现为可配置软件算法。这些块215和270每个可以具有对应的尺寸N，且可以根据实施方式来修改值N。

另外，虽然本公开针对实现快速傅立叶变换和逆快速傅立叶变换的实施例，但这仅作为例示，且不应该被解释为限制本公开的范围。将理解，在本公开的替换实施例中，可以容易地由离散傅立叶变换(DFT)函数和逆离散傅立叶变换(IDFT)函数来分别替换快速傅立叶变换函数和逆快速傅立叶变换函数。将理解，对于DFT和IDFT函数，N的值可以是任何整数(即1、2、3、4等)，而对于FFT和IFFT函数，N的值可以是2的幂的任何整数(即1、2、4、8、16等)。

在一个实施例的OFDMA发射机200中，调制器205接收一组信息比特，并调制该输入的比特以产生频域调制码元的序列。调制器205使用可以基于由接收机250确定的等级而选择的调制和编码来调制所输入的比特，如以下更详细描述的。串行-到-并行转换器210将串行码元转换为(例如解多路复用)为并行数据，从而产生N个并行码元流(其中，N是在发射机200和接收机250中使用的IFFT/FFT大小)。然后，IFFT块215对N个并行的码元流进行IFFT操作，以产生时域输出信号。并行-到-串行转换器220转换(例如多路复用)来自IFFT块215的并行时域输出码元以产生串行时域信号。然后，添加循环前缀块225将循环前缀添加到时域信号上。

最后，取决于在基站还是在订户站中实现OFDMA发射机200，向上转换器230将添加循环前缀块225的输出向上转换为用于经由前向信道或反向信道而传输的RF频率。在转换为RF频率之前，来自添加循环前缀块225的信号还可以在基带处被滤波。由OFDMA发射机200传输的时域信号包括对应于传输的数据码元的多个重叠正弦信号。

在OFDMA接收机250中，取决于在订户站还是在基站中实现OFDMA接收机250，从前向信道或反向信道接收进入的RF信号。OFDMA接收机250颠倒在OFDMA发射机200中进行的操作。向下转换器255将接收到的信号向下转换为基带频率，移除循环前缀块260移除循环前缀以产生串行时域基带信号。串行-到-并行转换器265将时域基带信号转换为并行时域信号。FFT块270然后执行FFT算法以产生N个并行频域信号。并行-到-串行转换器275将并行频域信号转换为数据码元的序列。然后，解调制器280解调制这些码元以恢复原始的输入数据流。

图3图示了根据本公开的一个实施例的订户站111。对于该实施例，订户站111包括等级选择器305、信道质量指示符(CQI)计算器310、预编码矩阵选择器315、和调度数据报告器320。将理解，订户站111包括图3未图示的额外组件。

如以下更详细描述的，等级选择器305可操作于选择在由基站、诸如基站102调度订户站111时使用的订户站111的等级。等级选择器305可操作于以最大化订户站111的容量的方式来选择等级。对于一个具体的实施例，等级可以包括低或高。对于其他实施例，等级可包括三个或更多等级之一。

CQI计算器310可操作于基于由等级选择器305计算的等级来对从发射机200的每个虚拟天线接收的每个码字计算CQI。预编码矩阵选择器315可操作于选择用于订户站111的优选预编码矩阵。如以下更详细描述的，预编码矩阵选择器315可以可操作于从用于订户站111的一组可能的预编码矩阵选择一个优选的预编码矩阵。

每个预编码矩阵包括多个预编码向量。对于一个实施例，CQI计算器310可以可操作于对于在该组矩阵中的每个矩阵中的每个向量计算CQI。预编码矩阵选择器315可操作于选择具有由CQI计算器310计算的最佳CQI值的预编码矩阵。

调度数据报告器320可操作于向基站、诸如基站102报告调度数据。该调度数据可以包括由等级选择器305选择的等级、由CQI计算器310计算的一个或多个CQI和由预编码矩阵选择器315选择的优选预编码矩阵和向量。对于一个实施例，调度数据包括由CQI计算器310计算的每个CQI值。对于另一实施例，调度数据包括单个CQI值，诸如由CQI计算器310计算的最佳CQI值，以及用于标识对应于单个CQI值的向量的向量标识符。对于再一实施例，调度数据包括用于在优选预编码矩阵中的每个向量的CQI值。

等级选择器305可以被用于选择用于订户站111的等级，这是因为一些订户站111-116可以经历相关衰落，而在相同小区120、125中的其他订户站111-116经历不相关的衰落。等级选择器305可以可操作于以常规基础来选择等级。例如，等级选择器305可以可操作于频繁地选择等级，诸如一次对于每个传输时间间隔(TTI)或一次对于每个资源块(即CQI反馈速率)。或者，等级选择器305可以可操作于不频繁地选择等级，诸如一次对于较大具体数量的TTI中的每个，或一次对于较大具体数量的资源块中的每个。例如，对于具体实施例，等级选择器305可以可操作于一次对于每100个TTI选择等级。

对于等级选择器305可操作于在低等级和高等级之间选择的实施例，等级选择器305可以可操作于基于容量最大化公式来选择等级。例如，对于具体实施例，容量最大化公式可以包括以下不等式：

log₂(1+SINR_MRC)＜∑_ilog₂(1+SINR_MMSE_i)

其中SINR_MRC是在最大比率组合之后的SINR，其可以被基于从每个虚拟天线接收的信号强度来计算，且SINR_MMSE是在最小均方误差组合(minimum mean squared error combining)之后的SINR。因此，SINR_MRC表示组合MRC的从最强虚拟天线接收的信号，且SINR_MMSE_i表示组合MMSE的从第i个虚拟天线接收的信号(以及订户站111能够进行的任何其他处理，诸如SIC)。对于该实施例，等级选择器305可操作于当满足不等式时选择高等级，且当不满足不等式时选择低等级。该方法不排除在所有可能的等级上最佳地搜索将最大化容量的等级。

因此，基于单个数据流而没有干扰的测量(SINR_MRC)与对于彼此干扰的多个数据流的测量的总和(SINR_MMSE)相比较。使用该不等式，等级选择器305可以确定哪个等级将最大化订户站111的容量，并选择该等级。选择低等级将对应于请求基站102在单个天线上向订户站111传输，而选择高等级将对应于请求基站102在所有天线上向订户站111传输。将理解，对于其中等级选择器305可操作于从三个或更多等级选择的其他实施例，所选等级可以对应于请求不同数量的天线向订户站111传输。

使用上面定义的不等式，所选等级将很依赖于几何结构(geometry)，以至于弱的用户将更可能选择低等级，而强的用户将更可能选择高等级。如果订户站111具有进行SIC或其他类似处理的能力，则这还将被固有地包括在考虑等级选择的测量中，进一步增加选择高等级的可能性。对于一些实施例，如果等级选择器305选择低等级，则可以由非空间复用方案来服务订户站111。

对于一些实施例，调度数据报告器320可以可操作于显式或隐式地报告由等级选择器305选择的等级。对于显式的等级选择报告，调度数据报告器320显式地向基站102提供所选等级。这通常是报告等级选择的有效方式。例如，如果等级是低或高，单个比特足以调度数据报告器320，以向基站102显式地提供等级。另外，对于低等级，调度数据报告器320可以仅向基站102提供单个CQI。

对于隐式的等级选择报告，调度数据报告器320可以指示要由基站102通过给具体波束提供为0的CQI值来切断该波束。这是报告等级选择的简单的方式，且不需要额外的信令。但是，使用该方案，必须给每个波束提供CQI值。

图4图示了根据本公开的一个实施例的基站之一、诸如基站102中的调制器205的细节。解调器205包括控制器405、用户分组器(grouper)410、调度器415、多个适应性调制和编码(AMC)块420和包括多个预编码向量块430和多个求和器435的预编码器425。如上所述，预编码向量块430每个可操作于将预编码向量应用于进入的信号，且预编码向量一起包括来自一组预编码矩阵的具体预编码矩阵。

控制器405可操作于从在基站102的覆盖区域中的多个订户站111-116或用户中的每个接收调度数据440。控制器405还可操作于基于调度数据440生成用于用户分组器410的组控制信号445。该组控制信号445可操作于指示哪些用户已经选择了相同的优选预编码矩阵。

用户分组器410可操作于从每个用户接收流450，并从控制器405接收分组控制信号445。然后，用户分组器410可操作于基于哪些用户偏好由组控制信号445指示的相同的预编码矩阵来将流450分组到用户组455。

控制器405还可操作于生成优先级控制信号460，其可以用于标识哪个用户组455具有用户组455的最高优先级和哪些用户具有用户组455内的最高优先级。调度器415可操作于接收用户组455和优先级控制信号460，以及基于优先级控制信号460而选择最高优先级流465，用于调度。最高优先级流对应于最高优先级用户组455内的最高优先级用户，其上至对应于天线的最大数量的最大数量M。调度器415还可操作于生成预编码矩阵信号470，其可操作于提供或标识用于包括最高优先级流465的用户组455的优选预编码矩阵。

控制器405还可操作于生成多个调制和编码(MC)控制信号475，其每个可操作于标识用于对应的最高优先级流465的调制和编码方案。每个AMC块420可操作于接收MC控制信号475和对应的最高优先级流465，以及将由MC控制信号475标识的调制和编码方案应用于最高优先级流465，以生成经过编码的流480。

预编码器425的每个预编码向量块430可操作于接收预编码矩阵信号470和经过编码的流480之一。每个预编码向量块430还可操作于将来自由预编码矩阵信号470提供或标识的预编码矩阵的预编码向量应用于经过编码的流480，以生成多个预编码的向量信号485。每个求和器435可操作于从每个预编码向量块430接收预编码的向量信号485，且通过对预编码的向量信号485求和来生成预编码器输出信号490。

预编码器425包括单式预编码器(unitary pre-coder)。例如，对于一个实施例，预编码向量块430可以可操作于应用基于以下公式确定的预编码向量：

$e_m^{\left(g\right)}=\frac{1}{\sqrt{M}}{\left[\begin{array}{ccc}{w}_{0m}^{\left(g\right)}& ...& w_{(M-1)m}^{\left(g\right)}\end{array}\right]}^T,$

$w_{\mathrm{nm}}^{\left(g\right)}=\exp \left\{j\frac{2\mathrm{\πn}}{M}(m+\frac{g}{G})\right\}.$

对于具体实施例的具体例子，可以提供两个传输天线(M＝2)和两个可能的用户组455(G＝2)。对于该例子，可以如下定义矩阵的预编码器组：

$\{E_0=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],E_1=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ j& -j\end{array}\right]\}.$

对于另一具体例子，可以提供四个传输天线(M＝4)和两个可能的用户组455(G＝2)。对于该例子，可以如下定义矩阵的预编码器组：

$E_0=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& e^{\mathrm{j\π}/2}& e^{\mathrm{j\π}}& e^{j3\mathrm{\π}/2}\\ 1& e^{\mathrm{j\π}}& e^{j2\mathrm{\π}}& e^{j3\mathrm{\π}}\\ 1& e^{j3\mathrm{\π}/2}& e^{j3\mathrm{\π}}& e^{j9\mathrm{\π}/2}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& j& -1& -j\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& -j& -1& j\end{array}\right]$

$E_1=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ e^{\mathrm{j\π}/4}& e^{j3\mathrm{\π}/4}& e^{j5\mathrm{\π}/4}& e^{j7\mathrm{\π}/4}\\ e^{\mathrm{j\π}/2}& e^{j3\mathrm{\π}/2}& e^{j5\mathrm{\π}/4}& e^{j7\mathrm{\π}/2}\\ e^{j3\mathrm{\π}/4}& e^{j9\mathrm{\π}/4}& e^{j15\mathrm{\π}/4}& e^{j21\mathrm{\π}/4}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{4}}\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ \frac{1}{\sqrt{2}}(1+j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(-1+j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(-1-j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(1-j)\\ j& -j& j& -j\\ \frac{1}{\sqrt{2}}(-1+j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(1+j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(1-j)& \frac{1}{\sqrt{2}}(-1-j)\end{array}\right].$

对于图4所示的更通常的实施例，如下定义预编码器矩阵的组：

E＝{E⁽⁰⁾...E^(G-1)}

其中，

是第g个预编码矩阵，且e_m ^(g)是在该组中的第m个预编码向量。对于该实施例，每个订户站111的CQI计算器310可操作于计算在该组E中的每个矩阵中的每个向量的CQI值。通过选择G的适当值，并决定将被包括在由每个调度数据报告器320报告的调度数据中的信息量，可以在反馈开销的量与在基站102处的调度灵活性之间进行折衷(trade off)。

例如，对于最大灵活性，调度数据可以包括用于在组E中的每个矩阵的每个CQI值，导致用于每个订户站111-116的总共GM个CQI值。对于最低开销，调度数据可以仅包括最佳CQI值和对应的向量标识符，除了实际CQI值，其还将使用每订户站111-116的log₂(GM)比特。该实施例将支持仅受限制的SDMA的情况，因为在一个具体波束上调度每个用户。当在时间-频率单位上调度用户时，这还支持仅传输波束形成的情况。对于SDM和SDMA的混合，调度数据可以包括与由预编码矩阵选择器315选择的优选预编码矩阵相对应的M个CQI值。将理解，调度数据可以包括基于整个系统的期望的设置的任何其他适当的数据。

图5是图示根据本公开的一个实施例的、用于生成在订户站111中的调度数据的方法500的流程图。一开始，等级选择器305选择等级以最大化订户站111的容量(处理步骤505)。然后CQI计算器310基于所选等级对每个虚拟天线计算CQI(处理步骤510)。然后，预编码矩阵-选择器315基于所计算的CQI来选择优选预编码矩阵(处理步骤515)。

如果不静态地设置多用户模式(处理步骤520)，则在调度数据中包括多个CQI、其对应的预编码向量标识符和所选等级(处理步骤525)。但是，如果静态地设置多用户模式(处理步骤520)，则在调度数据中包括最大CQI、其对应的预编码向量标识符和所选等级(处理步骤530)。然后，调度数据报告器320向给订户站111提供服务的基站102报告该调度数据(处理步骤535)。

以此方式，订户站111可以请求基站102在具体数量的天线上传输以最大化订户站111的容量。例如，订户站111可以报告低等级以请求从单个天线传输，其最大化功率，或者可以报告高等级以请求从多个或所有天线传输，其增加数据速率。

因此，对于该实施例，订户站111报告最佳CQI、以及要被首先解码的码字、即当MU-模式有效时不能从SIC受益的码字的预编码器虚拟天线标识符。在MU模式中，这是可以被调度到该订户站111的唯一的码字。在SU模式中，订户站111报告M个CQI值，一个CQI值用于M个码字中的每个。

在另一实施方式中，订户站111仅必须报告单个CQI，其中，所有M个码字将使用相同的链路适应，且码字跨天线交织以便所有码字能实现平均的容量。这些码字所有都可以被独立CRC编码且所有都能够从非线性SIC处理受益。

图6是图示根据本公开的一个实施例的、基于在包括图4所示的调制器205的基站102中的等级来调度订户站111-116的方法600的流程图。一开始，控制器405从多个订户站111-116或用户接收调度数据440(处理步骤605)。基站102基于相称的合理准则或其他适当的选择算法来选择最佳用户(处理步骤610)。如果所选用户是低等级用户，则不需要进一步的处理，且方法结束。但是，如果所选用户是高等级用户，则方法继续。

如果基站102已经选择了单用户(SU)模式而不是多用户(MU)模式(处理步骤620)，则基站102调度所选用户(处理步骤625)。对于一个实施例，基站102可以基于是期望峰值数据速率的增加还是期望总数据速率的增加来选择SU模式或MU模式。对于具体实施例，基站102可以基于有效缓冲器的数量和/或基于由用户报告的CQI来进行确定。

如果基站102已经选择了MU模式而不是SU模式(处理步骤620)，则用户分组器410基于在调度数据440中标识的用户的优选预编码矩阵，将用户流450分组到用户组455(处理步骤630)。然后，调度器415选择最高优先级组(处理步骤635)和最高优先级流465或用于最高优先级组中的最高优先级用户的码字(处理步骤640)。对于具体实施例，调度器415可以对于下一可用码字选择报告了该码字的最高优先级的用户。然后，任何随后的用户将必须在要被考虑用于调度的问候(complimenting)预编码索引(index)上(向先前已经被调度的码字)报告。取决于调度器415的设计，基站102可以向不同的用户或相同的用户调度独立数据的上至M个码字。

每个AMC块420将调制和编码应用于所选码字465，以生成被编码的流480(处理步骤645)。预编码器425基于最高优先级用户组的优选预编码矩阵来将预编码应用于经过编码的流480(处理步骤650)。然后，可以为码字提供额外的处理，如上面结合图2A所述(处理步骤655)。然后，基站102向所选组中的最高优先级用户或订户站111-116传输处理后的码字(处理步骤660)。

以此方式，基站102以最大化系统容量的方式(合理限制贪婪(fairness-constrained greedy method)方法)来调度用户。调度器415得知，利用许多全缓冲器MU模式将最大化系统容量以及利用少量的用户SU模式将最大化系统容量。

另外，无线网络100的该实施方式的特征包括预先确定的多组单式预编码，和由在单式预编码选择中的自由度提供的在空间域中的多用户分集增益。而且，利用部分反馈，用户能够报告优选的单式预编码(即优选预编码矩阵)。利用全反馈，用户能够报告对应于所有单式预编码的所有CQI。为了支持闭环波束形成，用户可以报告在优选单式预编码中的优选波束(即优选预编码向量以及优选预编码矩阵)。

另外，使用从用户反馈的空间信道信息，基站102可以选择相关的单式预编码。由于即使在相同的时间-频率资源中也可以调度多个用户，且由于用户被分配了不同波束，因此该途径实现了SDMA。由于可以在相同的时间-频率资源中调度单个用户的多个码字，因此该途径还实现了SDM。当在单个波束中传输单个用户的单个码字时，该途径还进行闭环波束形成。

图7是图示根据本公开的一个实施例的从诸如基站102的发射机200到诸如订户站111的接收机250通信数据的方法700的流程图。一开始，接收机250从发射机200接收帧(处理步骤705)。对于该具体例子，该帧包括两个码字：码字1和码字2。但是，将理解该帧可以包括不脱离本公开的范围的任何适当的数量的码字。另外，在该实施例中的每个码字具有其自身的HARQ信道。

接收机250解码对应于在帧中的最强码字的码字1(处理步骤710)。然后，接收机250试图通过校验码字1的CRC来验证经过解码的码字1的准确性(处理步骤715)。如果CRC1不正确(处理步骤715)，接收机250向发射机200发送两个码字的否定确认(NACK)消息(处理步骤720)。这是因为由于没有成功地解码码字1，接收机250假设比码字1还弱的码字2也将不被成功地解码。当接收到NACK消息时，发射机200使用HARQ消息来为每个码字使用较强天线从发射机200向接收机250重新传输两个码字：码字1和码字2(处理步骤725)。

一旦由成功的CRC校验验证了码字1(处理步骤715)，接收机250就向发射机200发送码字1的确认(ACK)消息(处理步骤730)。然后，接收机250从所接收的帧中消除重构的码字1信号(处理步骤735)。

接收机250接下来解码码字2(处理步骤740)。然后，接收机250试图通过校验码字2的CRC来验证经过解码的码字2的准确性(处理步骤745)。如果CRC2不正确(处理步骤745)，接收机250向发射机200发送码字2的NACK消息(处理步骤750)。当接收到NACK消息时，发射机200使用HARQ消息来在较强的天线上传输新的码字1(由于旧的码字2已经被成功解码)并重新传输码字2(处理步骤755)。

一旦由成功的CRC校验验证了码字2(处理步骤745)，接收机250向发射机200发送码字2的ACK消息(处理步骤760)。当接收到ACK消息时，发射机200从发射机200向接收机250传输两个新的码字(处理步骤765)。

依此方式，可以与MIMO系统一起使用HARQ消息来增加吞吐量(throughput)。使用HARQ消息允许码字以最低可能的功率传输，以增加效率。另外，当成功地解码第一码字而不成功地解码第二码字时，发射机200不需要利用第二码字重新传输第一码字。因为利用重新传输的第二码字传输新的码字，因此不在重复的传输上浪费资源。

虽然已经用示范实施例描述了本公开，但可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开意图包括落入所附权利要求的范围内的这种改变和修改。

Claims (16)

1.在包括多个订户站和能够给所述订户站提供服务的基站的无线网络中，一种订户站包括：

等级选择器，可操作于基于容量最大化公式选择用于所述订户站的等级，所述等级可操作于标识用于从所述基站向所述订户站传输数据流的天线的数量；

调度数据报告器，可操作于向所述基站报告调度数据，所述调度数据包括所述等级；以及

信道质量指示符(CQI)计算器，其可操作于基于所述等级来计算从所述基站的每个天线接收的多个码字中的每个的CQI，所述调度数据还包括至少一个CQI，

其中，如果不静态地设置多用户模式，则所述调度数据包括多个CQI，如果静态地设置多用户模式，则所述调度数据包括最大CQI，以及

其中，所述容量最大化公式包括不等式log₂(1+SINR_MRC)＜∑_ilog₂(1+SINR_MMSE_i)，其中SINR_MRC表示在最大比率组合之后的信号与干扰加噪声比(SINR)，SINR_MMSE_i表示来自第i个虚拟天线的在最小均方误差组合之后的SINR，所述等级选择器可操作于当满足所述不等式时选择高的等级，且当不满足所述不等式时选择低的等级。

2.如权利要求1所述的订户站，所述等级选择器可操作于选择低和高之一作为所述订户站的等级。

3.如权利要求2所述的订户站，

用于从所述基站向由低的等级标识的所述订户站传输数据流的天线的数量包括一个；以及

用于从所述基站向由高的等级标识的所述订户站传输数据流的天线的数量包括M，M包括可用于从所述基站传输数据流的天线的最大数量。

4.如权利要求1所述的订户站，所述等级选择器可操作于对于具体数量的传输时间间隔(TTI)的每个选择所述等级一次。

5.如权利要求1所述的订户站，还包括预编码矩阵选择器，其可操作于从所述订户站的一组预编码矩阵选择优选的预编码矩阵，所述调度数据还包括所述优选的预编码矩阵。

6.如权利要求1所述的订户站，所述调度数据报告器可操作于当所述基站操作于多用户模式时报告包括第一组数据的调度数据，并当所述基站操作于单用户模式时报告包括第二组数据的调度数据。

7.如权利要求1所述的订户站，所述调度数据报告器可操作于使用显式的等级选择报告和隐式的等级选择报告之一来报告调度数据。

8.如权利要求1所述的订户站，所述订户站可操作于使用混合自动重复请求(HARQ)消息来解码从所述基站接收的帧。

9.一种用于在MIMO系统中基于用户确定的等级来调度基站中的用户的方法，包括：

从多个用户的每个接收调度数据，每个用户的所述调度数据包括至少一个信道质量指示符(CQI)、等级和优选的预编码矩阵，其中，如果不静态地设置多用户模式，则所述调度数据包括多个CQI，如果静态地设置多用户模式，则所述调度数据包括最大CQI；以及

基于所述调度数据来调度所述用户，

其中基于容量最大化公式来选择所述等级，所述容量最大化公式包括不等式log₂(1+SINR_MRC)＜∑log₂(1+SINR_MMSE_i)，其中SINR_MRC表示在最大比率组合之后的信号与干扰加噪声比(SINR)，SINR_MMSE_i表示来自第i个虚拟天线的在最小均方误差组合之后的SINR，所述等级选择器可操作于当满足所述不等式时选择高的等级，且当不满足所述不等式时选择低的等级。

10.如权利要求9所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户包括将所述用户分组为用户组，每个用户组包括相同的优选的预编码矩阵。

11.如权利要求10所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户还包括：

选择最高优先级用户组；

选择在所述最高优先级用户组中的具体数量的最高优先级用户；以及

调度在所述最高优先级用户组中的所述具体数量的最高优先级用户。

12.如权利要求11所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户还包括将调制和编码应用于每个所述最高优先级用户的码字。

13.如权利要求

所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户还包括基于用于所述最高优先级用户组的所述优选的预编码矩阵来将预编码应用于被调制和被编码的码字。

14.如权利要求9所述的方法，还包括基于所述调度数据来确定是否在多用户模式和单用户模式之一中操作。

15.如权利要求14所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户包括当操作于单用户模式中时调度最佳用户。

16.如权利要求14所述的方法，基于所述调度数据来调度所述用户包括当操作于多用户模式中时调度最高优先级组的用户，所述最高优先级组的用户包括相同的优选的预编码矩阵。

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