[发明专利]一种基于多输入-多输出多用户快速调度的无线数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多输入-多输出多用户快速调度的无线数据传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在无线通信链路的两端使用空间分开的多根天线的MIMO系统，可以在点对点通信中获得空间分集增益以提高传输的可靠性，或者获得空分复用增益以提高频谱效率。具体体现在：(1)空间分集主要用于抗多径衰落，对于一个具有N根接收天线和M根发射天线的MIMO系统，假设不同天线对之间的信道服从独立同分布的Rayleigh衰落，应用空时编码可以获得NM的分集度。因此即使在非常复杂的传播环境下，MIMO系统也可以实现数据流的高质量传输。(2)空分复用主要用于提高传输速率，在独立信道的假设条件下MIMO系统的容量随min{N，M}线性增长。此外，通过多个无线节点构成的虚拟MIMO技术还可广泛应用于无线传感器网络和Mesh网络等环境。

MIMO技术的以上突出优点使其成为无线通信发展的必然方向，是新一代高速移动网、固定宽带无线接入(BWA)网的关键技术，已经成为IEEE 802.16(WiMAX)和IEEE 802.11n的可选技术，是新一代无线通信系统(4G、5G)倍受青睐的研究方向。

MIMO多用户分集技术考虑数据业务的特点，采用高效的用户调度机制，可以大幅度提高接入网在高密度用户条件下的频谱效率。尽管MIMO系统在单用户情形下可以通过增加天线数来提高系统的容量，然而增加天线将使系统的成本、功耗等大幅度上升。此外，实际的通信系统，通常是由许多用户构成的多用户系统，需要考虑如何减小用户之间的干扰、如何合理地在用户间分配有限的无线资源。

在由AP(或基站)和多个移动用户构成的点对多点数据通信链路中，由于无线信道的随机波动性，它们到基站的信道随时间的衰落相互独立，考虑到数据业务对有限时延不敏感的特点，在媒介控制层置入一个数据包调度器，在每个时隙根据每个用户到AP之间的信道状态信息(CSI)，采用合适的调度策略把共享的无线资源分配给信道质量最好的一个或一组用户，可以大幅度提高MIMO多用户系统的吞吐量，从而获得多用户调度增益——多用户分集增益(MUD)。此外，通过设计适当的系统结构、引入发射端预处理等措施，可以人为地增大信道衰落的幅度和变化速率，进一步提高多用户分集增益。

综上所述，在接入网系统中采用MIMO多用户分集技术可以在不增加天线及相关硬件的投入的情况下，大幅度提高系统在多用户条件下的吞吐量，具有无需额外的发射功率、无需占用过多的带宽资源、对各种传输技术的适应性强且使用灵活等优点，可直接用于WIMAX、TD-SCDMA等3G标准及其LTE演进版本，已经成为新一代无线通信系统的研究热点。

为了获得多用户分集增益，需要在每个时隙选择(调度)合适的用户参与传输。目前的调度算法主要分为单用户调度和多用户调度。

(1)单用户调度，在每个时隙只调度一个用户参与传输。相关调度算法主要有以下几种：

①贪婪调度方法，在每个时隙选择信道条件最好的用户参与传输。该算法选出的用户通常具有最佳接收的信噪比，可以获得最高的系统吞吐量。但是那些距离基站较远的用户可能始终没有接入的机会，因此该方法没有考虑用户的公平性。

②比例公平调度方法，在每个时隙选择瞬时信噪比和平均信噪比的比值最大的用户参与传输。该算法选出的用户通常处于自己一段时间以来最好的信道条件(不考虑和其它用户做比较)，因此该方法充分考虑到用户所处位置对接入的影响，可以获得最佳的用户公平性。但系统吞吐量有所下降。

(2)多用户调度，在每个时隙调度多个用户同时参与传输。相关调度方法主要为穷举搜索法。设有K个用户希望接入，系统支持同时供n个用户同时传输，则穷举搜索法需要遍历所有的种组合。当参与调度的用户数K和选中的用户数k增加时，系统调度的计算量会大幅度增加为Ο(K^k)，一方面使得系统开销过高而无法承受，另一方面导致处理延时增加，以至于调度速度无法赶上信道的变化，进而降低所获得的多用户分集增益，并可能导致错误调度。

可见，基于现有的MIMO多用户分集技术采用的穷举搜索调度算法来进行多用户数据传输，面临复杂度随参与调度用户数增长过快的问题。

发明内容

本发明的目的是弥补上述技术缺陷，降低调度算法复杂度，提供一种基于多输入-多输出(MIMO)多用户快速调度的无线数据传输方法，适用于MIMO、虚拟MIMO及采用相关技术的移动通信网、MESH网络、无线传感器网络等无线数据通信环境。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：