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CN108282201B - 一种用户终端调度方法及装置、通信系统 - Google Patents

一种用户终端调度方法及装置、通信系统 Download PDF

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CN108282201B CN201710007871.XA CN201710007871A CN108282201B CN 108282201 B CN108282201 B CN 108282201B CN 201710007871 A CN201710007871 A CN 201710007871A CN 108282201 B CN108282201 B CN 108282201B
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Abstract

本发明实施例提供了一种用户终端调度方法及装置、通信系统；该方法包括：获取待调度用户终端的下行信道估计信息；根据下行信道估计信息及当前基站各波束域空间的空间属性，将待调度用户终端映射到各波束域空间，获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；根据待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，对待调度用户终端在各波束域空间进行调度；获取待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据权值信息进行下行数据传输。本发明利用三维信道的空间稀疏性，将用户下行信道映射到不同的波束域空间中，可充分利用三维信道的空间自由度，实现对用户在空间域上的较精确分离，显著提升系统吞吐量。

Description

一种用户终端调度方法及装置、通信系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用户终端调度方法及装置、通信系统。
背景技术
3D MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出系统)技术通过基站端配置有源阵列天线的方式，在现有二维信道模型的基础上引入了垂直维度的信息，突破了常规MIMO固定下倾角的限制，在传统MIMO水平维自由度的基础上，引入了额外的垂直维自由度，提高了空域资源的利用率，为进一步提升系统容量提供了可能。因此，适用于3DMIMO系统的多用户调度及预编码方法是3D MIMO的研究重点。
发明内容
本发明实施例提供了一种用户终端调度方法及装置、通信系统，以提供一种适用于3D MIMO系统的多用户调度方法。
一方面，提供了一种用户终端调度方法，包括：
获取待调度用户终端的下行信道估计信息；
根据下行信道估计信息及当前基站各波束域空间的空间属性，将待调度用户终端映射到各波束域空间，获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
根据待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，对待调度用户终端在各波束域空间进行调度；
获取待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据权值信息进行下行数据传输。
一方面，提供了一种用户终端调度装置，包括：计算模块及调度模块，其中，
计算模块用于获取待调度用户终端的下行信道估计信息；根据下行信道估计信息及当前基站各波束域空间的空间属性，将待调度用户终端映射到各波束域空间，获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
调度模块用于根据待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，对待调度用户终端在各波束域空间进行调度；获取待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据权值信息进行下行数据传输。
一方面，提供了一种通信系统，包括基站，基站设置有源天线平面阵列，基站还包括本发明实施例提供的用户终端调度装置。
另一方面，提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行前述的用户终端调度方法。
本发明实施例的有益效果：
本发明实施例提供了一种用户终端调度方法，该方法基于三维信道特性，利用三维信道的空间稀疏性，将用户下行信道映射到不同的波束域空间中，基于门限确定波束域方向，可充分利用三维信道的空间自由度，实现对用户在空间域上的较精确分离，然后基站通过用户长时反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，确定调度用户集合，本发明可以充分利用三维信道的空间自由度，并以低复杂度低反馈开销的调度算法，显著提升系统吞吐量。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的用户终端调度方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提供的用户终端调度装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例涉及的通信系统的组网示意图；
图4为本发明第三实施例涉及的终端调度流程示意图；
图5为本发明第三实施例涉及的不同门限值时吞吐量仿真示意图；
图6为本发明第三实施例涉及的不同算法时吞吐量仿真示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。
第一实施例：
图1为本发明第一实施例提供的用户终端调度方法的流程图，由图1可知，本实施例提供的用户终端调度方法包括：
S101：获取待调度用户终端的下行信道估计信息；
S102：根据下行信道估计信息及当前基站各波束域空间的空间属性，将待调度用户终端映射到各波束域空间，获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
S103：根据待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，对待调度用户终端在各波束域空间进行调度；
S104：获取待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据权值信息进行下行数据传输。
一些实施例中，上述实施例中的用户终端调度方法在获取待调度用户终端的下行信道估计信息之前，还包括：
获取当前基站的系统模型，系统模型包括基站的有源天线平面阵列在水平及垂直方向上的天线阵子数目分别为Nh个和Nv个，小区内有K个待调度用户终端，其中每个用户终端有Nr根天线，各用户终端k(1≤k≤K)的下行信道矩阵为
Figure BDA0001203681990000031
发射相关矩阵为
Figure BDA0001203681990000032
根据及系统模型，构建波束域映射矩阵，当前基站包括N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵，其中Naz和Nel分别为水平和垂直波束域映射矩阵数目。
一些实施例中，上述实施例中的获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果包括：
计算用户终端k在第n个波束域映射矩阵上的权值向量
Figure BDA0001203681990000041
其中，ai为
Figure BDA0001203681990000042
中的第i个元素；
计算
Figure BDA0001203681990000043
中元素之和所占比重不小于η(0＜η≤1)的最小元素个数
Figure BDA0001203681990000044
，其中，
Figure BDA0001203681990000045
表示所选元素在
Figure BDA0001203681990000046
中的位置的集合，M为所选元素的个数；
将用户终端k在第n个波束域空间上选取
Figure BDA0001203681990000047
所表示的波束后，估计其信干比；
Figure BDA0001203681990000048
估计其在无噪声时的容量
Figure BDA0001203681990000049
计算用户终端k在每个选取的波束方向上的平均容量
Figure BDA00012036819900000410
建立集合
Figure BDA00012036819900000411
为所有用户选取第n个波束域空间时的波束平均容量，建立集合C＝{C1 C2 … CN} 为所有用户在所有波束方向上的波束平均容量。
一些实施例中，上述实施例中的对待调度用户终端在各波束域空间进行调度包括：
搜索集合C中的最大元素
Figure BDA00012036819900000412
即用户p在第m个波束域空间上的波束平均容量；
将用户终端p加入第m个波束域空间的调度用户集合Km＝Km∪{p}；
将集合C中所有关于用户终端p的元素删除，搜索在第m个波束域空间上和用户终端p所选波束存在相同的用户，并从集合C中的子集Cm中删除与之相关的元素。
一些实施例中，上述实施例中的根据权值信息进行下行数据传输包括：
针对同一波束域空间中的用户终端，采用同一时频资源进行传输；
针对不同波束域空间中的调度用户，采用没有重叠的时频资源进行传输。
第二实施例：
图2为本发明第二实施例提供的用户终端调度装置的结构示意图，由图 2可知，本实施例提供的用户终端调度装置包括：计算模块21及调度模块 22，其中，
计算模块21用于获取待调度用户终端的下行信道估计信息；根据下行信道估计信息及当前基站各波束域空间的空间属性，将待调度用户终端映射到各波束域空间，获得待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
调度模块22用于根据待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，对待调度用户终端在各波束域空间进行调度；获取待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据权值信息进行下行数据传输。
如图2所示，在一些实施例中，上述实施例中的用户终端调度装置还包括建模模块23，用于在获取待调度用户终端的下行信道估计信息之前，获取当前基站的系统模型，系统模型包括基站的有源天线平面阵列在水平及垂直方向上的天线阵子数目分别为Nh个和Nv个，小区内有K个待调度用户终端，其中每个用户终端有Nr根天线，各用户终端k(1≤k≤K)的下行信道矩阵为
Figure BDA0001203681990000051
发射相关矩阵为
Figure BDA0001203681990000052
根据及系统模型，构建波束域映射矩阵，当前基站包括N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵，其中Naz和Nel分别为水平和垂直波束域映射矩阵数目。
在一些实施例中，上述实施例中的计算模块21用于：
计算用户终端k在第n个波束域映射矩阵上的权值向量
Figure BDA0001203681990000053
其中，ai为
Figure BDA0001203681990000054
中的第i个元素；
计算
Figure BDA0001203681990000055
中元素之和所占比重不小于η(0＜η≤1)的最小元素个数
Figure BDA0001203681990000061
，其中，
Figure BDA0001203681990000062
表示所选元素在
Figure BDA0001203681990000063
中的位置的集合，M为所选元素的个数；
将用户终端k在第n个波束域空间上选取
Figure BDA0001203681990000064
所表示的波束后，估计其信干比；
Figure BDA0001203681990000065
估计其在无噪声时的容量
Figure BDA0001203681990000066
计算用户终端k在每个选取的波束方向上的平均容量
Figure BDA0001203681990000067
建立集合
Figure BDA0001203681990000068
为所有用户选取第n个波束域空间时的波束平均容量，建立集合C＝{C1 C2 … CN} 为所有用户在所有波束方向上的波束平均容量。
在一些实施例中，上述实施例中的调度模块22用于：
搜索集合C中的最大元素
Figure BDA0001203681990000069
即用户p在第m个波束域空间上的波束平均容量；将用户终端p加入第m个波束域空间的调度用户集合 Km＝Km∪{p}；
将集合C中所有关于用户终端p的元素删除，搜索在第m个波束域空间上和用户终端p所选波束存在相同的用户，并从集合C中的子集Cm中删除与之相关的元素。
在一些实施例中，上述实施例中的调度模块22用于针对同一波束域空间中的用户终端，采用同一时频资源进行传输；针对不同波束域空间中的调度用户，采用没有重叠的时频资源进行传输。
对应的，本发明实施例还提供了一种通信系统，包括基站，基站设置有源天线平面阵列，基站还包括如图2所示的用户终端调度装置。
在实际应用中，图2所示实施例中的所有功能模块，都可以采用处理器、编辑逻辑器件等方式实现。
第三实施例：
现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。
本实施例以简单的FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)通信系统为例进行说明。
图3是FDD通信系统的简单示意图，3D MIMO系统通过基站配置有源天线平面阵列，可以充分利用多天线提供的水平和垂直空间自由度，从而将波束精确指向服务用户，进而减小多用户下行传输时的用户间干扰。但是，多用户下行传输需要基站获取所有待服务用户的信道信息，在FDD系统下，特别是基站配置大量天线时，用户的反馈开销会大大增加，因此，FDD下的三维多用户下行传输是3D MIMO中重要的研究方向。
本实施例公开了一种FDD系统下的三维多用户调度及传输方法，通过利用三维信道的空间稀疏性，将用户下行信道映射到不同的波束域空间中，基站通过反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，并通过下行预编码设计，实现多用户下行传输，相比于现有的三维多用户传输方案，本方案显著提升了系统吞吐量性能。
具体的，本实施例基于三维信道特性，首先通过多个波束域空间的构造，实现对三维信道空域信息的精细划分，且每个波束域空间中的波束相互正交，可作为发送方向用于下行预编码；其次通过利用三维信道的空间稀疏性，将用户下行信道映射到不同的波束域空间中，基于门限确定波束域方向，可充分利用三维信道的空间自由度，实现对用户在空间域上的较精确分离，然后基站通过用户长时反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，确定调度用户集合；再次，基于当前信道矩阵，通过瞬时反馈的波束域权值信息，对选定的波束域方向进行实时的线性合并，可使信号更加集中的指向用户。本实施例采用长时反馈和瞬时反馈相结合的反馈策略，可以充分利用三维信道的空间自由度，并以低复杂度低反馈开销的调度及预编码算法，显著提升系统吞吐量。
如图4所示，本实施例采用的技术方案包括以下步骤：
(1)系统模型：本发明考虑由单小区多用户通信系统。假设基站为有源天线平面阵列，水平及垂直方向上的天线阵子数目分别为Nh个和Nv个，则基站天线总数目为Nt＝Nh×Nv个，小区内有K个待服务用户，其中每个用户有Nr根天线。每个待服务用户通过信道估计获得其下行信道状态信息，其中用户k(1≤k≤K)的下行信道矩阵为
Figure BDA0001203681990000081
发射相关矩阵为
Figure BDA0001203681990000082
(2)构造波束域映射矩阵：假设系统中一共设计了N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵，其中Naz和Nel分别为水平和垂直波束域映射矩阵数目。其生成过程如下：
2a)采用大小为Nh×Nh的正交DFT矩阵经过角度旋转得到Naz个水平波束域映射矩阵：
Figure BDA0001203681990000083
其中，
Figure BDA0001203681990000084
为第i个水平波束域映射矩阵，Vi为其旋转矩阵如下：
Figure BDA0001203681990000085
其中，diag(·)为取矩阵对角元素形成的向量，
Figure BDA0001203681990000086
为原始DFT 矩阵，其矩阵第m列为：
Figure BDA0001203681990000087
2b)类似于水平方向，垂直方向上采用大小为Nv×Nv的正交DFT矩阵经过角度旋转得到Nel个垂直波束域映射矩阵
Figure BDA0001203681990000088
2c)通过直积构造N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵
B＝{B1 B2 … BN}
Figure BDA0001203681990000089
其中，
Figure BDA0001203681990000091
表示矩阵直积，Bn为第n个波束域映射矩阵，对应第n个所含波束方向均相互正交的波束域空间，其每一列对应一个波束方向。
(3)三维信道信息的波束域映射：以用户k在第n个波束域空间上的操作为例。
3a)用户k在第n个波束域映射矩阵上的权值向量为
Figure BDA0001203681990000092
其中，ai为
Figure BDA0001203681990000093
中的第i个元素。
3b)以η(0＜η≤1)为门限，计算用户k在第n个波束域空间中所选取的波束方向，即计算
Figure BDA0001203681990000094
中元素之和所占比重不小于η的最小元素个数：
Figure BDA0001203681990000095
其中，
Figure BDA0001203681990000096
表示所选元素在
Figure BDA0001203681990000097
中的位置的集合，M为所选元素的个数，用户将
Figure BDA0001203681990000098
作为长时PMI反馈至基站。
3c)用户k在第n个波束域空间上选取
Figure BDA0001203681990000099
所表示的波束后，估计其信干比如下：
Figure BDA00012036819900000910
进而估计其在无噪声时的容量为
Figure BDA00012036819900000911
则在每个选取的波束方向上的平均容量为
Figure BDA00012036819900000912
将
Figure BDA00012036819900000913
作为CQI反馈至基站，并建立集合
Figure BDA00012036819900000914
为所有用户选取第n个波束域空间时的波束平均容量，建立集合C＝{C1 C2 … CN}为所有用户在所有波束方向上的波束平均容量。
(4)用户调度：用户调度方法基于最大化波束平均容量的贪婪算法设计，假设
Figure BDA00012036819900000915
为第n个波束域空间上的初始调度用户集合，则具体步骤如下：
4a)基站搜索集合C中的最大元素，假设为
Figure BDA0001203681990000101
即用户p在第m个波束域空间上的波束平均容量；
4b)将用户p加入第m个波束域空间的调度用户集合
Km＝Km∪{p} (10)
4c)将集合C中所有关于用户p的元素删除，即
Figure BDA0001203681990000102
4d)搜索在第m个波束域空间上和用户p所选波束存在相同的用户，并从集合C中的子集Cm中删除与之相关的元素，即
Figure BDA0001203681990000103
4e)若集合
Figure BDA0001203681990000104
则调度完成，否则，返回步骤4a)。
(5)下行传输：
对于同一波束域空间中的调度用户，采用同一资源时频资源进行传输，而不同波束域空间中的调度用户，采用正交资源没有重叠的时频资源进行传输。以第n个波束域空间中的传输为例：
假设用户k∈Kn，其所选波束方向可表示为
Figure BDA0001203681990000105
即Bn中的第
Figure BDA0001203681990000106
列，计算其在所选波束方向上的权值向量
Figure BDA0001203681990000107
Figure BDA0001203681990000108
其中，vk为对信道矩阵Hk进行奇异值分解后最大奇异值对应的右奇异向量。用户将
Figure BDA0001203681990000109
作为瞬时PMI反馈至基站，则最终用户k的下行预编码向量
Figure BDA00012036819900001010
为
Figure BDA00012036819900001011
其中||·||2表示向量求二范数。则最终用户k收到的信号为
Figure BDA00012036819900001012
其中，P为在此波束域空间上基站的总发射功率，L为调度的用户数，xi为基站向第i个用户发送的调制信号，nk为噪声向量。
本实施例的有益效果可以通过以下仿真和分析来进一步进行说明。按照表1设置的系统仿真参数如下：
表1基本仿真参数设定
Figure BDA0001203681990000111
图5为基站为8*4(水平*垂直)天线时不同门限值下的吞吐量性能图，以信噪比SNR＝10dB时的吞吐量性能为例，可以看出当小区内待调度用户数为50、100、200时，最佳门限值都0.6～0.7之间，这是因为，若门限值太小，则每个用户所选择的波束方向变少，从而使得干扰较大的波束方向被其他用户复用，信干噪比也随之降低，虽然每次可调度的用户数有所增加，但每个用户的频谱效率会随信干噪比降低而减小，从而导致吞吐量的下降；而若门限值太大，则每个用户所选择的波束方向变多，而系统可调度的正交波束方向总数是一定的(与基站天线数目相同)，从而使得每次可调度的用户数减少，从而导致总吞吐量的下降。另外，可以看出，随着可调度用户数的增加，系统性能会大大提高，这是因为可调度用户数的增加使得基站可以选择空间稀疏性更好的且波束平均容量更大的用户进行调度，从而提高了调度算法的性能。
图6为基站为8*4(水平*垂直)天线，小区用户数为100时，不同算法下吞吐量随信噪比变化的性能图。可以看出，本发明所提算法相比于理想反馈下的迫零算法性能有一定差距，但这是以极大的反馈开销为代价的，而相比于有限反馈的迫零算法(在这里，用两个8bits的DFT码本进行直积，形成16bits的直积DFT码本作为反馈码本)，性能则有所提升，这是因为本发明所提方案可以更好的利用三维信道的空间稀疏性，反馈更准确的信道信息进行调度。而申请号为201410531274.3的专利所提方案最适用于视距环境或用户所选波束方向为1的情况下，而当所选的波束方向大于1时，由于没有瞬时信道信息的反馈，导致多个波束间的权值无法准确获知，使得性能下降，该方案虽然反馈开销极小，但仅适用于视距环境或要求极低反馈开销的环境。本发明所提方案中，长时CQI反馈按照LTE标准进行，反馈开销为4bits，长时PMI反馈开销为波束域空间数量*用户所选波束数量*log2(Nt)，其中波束域空间数量的增多只是影响该用户被调度的概率，并不能提升系统性能，因此可设为1，而瞬时PMI的反馈开销与用户所选波束数量有关，当用户所选波束数量为1时，不需要瞬时PMI的反馈，当其大于1时，则反馈开销随之增加，在这里，反馈比特数设为与用户所选波束数量相同。
结合以上仿真结果和分析可以看出，本发明所提FDD系统下的基于信道稀疏性的三维多用户调度及传输方法，能够显著提升系统吞吐量性能。
综上可知，通过本发明实施例的实施，至少存在以下有益效果：
本发明实施例提供了一种用户终端调度方法，该方法基于三维信道特性，利用三维信道的空间稀疏性，将用户下行信道映射到不同的波束域空间中，基于门限确定波束域方向，可充分利用三维信道的空间自由度，实现对用户在空间域上的较精确分离，然后基站通过用户长时反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，确定调度用户集合，本发明可以充分利用三维信道的空间自由度，并以低复杂度低反馈开销的调度算法，显著提升系统吞吐量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种用户终端调度方法，包括：
获取待调度用户终端的下行信道估计信息；
基于三维信道特性，构造多个波束域空间，每个所述波束域空间中的波束相互正交；利用所述三维信道的空间稀疏性，将所述下行信道估计信息映射到不同的波束域空间中，得到所述待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
基于门限确定波束域方向，并通过用户长时反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，确定调度用户集合；
根据所述容量性能估计结果、所述波束域方向和所述调度用户集合对所述待调度用户终端在各波束域空间进行调度；
获取所述待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据所述权值信息进行下行数据传输；所述根据所述权值信息进行下行数据传输包括：针对同一波束域空间中的用户终端，采用同一时频资源进行传输；针对不同波束域空间中的调度用户，采用没有重叠的时频资源进行传输。
2.如权利要求1所述的用户终端调度方法，其特征在于，在获取待调度用户终端的下行信道估计信息之前，还包括：
获取当前基站的系统模型，所述系统模型包括基站的有源天线平面阵列在水平及垂直方向上的天线阵子数目分别为Nh个和Nv个，小区内有K个待调度用户终端，其中每个用户终端有Nr根天线，各用户终端k(1≤k≤K)的下行信道矩阵为
Figure FDA0003554116190000011
发射相关矩阵为
Figure FDA0003554116190000012
根据及所述系统模型，构建波束域映射矩阵，所述当前基站包括N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵，其中Naz和Nel分别为水平和垂直波束域映射矩阵数目。
3.如权利要求1或2所述的用户终端调度方法，其特征在于，所述利用所述三维信道的空间稀疏性，将所述下行信道估计信息映射到不同的波束域空间中，得到所述待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果，包括：
计算用户终端k在第n个波束域映射矩阵上的权值向量
Figure FDA0003554116190000021
其中，ai为
Figure FDA0003554116190000022
中的第i个元素，Nt为天线总数，Bn为第n个波束域映射矩阵；
计算
Figure FDA0003554116190000023
中元素之和所占比重不小于η(0<η≤1)的最小元素个数
Figure FDA0003554116190000024
其中，
Figure FDA0003554116190000025
表示所选元素在
Figure FDA0003554116190000026
中的位置的集合，M为所选元素的个数；
将用户终端k在第n个波束域空间上选取
Figure FDA0003554116190000027
所表示的波束后，估计其信干比
Figure FDA0003554116190000028
估计其在无噪声时的容量
Figure FDA0003554116190000029
计算用户终端k在每个选取的波束方向上的平均容量
Figure FDA00035541161900000210
建立集合
Figure FDA00035541161900000211
为所有用户选取第n个波束域空间时的波束平均容量，建立集合C＝{C1 C2…CN}为所有用户在所有波束方向上的波束平均容量。
4.如权利要求3所述的用户终端调度方法，其特征在于，所述根据所述容量性能估计结果、所述波束域方向和所述调度用户集合对所述待调度用户终端在各波束域空间进行调度，包括：
搜索集合C中的最大元素
Figure FDA00035541161900000212
即用户p在第m个波束域空间上的波束平均容量；
将用户终端p加入第m个波束域空间的调度用户集合Km＝Km∪{p}；
将集合C中所有关于用户终端p的元素删除，搜索在第m个波束域空间上和用户终端p所选波束存在相同的用户，并从集合C中的子集Cm中删除与之相关的元素。
5.一种用户终端调度装置，包括：计算模块及调度模块，其中，
所述计算模块用于获取待调度用户终端的下行信道估计信息；基于三维信道特性，构造多个波束域空间，每个所述波束域空间中的波束相互正交；利用所述三维信道的空间稀疏性，将所述下行信道估计信息映射到不同的波束域空间中，得到所述待调度用户终端在各波束域空间的容量性能估计结果；
所述调度模块用于基于门限确定波束域方向，并通过用户长时反馈的波束域信息，调度波束相互正交的用户，确定调度用户集合；根据所述容量性能估计结果、所述波束域方向和所述调度用户集合对所述待调度用户终端在各波束域空间进行调度；获取所述待调度用户终端在各波束域空间的权值信息，根据所述权值信息进行下行数据传输；所述根据所述权值信息进行下行数据传输包括：针对同一波束域空间中的用户终端，采用同一时频资源进行传输；针对不同波束域空间中的调度用户，采用没有重叠的时频资源进行传输。
6.如权利要求5所述的用户终端调度装置，其特征在于，还包括建模模块，用于在获取待调度用户终端的下行信道估计信息之前，获取当前基站的系统模型，所述系统模型包括基站的有源天线平面阵列在水平及垂直方向上的天线阵子数目分别为Nh个和Nv个，小区内有K个待调度用户终端，其中每个用户终端有Nr根天线，各用户终端k(1≤k≤K)的下行信道矩阵为
Figure FDA0003554116190000031
发射相关矩阵为
Figure FDA0003554116190000032
根据及所述系统模型，构建波束域映射矩阵，所述当前基站包括N＝Naz×Nel个波束域映射矩阵，其中Naz和Nel分别为水平和垂直波束域映射矩阵数目。
7.如权利要求5或6所述的用户终端调度装置，其特征在于，所述计算模块用于：
计算用户终端k在第n个波束域映射矩阵上的权值向量
Figure FDA0003554116190000041
其中，ai为
Figure FDA0003554116190000042
中的第i个元素，Nt为天线总数，Bn为第n个波束域映射矩阵；
计算
Figure FDA0003554116190000043
中元素之和所占比重不小于η(0<η≤1)的最小元素个数
Figure FDA0003554116190000044
其中，
Figure FDA0003554116190000045
表示所选元素在
Figure FDA0003554116190000046
中的位置的集合，M为所选元素的个数；
将用户终端k在第n个波束域空间上选取
Figure FDA0003554116190000047
所表示的波束后，估计其信干比
Figure FDA0003554116190000048
估计其在无噪声时的容量
Figure FDA0003554116190000049
计算用户终端k在每个选取的波束方向上的平均容量
Figure FDA00035541161900000410
建立集合
Figure FDA00035541161900000411
为所有用户选取第n个波束域空间时的波束平均容量，建立集合C＝{C1 C2…CN}为所有用户在所有波束方向上的波束平均容量。
8.如权利要求7所述的用户终端调度装置，其特征在于，所述调度模块用于搜索集合C中的最大元素
Figure FDA00035541161900000412
即用户p在第m个波束域空间上的波束平均容量；将用户终端p加入第m个波束域空间的调度用户集合Km＝Km∪{p}；将集合C中所有关于用户终端p的元素删除，搜索在第m个波束域空间上和用户终端p所选波束存在相同的用户，并从集合C中的子集Cm中删除与之相关的元素。
9.一种通信系统，包括基站，所述基站设置有源天线平面阵列，其特征在于，所述基站还包括如权利要求5至8任一项所述的用户终端调度装置。
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