CN101534507B - 物理资源的分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信系统中物理资源的分配方法、装置，其中，物理资源分配方法包括：检测指定范围内每个用户发送的导频信号，获得每个用户所发送导频信号的接收功率；根据上述接收功率进行用户调度，得到一个包括至少一个用户的用户分组；以及为该用户分组内的每个用户分配相同的物理资源。通过本发明所述的物理资源分配方法、装置以及数据接收方法和接收端，可以实现物理资源的重用，并且通过结合捕获效应以及干扰删除技术，可以逐个将占用相同物理资源的对应一组用户的数据包一一译码出来，从而大大提高上行链路以及下行链路的频谱利用率和吞吐量。

Description

物理资源的分配方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及无线通信系统中上行链路、下行链路物理资源的分配方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，无线通信系统的频谱资源也变得越来越紧张，因而，如何提高无线通信系统在上行链路和下行链路上的频谱资源利用率，进而提高无线通信系统上行链路和下行链路的吞吐量已经成为无线通信系统的热点问题之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了无线通信系统中物理资源的分配方法及装置，实现对无线通信系统物理资源的重用，提高无线通信系统的频谱利用率和吞吐量。

基于上述物理资源的分配方法，本发明还提供了无线通信系统中数据接收方法及接收端，实现在无线通信系统物理资源的重用的情况下，数据的正确接收。

本发明实施例所述的无线通信系统中物理资源的分配方法，包括：检测指定范围内每个用户发送的导频信号；获取所检测的每个用户所发送导频信号的接收功率；根据所述每个用户的接收功率进行用户调度得到一个由至少一个用户组合而成的用户分组；以及为所述用户分组中的每个用户分配相同的物理资源。

上述用户调度包括：将指定范围内的所有用户组成至少一个用户分组；根据每个用户的接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率；以及从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

根据本发明的一个实施例，上述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：将所有待调度用户任意两两组合为用户分组，并将所有待调度用户中具有最大接收功率的用户单独作为一个用户分组。

根据本发明的另一个实施例，上述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：将所有待调度用户中具有最大接收功率信号的用户单独作为一个用户分组，并将剩余用户分别与具有最大接收功率信号的用户组合成用户分组。

根据本发明的又一个实施例，上述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：计算所有待调度用户的比例公平PF度量，将所有待调度用户中具有最大PF度量的用户单独作为一个用户分组，其中，单个用户的PF度量定义为

其中，r代表该用户的瞬时吞吐量，

代表该用户的平均吞吐量；从所有待调度用户中生成多个由任意两个用户随机组合而成的组，计算各组的PF度量，从所有组中选择PF度量最大的组作为一个用户分组，其中，组的PF度量定义为

其中，r₁和r₂分别代表在此特定用户配对的条件下两个用户的瞬时吞吐量，

和

分别代表两个用户的平均吞吐量。

上述物理资源是占用同一频率时间资源的物理资源块PRB。

上述指定范围是由一个基站或两个以上分散配置的天线元所形成的服务区域。

上述方法进一步包括：

A，当基站接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的上行数据包所混成的第一信号后，对所接收的第一信号进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强用户的数据包；

B，如果所述第一信号包括两个以上用户的信号，则从所述第一信号中删除通过步骤A得到的所述数据包，生成第二信号；否则，结束；以及

C，对所述第二信号再次进行解调和译码操作，得到所述第二信号中接收功率最强的用户所的数据包，然后将所述第二信号作为新的第一信号并返回步骤B。

上述删除包括：调制译码出的数据包，再生接收功率最强的用户的发送信号；将所述再生的发送信号与该用户对应的信道冲击响应卷积，还原出在所述发送信号被发送时的信道环境下基站接收到的该用户的接收信号；以及从所述第一信号中减去上述还原出的接收信号。

在执行步骤B之前进一步包括：判断已经译码成功的数据包的个数是否满足喷泉译码的要求，如果不满足，则执行步骤B；如果满足，则译码成功的数据包进行喷泉译码，得到对应用户发送的整个数据帧，并根据数据包之间的相关性对之前译码失败的数据包重新进行译码，还原出正确的数据包，然后执行步骤B。

本发明实施例所述的无线通信系统中物理资源的分配装置，包括：

导频检测单元，用于检测指定范围内每个用户发送的导频信号，获取每个用户所发送导频信号的接收功率；

用户调度单元，用于根据所述接收功率进行用户调度，得到一个由至少一个用户组合而成的用户分组；以及

资源分配单元，用于为所述用户分组中的每个用户分配相同的物理资源。

上述用户调度单元包括：

分组模块，用于将指定范围内的所有用户组成至少一个用户分组；

信干噪比SINR估计模块，用于根据所述接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；

分组选择模块，用于根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率，并从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

上述物理资源的分配装置进一步包括：解调单元，用于当基站接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的上行数据包所混成的第一信号后，对所接收的第一信号进行解调和译码操作，得到其中功率最强的信号所对应用户发送的数据包；干扰删除单元，如果所述第一信号包括两个以上用户的信号，则从所述第一信号中删除由解调单元输出的所述数据包，生成第二信号，并将所述第二信号作为新的第一信号重新输入到解调单元。

上述物理资源的分配装置进一步包括：连接到所述解调单元和干扰删除单元之间的喷泉译码单元，用于对解调单元输出的数据包进行喷泉译码，得到该用户发送的整个数据帧，根据数据包之间的相关性对之前译码失败的数据包重新进行译码，还原出正确的数据包，并将所接收的数据包以及还原出的正确的数据包发送到干扰删除单元。

上述无线通信系统中的物理资源分配方法以及装置通过将一个基站覆盖范围或者两个以上天线元共同覆盖范围内的用户进行分组，并为每个组内的用户分配相同的物理资源，利用蜂窝系统里天然的远近效应和多载波系统中的频率选择性衰落进行用户的功率区分来实现物理频率重用，提高无线通信系统的频谱利用率和吞吐量。

上述无线通信系统中数据的接收方法和接收端通过结合捕获效应以及干扰删除技术，可以逐个将占用相同物理资源的对应一组用户的数据包一一译码出来，实现了物理资源的重用，从而大大提高了无线通信系统的频谱利用率和吞吐量。

除此之外，本发明的实施例中还具体给出了用户调度时选择用户配对及其调制编码方式的方法，用喷泉编码来辅助多用户间干扰删除的方法以及主动对用户进行精细功率控制来进一步提高系统上行的吞吐量的方法，从而可以进一步提高无线通信系统的频谱利用率和吞吐量。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明的实施例所述的上行链路物理资源的分配方法流程图；

图2为本发明实施例所述的一种Greedy调度的方法流程图；

图3为本发明实施例所述的另一种Greedy调度的方法流程图；

图4为本发明实施例所述的PF调度的方法流程图；

图5为本发明实施例所述的上行数据的接收方法流程图；

图6为本发明另一实施例所述的上行数据的接收方法流程图；

图7为本发明实施例所述的物理资源分配装置内部结构示意图；

图8为本发明实施例所述的接收端内部结构示意图；

图9为本发明另一实施例所述的接收端内部结构示意图；

图10为采用本发明实施例所述greedy调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系曲线比较示意图；

图11为采用本发明实施例所述PF调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系曲线比较示意图；

图12为采用本发明实施例所述greedy调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区内用户数的关系曲线比较示意图；

图13为采用本发明实施例所述PF调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区内用户数的关系曲线比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

已知在无线通信系统中即使多个无线数据包在同一时刻到达基站，也即多个无线数据包发生了碰撞，其中，若具有最大接收功率的无线数据包仍然满足基站的接收机对信干噪比（SINR）的要求，则基站仍然能够成功解调并译码具有最大接收功率的那个无线数据包。这是无线通信系统中自然存在的一种现象，又被称为捕获效应（Capture Effect），本发明就是充分利用了这种捕获效应实现上行链路和下行链路物理资源重用的。

图1显示了根据本发明实施例的上行链路物理资源的分配方法流程。如图1所示，本发明实施例所述的上行链路物理资源的分配方法主要包括：

步骤101：检测指定范围内所有用户的导频信号，得到每个用户的接收功率。

在本实施例所述上行链路物理资源的分配方法中，所述的指定范围是指一个基站所形成的服务区域。

步骤102：根据每个用户的接收功率进行用户调度，得到一个用户分组，该用户分组包括至少一个用户。

步骤103：为该用户分组中的每个用户分配相同的上行链路物理资源。

在本实施例中所述上行链路物理资源可以是在OFDM系统中由子载波和时隙定义的占用同一频率时间资源块的物理资源块（PRB，PhysicalResource Block），也可以是其他无线通信系统分配的物理资源。

通过上述步骤101-103，基站实现了上行链路物理资源的分配过程。这样，该用户分组内的用户将共享基站为该组用户分配的相同的上行链路物理资源，也就是说，该组内的用户将同时占用所分配的上行链路物理资源上发送上行数据包。

从上述过程可以看出，基站如何在步骤102根据每个用户的接收功率进行用户调度得到一个用户分组是本发明实施例的关键技术之一。在实际应用中，可以采用多种用户调度方法，例如Greedy调度或PF调度等对基站覆盖范围内的所有用户进行用户调度。然而，无论采用那种用户调度方法，均应当满足该用户分组内每个用户的信号满足捕获效应的要求，也就是说，对应每个信号，当将高于该信号接收功率的所有信号进行干扰删除后并将低于该信号接收功率的所有信号均视为噪声的情况下，该信号的信干噪比（SINR）仍可以大于接收端可以正确译码的门限，即满足算式（1）的条件。

${\mathrm{SINR}}_i=\frac{P_{i}L}{\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{j}L+\underset{j=i+1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{l\_j}L+N_w}\≥T---\left(1\right)$

其中，SINR_i代表按照接收功率从小到大排序的N个用户中的第i个用户的SINR，P_i表示第i个用户的接收功率，L表示该用户所发送数据包的长度，

表示接收功率小于P_i的所有信号的能量和，

表示对接收功率大于P_i的所有信号进行干扰删除后的残留信号的能量和；N_w表示噪声的功率谱密度，T表示SINR门限。

根据捕获效应，只要一个信号的SINR满足上述算式（1）所示的条件，基站的接收机即可将该信号译码出来得到对应用户发送的数据包。

经过实践证明，随着用户分组内用户数目的增加，用户调度算法的复杂度以及接收机的复杂度将加剧增加，而设置一个用户分组最多两个用户即可大幅提高上行链路的频谱利用率，并且经过仿真发现，由于错误传递和信道残留误差的影响，再增加用户分组内的用户数得到的增益并不大。因此，出于计算复杂度和链路误比特率（BER）性能的考虑，在本发明的实施例中优选一个用户分组内最多两个用户。下面就以每组最多两个用户为例，结合附图详细说明上述步骤102所述的根据每个用户的接收功率进行用户调度，从该基站覆盖范围内的所有用户中调度出一个用户分组的方法。

下面详细说明各种调度方法。

调度方法1：Greedy调度。

图2为本发明实施例所述的一种Greedy调度的方法流程图，如图2所示，主要包括：

步骤201：从所有待调度用户中选择任意两个用户U1和U2，作为一个用户分组，并根据这两个用户的接收功率计算这两个用户同时占用一个物理资源时的频谱利用率之和，称为这个用户分组的频谱利用率。在该步骤中，所有待调度用户将任意两两组合为多个用户分组。

其中，在两个用户同时占用一个物理资源时接收功率较高信号对应的用户U1的信干噪比可以根据如下公式（2）计算得到：

${\mathrm{SINR}}_{U1}=\frac{P_{s\_U1}}{P_{s\_U2}+P_n}---\left(2\right)$

其中，P_{s_U1}和P_{s_U2}分别代表基站接收到的用户U1和U2所对应信号的接收功率；P_n代表噪声功率。

接收功率较低的信号对应的用户U2的信干噪比可以根据如下公式（3）计算得到：

${\mathrm{SINR}}_{U2}=\frac{P_{s\_U2}}{P_{\mathrm{sr}\_U1}+P_n}---\left(3\right)$

其中，P_{s_U2}代表基站接收到的用户U2所对应信号的接收功率；P_n代表噪声功率；P_{sr_U1}代表用户U1经过干扰删除后信道估计残留误差信号的功率。

如前所述，在得到上述用户U1和U2的信干噪比后，使用EESM映射，即可得到其支持的调制编码方式和对应的频谱效率，然后再通过求和即可得到这个用户对的频谱利用率。

步骤202：将所有待调度用户中具有最大接收功率的用户单独作为一个用户分组，并计算该用户独自占用这一物理资源时的频谱利用率。

步骤203：从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

图3为本发明实施例所述的另一种Greedy调度的方法流程图，如图3所示，主要包括：

步骤301：从所有待调度用户中找出具有最大接收功率信号的用户将该用户单独作为一个用户分组，并根据这个用户的接收功率计算这个用户独自占用一个物理资源时的频谱利用率；

步骤302：将剩下的用户分别与具有最大接收功率信号的用户组成多个用户分组；

步骤303：根据每个用户分组中两个用户的接收功率计算这两个用户同时占用一个物理资源时频谱利用率之和，即该用户分组的频谱利用率S₁+S₂；

实现上述步骤303的方法请见步骤201。

步骤304：从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

调度方法2：PF调度。

图4为本发明实施例所述的PF调度的流程图，如图4所示，包括：

步骤401：计算所有待调度用户的PF度量，并从中选择PF度量最大的用户，将该用户单独作为一个用户分组，其中，单个用户的PF度量定义为

其中，r代表该用户的瞬时吞吐量，代表该用户的平均吞吐量；

步骤402：计算具有最大PF度量的用户独自占用一个物理资源时的频谱利用率；

步骤403：从所有待调度用户中随机选择任意两个用户U1和U2，组成用户分组，计算该用户分组的PF度量，从所有用户对中选择PF度量最大的用户分组，其中，用户分组的PF度量定义为

其中，r1和r2分别代表在此特定用户配对的条件下用户U1和U2的瞬时吞吐量，

和

分别代表用户U1和U2的平均吞吐量；

步骤404：计算该用户分组两个用户同时占用一个物理资源时的频谱利用率之和，即该用户分组的频谱利用率；

步骤405：根据步骤402和步骤404的计算结果从两个用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

通过上述图2、3及4所述的调度方法，首先将待调度的用户组合成若干个用户分组，再根据每个用户分组的频谱利用率，从中选择一个具有最大频谱利用率的用户分组，实现分别为每个物理资源调度一个用户分组，并且由于这些调度方法充分考虑了频谱利用率参数，从而可以保证所调度的用户组具有较高的频谱利用率。并且，从上述步骤可以看出，根据每个用户的接收功率从所述至少一个用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组可以包括：根据所述接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；再根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率；最后，从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

除了上述上行链路物理资源的分配方法之外，本发明的实施例还提供了基于上述上行链路物理资源分配方法的上行数据的接收方法，其实现过程如图5所示，主要包括：

步骤501：当基站接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的上行数据包所混成的第一信号后，对所接收的信号直接进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强用户的数据包。

在该步骤中，利用捕获效应，在接收功率最强的信号的SINR满足基站接收机的要求时，基站可以成功译码出接收功率最强用户所的数据包，而其他用户所发送的信号此时将被视为该信号的干扰。

步骤502：如果该组用户数目在两个以上，则根据从步骤501得到的与接收功率最强用户的数据包对所接收的信号进行干扰删除，从该第一信号中删除上述译码得到的数据包，生成第二信号。

由于基站可以通过信道估计过程获知所有用户的信道冲击响应，因此可以根据成功译码出的接收功率最强信号所对应用户发送的数据包进行用户信号的干扰删除，具体包括：

1）调制译码出的数据包，再生出接收功率最强信号所对应用户的发送信号；

2）将所述再生的发送信号与该用户对应的信道冲击响应卷积，还原出在所述发送信号被发送时的信道环境下基站接收到的该用户的接收信号；

3）从所接收的信号中减去上述还原出的接收信号，即得到删除接收功率最强信号后的信号。

步骤503：对上述第二信号再次进行解调和译码操作，得到该信号中接收功率最强用户的数据包。

步骤504：如果上述第二信号还是由两个以上的信号混合而成，则根据从步骤503得到的与接收功率最强用户的数据包对上述第二信号再次进行干扰删除，从所述第二信号中再次删除其中接收功率最强用户的数据包，然后再返回步骤503。

通过反复执行上述步骤501-504，基站可以结合捕获效应以及干扰删除技术，逐个将占用相同上行链路物理资源的一个用户分组内用户发送的数据包一一译码出来，实现了上行链路物理资源的重用，从而大大提高了无线通信系统的上行链路频谱利用率和吞吐量。

然而，从上述过程可以看出，只有当信号中具有最大接收功率的信号正确译码并进行干扰删除之后，才有可能从余下的信号中译码出接收功率次大的信号。也就是说，如果对当前信号中具有最大接收功率的信号译码错误，将导致无法将信号中的信号一一译码出来。为了避免这一问题，本发明的优选实施例还对上述方法进行了改进，在译码的过程中利用喷泉码编译码技术实现译码纠错。下面将通过本发明的优选实施例详细说明这些纠错方法。

所谓喷泉码编码，是指由一帧中的k个原始数据分组生成的任意数量的相关的喷泉编码分组；所述喷泉码译码，收到所述编码分组中任意m个正确的喷泉编码分组，即可通过译码以高概率成功还原全部k个原始数据分组，一般情况下，上述的m等于或略大于k，接收端在正确译码出该帧的所有k个原始数据分组之后将发送喷泉中止信号到发送端以告知发送端已正确接收整个数据帧，此时，发送端将开始发送新的数据帧的喷泉编码分组。由上述喷泉码的编译码过程，可以看出，喷泉码的编码器就如同源源不断产生水滴（也即喷泉编码分组）的喷泉，喷泉码的译码器就如同从喷泉接水的杯子，只要杯子接收了足够数量的水滴即可满足要求，而不必在意到底接了哪些水滴。

图6显示了根据本发明实施例的上行数据的接收方法流程。如图6所示，上述方法主要包括：

步骤601：当基站接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的喷泉编码分组所混成的信号后，直接进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强信号所对应用户发送的喷泉编码分组。

步骤602：判断已经译码成功的喷泉编码分组的个数是否满足喷泉译码的要求，如果是，则执行步骤603；否则，继续执行步骤604。

步骤603：对接收功率最强信号进行喷泉译码，得到接收功率最强信号所对应用户发送的整个数据帧，发送喷泉中止信号到对应用户，并根据喷泉编码分组之间的相关性对之前译码失败的喷泉编码分组重新进行译码，还原出正确的喷泉编码分组，然后执行步骤604。

步骤604：根据译码结果对所接收的信号进行干扰删除，从信号中去除接收功率最强的信号。

在该步骤中，所述干扰删除既包括根据当前正确译码的喷泉编码分组对当前所接收的信号进行干扰删除，又包括根据步骤603中还原出的正确的喷泉编码分组包对喷泉编码分组对应的接收信号进行干扰删除。

步骤605：对经过干扰删除后的信号进行解调及译码操作，得到其中接收功率最强信号所对应用户，也就是所有用户中接收功率次强信号所对应用户，发送的喷泉编码分组。

由于在步骤604中，干扰删除既包括对当前信号的干扰删除也包括对之前无法正确译码的信号的干扰删除，因此，在本步骤中，不仅可以得到当前接收的接收功率次强信号对应用户发送的喷泉编码分组，还可以还原出之前该用户发送的喷泉编码分组。

步骤606：判断已经译码成功的喷泉编码分组的个数是否满足喷泉译码的要求，如果是，则执行步骤607。

步骤607：对接收功率次强信号进行喷泉译码，得到接收功率次强信号所对应用户发送的整个数据帧，并发送喷泉中止信号到对应用户。

如果经过干扰删除后的信号还包括两个以上的信号，则在上述步骤606判断出已经译码成功的喷泉编码分组的个数不满足喷泉译码的要求时，或者在步骤607之后，应当再次根据喷泉编码分组之间的相关性对之前译码失败的喷泉编码分组重新进行译码，还原出正确的喷泉编码分组，然后再循环执行上述步骤604-607，从所接收的信号中一一译码出该组内所有用户发送的喷泉编码分组。

由此可以看出，通过上述实施例所述的上行数据的接收方法，基站不仅可以利用捕获效应以及干扰删除技术，逐个将占用相同上行链路物理资源的一个用户分组内用户发送的数据包一一译码出来，实现上行链路物理资源的重用，还可以通过喷泉编译码的方式将译码错误的喷泉编码分组还原正确，无需发送另外的喷泉编码分组，从而进一步提高了无线通信系统的上行链路频谱利用率和吞吐量。

下面将举例说明，基站在利用上述实施例所述的方法进行喷泉码译码时的过程。

假设一个用户组共有两个用户，称为第一用户和第二用户，其中第一用户的信号接收功率较强，第二用户的信号接收功率较弱。两个用户所发送的上行数据包均经过喷泉码编码。并且假设基站在接收到第一用户的三个喷泉编码分组后即可译码出第一用户发送的1个数据帧，在接收到第二用户的四个喷泉编码分组后即可译码出第二用户发送的1个数据帧。

假设基站已经接收到了三个由第一用户和第二用户发送的喷泉编码分组混合成的信号，其中，对两个用户发送的第一个和第三个喷泉码分组均译码正确，而对两个用户发送的第二个喷泉码分组的译码错误（对第一用户的第二个喷泉码分组的译码错误导致对第二用户的第二个喷泉码分组的译码也错误）。目前，基站接收到由第一用户和第二用户发送的第四个喷泉编码分组混合成的信号，并成功译码出第一用户发送的第四个喷泉编码分组，则根据上述步骤601-607，当基站判断出已正确译码的第一用户的喷泉编码分组达到三个，满足第一用户的喷泉译码要求时，基站对第一用户进行喷泉码译码，得到第一用户发送的整个数据帧，然后进一步根据所接收的喷泉编码分组还原出之前译码错误的第一用户发送的第二个喷泉编码分组。此时，基站可以发送喷泉中止信号的第一用户，告知该用户基站已经成功接收了整个数据帧，可以发送下一数据帧了，同时，将根据成功译码出的第一用户发送的第四个喷泉编码分组和还原出的第二个喷泉编码分组对所接收的信号进行干扰删除，再对干扰删除后的信号进行译码操作，得到第二用户发送的第四个喷泉编码分组和第二个喷泉编码分组，加上之前成功译码出的第二用户发送的第一个和第三个喷泉编码分组，基站成功译码出的第二用户发送的喷泉编码分组也已经达到了四个，满足了第二用户的喷泉译码要求，可以成功译码出第二用户发送的整个数据帧，此时，基站可以发送喷泉中止信号的第二用户，告知该用户基站已经成功接收了整个数据帧，可以发送下一数据帧了。

从上述过程可以看出，上行数据包经过喷泉码编码后，基站可以根据正确接收的喷泉编码分组将译码错误的数据包还原正确，从而实现数据包纠错，提高了传输效率，进而提高了上行链路的频谱利用率和吞吐量。

除此之外，还可以进一步使用精细的功率控制来改善上述物理资源重用方法的性能。例如，假如一个用户组中各用户均以最大功率发送数据包，其中功率最强用户使用64QAM调制方式，功率次强用户使用QPSK调制方式，此时可以将功率最强用户的发射功率降低至64QAM调制方式的最低发射功率，此时，由于功率最强用户的残留干扰误差降低了，功率次强用户可以选择数据速率较高的调制模式，例如将调制模式提高到16QAM调制模式，从而进一步提高其频谱效率和吞吐量。

上述实施例提出的上行链路物理资源的分配方法在某些应用场景下也能扩展到下行链路的重用中。例如，在一个分布式天线系统中，由于天线元之间会互相干扰，在两个或多个（两个以上）分散配置的天线元的公共覆盖区域所形成的服务区域，下行链路的一个PRB上一般只能调度一个用户，例如在LTE系统中提出的软频率复用的资源分配方式。然而，如果这些天线元到各个用户的无线链路之间存在明显的功率差，则可以应用类似于上述图1中步骤101-103所述的物理资源的分配方法，根据用户的SINR将两个或多个天线元的公共覆盖区域内的用户分组，并在一个PRB上调度包括两个以上用户的用户分组，为该用户分组内的用户分配相同的下行物理资源，从而实现下行链路物理资源的重用。而此时，作为接收端的用户终端则可以利用上述图5中步骤501-504或者图6中601-607所述的数据接收方法，利用捕获效应和干扰删除分别译码得到各天线元发送的数据，由此改善下行链路的频谱效率，提高了下行链路的吞吐量。

除了上述无线通信系统中物理资源的分配方法之外，本发明的实施例还提供了无线通信系统中进行物理资源分配的装置，其内部结构如图7所示，主要包括：

导频检测单元，用于检测指定范围内每个用户发送的导频信号，获取每个用户所发送导频信号的接收功率；

对于上行链路物理资源的分配，所述指定范围是由一个基站所形成的服务区域；而对于下行物理资源的分配，所述指定范围是由两个以上分散配置的天线元所形成的服务区域；

用户调度单元，用于根据上述接收功率进行用户调度，得到一个用户分组，该用户分组包括至少一个用户；以及

资源分配单元，用于为该用户分组内的每个用户分配相同的物理资源。

其中，如前所述，上述用户调度单元可以采用Greedy调度方式或PF调度方式进行用户调度。其内部具体包括：

分组模块，用于将指定范围内的所有用户组成至少一个用户分组；

信干噪比SINR估计模块，用于根据所述接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；

分组选择模块，用于根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率，并从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

本发明的实施例还提供了无线通信系统中用于接收数据的接收端。在上行方向上，所述接收端是指基站；而在下行方向上，所述接收端则是指用户终端。本发明实施例所述的接收端的内部结构如图8所示，主要包括：

解调单元，用于对所接收的第一信号进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强的用户的数据包；

干扰删除单元，如果所述第一信号包括两个以上用户的信号，则从所述第一信号中删除由解调单元输出的所述数据包，生成第二信号，并将所述第二信号作为新的第一信号重新输入到解调单元，进一步解调该信号中接收功率最强的用户的信号。

如前所述，如果发送端所发送的数据包经过喷泉编码，则本发明实施例所述的接收端的内部结构如图9所示，与图8所示的接收端内部结构相比，在解调单元和干扰删除单元之间增加了喷泉译码单元，用于对解调单元输出的数据包进行喷泉译码，得到对应用户发送的整个数据帧，根据数据包之间的相关性对之前译码失败的数据包重新进行译码，还原出正确的数据包，并将所接收的数据包以及还原出的正确的数据包发送到干扰删除单元对信号进行干扰删除。

上述实施例所述的物理资源的重用方法、物理资源分配装置以及接收端充分利用了蜂窝系统的远近效应和多载波通信上的频率选择性衰落来调度用户，每个用户终端都可以用最大功率发送，可以不使用复杂的功率控制机制和射频器件，不用用户降低发射功率从而损失其性能。因此，当用户数越多，可供选择的余地越大时，获得的系统吞吐量的增益越大。此外，对每个用户使用喷泉编码来辅助其干扰删除，在一定程度上减轻了当能量较高的用户译码失败时能量较低的用户也不能译码的影响，从而进一步改善了低功率用户的性能。

为了进一步说明本发明实施例所述上行链路物理资源重用方法的性能，对本发明实施例所述方法进行了仿真，仿真模型参数如表1所示，并且假设用户在小区内是均匀分布的，信道模型使用TU6信道，并建模了信道估计残余误差的影响。

参数名称	参数值	备注
			链路方向	上行
载波频率	3.5GHz
			带宽	5MHz
使用子载波数	300	不包括直流载波
			子载波带宽	15KHz

基站的天线高度	15meters
			移动速度	0.5Km/h
小区半径	144,288,433,577meters
			调制编码方式	Turbo码+4,16,64QAM	码率：1/3,1/2,2/3,3/4,4/5
热噪声功率密度	-174dBm/Hz
			移动台发射功率	21dBm
基站的噪声系数	5dB
			物理资源块大小	12个子载波	每OFDM符号25个资源块
TTI大小	14个OFDM符号	持续时间1ms
			天线数	基站、移动台均为1
目标误块率	0.1
			用户数	30

表1

图10为采用本发明实施例所述greedy调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系曲线比较示意图；图11为采用本发明实施例所述PF调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系曲线比较示意图。其中，带星号的曲线表示采用本发明实施例的所述的方法时小区吞吐量与小区半径的关系，带正方形的曲线表示采用传统的物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系。从图10和图11可以看出，本发明实施例所述的技术方案相比传统的方案，通过频率资源重用，可以显著的改善频谱效率，从而增加了系统的吞吐量。

图12为采用本发明实施例所述greedy调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区内用户数的关系曲线比较示意图；图13为采用本发明实施例所述PF调度以及传统物理资源分配方法时小区吞吐量与小区内用户数的关系曲线比较示意图。其中，带星号的曲线表示采用本发明实施例的所述的方法时小区吞吐量与小区半径的关系，带正方形的曲线表示采用传统的物理资源分配方法时小区吞吐量与小区半径的关系。从图12和图13可以看出，本发明实施例所述的技术方案相比传统的方案，通过频率资源重用，可以显著的改善频谱效率，从而增加了系统的吞吐量。并且用户数越多，系统获得的增益越大，这是因为用户数越多，调度时可供选择的余地也越大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种无线通信系统中物理资源的分配方法，其特征在于，包括：

检测指定范围内每个用户发送的导频信号；

获取所检测的每个用户所发送导频信号的接收功率；

根据所述接收功率进行用户调度得到一个由至少一个用户组合而成的用户分组；以及

为所述用户分组中的每个用户分配相同的物理资源；其中，

所述用户调度包括：

将指定范围内的所有用户组成至少一个用户分组；

根据每个用户的接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；

根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率；以及

从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：将所有待调度用户任意两两组合为用户分组，并将所有待调度用户中具有最大接收功率的用户单独作为一个用户分组。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：

将所有待调度用户中具有最大接收功率信号的用户单独作为一个用户分组，并将剩余用户分别与具有最大接收功率信号的用户组合成用户分组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将指定范围内所有用户组成至少一个用户分组包括：

计算所有待调度用户的比例公平PF度量，将所有待调度用户中具有最大PF度量的用户单独作为一个用户分组，其中，单个用户的PF度量定义为

其中，r代表该用户的瞬时吞吐量，

代表该用户的平均吞吐量；

从所有待调度用户中生成多个由任意两个用户随机组合而成的组，计算各组的PF度量，从所有组中选择PF度量最大的组作为一个用户分组，其中，组的PF度量定义为

其中，r₁和r₂分别代表在此特定用户配对的条件下两个用户的瞬时吞吐量，

和

分别代表两个用户的平均吞吐量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述物理资源是占用同一频率时间资源的物理资源块PRB。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述指定范围是由一个基站或两个以上分散配置的天线元所形成的服务区域。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

A，当基站接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的上行数据包所混成的第一信号后，对所接收的第一信号进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强的用户的数据包；

B，如果所述第一信号包括两个以上用户的信号，则从所述第一信号中删除通过步骤A得到的所述数据包，生成第二信号；否则，结束；以及

C，对所述第二信号再次进行解调和译码操作，得到所述第二信号中接收功率最强的用户的数据包，然后将所述第二信号作为新的第一信号并返回步骤B。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述删除包括：

调制译码出的数据包，再生接收功率最强的用户的发送信号；

将所述再生的发送信号与该用户对应的信道冲击响应卷积，还原出在所述发送信号被发送时的信道环境下基站接收到的该用户的接收信号；以及

从所述第一信号中减去上述还原出的接收信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在执行步骤B之前进一步包括：

判断已经译码成功的数据包的个数是否满足喷泉译码的要求，如果不满足，则执行步骤B；如果满足，则译码成功的数据包进行喷泉译码，得到对应用户发送的整个数据帧，并根据数据包之间的相关性对之前译码失败的数据包重新进行译码，还原出正确的数据包，然后执行步骤B。

10.一种无线通信系统中物理资源的分配装置，其特征在于，包括：

导频检测单元，用于检测指定范围内每个用户发送的导频信号，获取每个用户所发送导频信号的接收功率；

用户调度单元，用于根据所述接收功率进行用户调度，得到一个由至少一个用户组合而成的用户分组；以及

资源分配单元，用于为所述用户分组中的每个用户分配相同的物理资源；其中，

所述用户调度单元包括：

分组模块，用于将指定范围内的所有用户组成至少一个用户分组；

信干噪比SINR估计模块，用于根据所述接收功率分别估计当各用户分组中用户的发送信号重叠时每个用户的SINR；

分组选择模块，用于根据所述SINR分别计算每个用户分组的频谱利用率，并从所有用户分组中选择具有最大频谱利用率的用户分组。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括：

解调单元，用于当接收到由一个组的用户占有相同上行链路物理资源发送的上行数据包所混成的第一信号后，对所接收的第一信号进行解调和译码操作，得到其中接收功率最强的用户的数据包；

干扰删除单元，如果所述第一信号包括两个以上用户的信号，则从所述第一信号中删除由解调单元输出的所述数据包，生成第二信号，并将所述第二信号作为新的第一信号重新输入到解调单元。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，进一步包括：

连接到所述解调单元和干扰删除单元之间的喷泉译码单元，用于对解调单元输出的数据包进行喷泉译码，得到该用户发送的整个数据帧，根据数据包之间的相关性对之前译码失败的数据包重新进行译码，还原出正确的数据包，并将所接收的数据包以及还原出的正确的数据包发送到干扰删除单元。

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