本发明通常涉及无线通信和信息处理领域，更具体地涉及用于在 无线通信环境中的数据发射和处理的方法、设备和系统。

近年来，由于技术进步和关于电信网络结构、信号处理和协议的 改善的结果，通信系统的性能和能力已经得到了持续快速的改善。在 无线通信领域，已经开发出各种不同的多址标准和协议以增强系统容 量和适应快速增长的用户要求。这些各种不同的多址方案和标准包括 时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)，和正 交频分多址(OFDMA)等等。通常，在采用TDMA技术的系统中， 允许每个用户在其分配的或指定的时隙发射信息，而FDMA系统允许 每个用户在分配给该特定用户的特定频率上发射信息。相反，CDMA 系统是扩频系统，其通过给每个用户分配唯一代码，允许不同用户在 相同的频率上发射信息。在OFDMA系统中，高速率数据流被分成或 划分成许多速率较低的数据流，这些速率较低的数据流能同时并行地 通过许多副载波(本文中也称作副载波频率)被发射。OFDMA系统中 的每个用户都配备有用于信息发射的可用副载波子集。
在90年代早期，随着IS-95标准的发展，码分多址(CDMA)技 术被引入到蜂窝系统中。IS-95系统在近十年中得到了极大的发展和成 熟，分别在1994和1998年，得到增强修订版IS-95A和B。IS-95A/B 和几个相关标准形成了第二代蜂窝技术(也称为cdmaOne)的基础。
cdmaOne的3G发展包括一系列标准，称为cdma2000，其首先出 现在1999年的IS-2000版本0的公开中。在2000年中期，公开了IS-2000 版本A的修订版，包括有对于例如新的公共信道、QoS协商、增强的 验证、加密和并行服务的特征的附加的信令支持。cdma2000系统被设 计成对现有的cdmaOne网络和语音终端向后兼容。
与第二代(2G)无线系统相比，IS-2000标准引入了几个新的特征。 其中，快速正向功率控制、QPSK调制、较低的码率、强大的turbo编 码、导频辅助的相干反向链路和支持分集发射，被考虑作为IS-2000中 的增强特征的主要能力。
虽然IS-2000标准引入了新的特征，这些新特征极大地改善了语音 能力和数据服务，但是该设计对于高速度IP通信业务并不是最优的。 因此，到2000年末，通过引入高速率分组数据(HRPD)系统(IS-856)， 完成了对cdma2000的主要增加。IS-856标准，在本文中也称作 1xEV-DO，对于无线高速分组数据服务来说是最优的。IS-856前向链 路使用时分复用(TDM)波形，其通过在任意时刻将全部扇区功率和 所有代码信道都分配给单独的用户，来消除占线用户之间共享功率。 这与IS-95前向链路上的码分复用(CDM)波形相反，在后者中，一 直存在未使用的发射功率的余裕，该余裕取决于占线用户的数量和分 配给每个用户的功率。IS-95中的每个信道(导频、同步、寻呼和业务 信道)是在整个时间内，以整个扇区功率的某个比例发射的；而发射 IS-856中的等价信道是在某个时间部分，以全部功率发射的。
由于IS-856前向链路的TDM波形，终端在其受到服务的任何时 候都被分配给全部扇区功率，从而不需要功率适配。相反，速率适配 被用在IS-856前向链路上。通常，能够可向每个终端发射的最高数据 速率是从服务扇区接收到的SINR的函数。特别是对于移动用户，这典 型的是随时间变化的量。为了在每次发射都达到最高数据速率，每个 终端基于信道状态的相关性，为其服务扇区预测下一个分组上的信道 状况。它选择能够基于预测SINR被可靠地解码的最高数据速率，然后 在反向链路反馈信道上通知服务扇区它所选择的速率。不管何时网络 决定对中端进行服务，它都以从该终端反馈的最近选择的速率进行发 射。该过程称作闭环速率控制。
在采用从基站到用户终端或者用户站(例如，当前的1xEV-DO下 行链路或者前向链路发射)的TDM传输调度的系统中，基站在任意给 定时间，将单独的分组发射给特定用户。如图1所示，不同的用户进 行时分复用，即，在不同的时刻得到服务。为了保持公平性，该系统 花费大量时间用低SINR服务于用户。TDM调度迫使基站在不同用户 之间以相同比例分配带宽，其中它将其发射功率以该比例分配给不同 的用户。当覆盖情况差的用户需要基站发射功率中的很大部分时，它 们只需要很小比例的带宽。当低SINR用户正接受服务时，系统带宽被 不必要地浪费或者利用不足。因此，系统处理量由于低SINR(覆盖情 况差)的一些用户的出现而极大地降低。
解决以上问题的一种方法是使用CDM方法，这种方法是为不同用 户分配不同数量的代码信道，并对向多用户的发射施加功率控制，以 保持通往每个用户的可靠链路。然而，该方法要求对不同用户动态分 配代码信道，还需要以足以跟踪信道变化那样迅速地控制不同用户的 功率。并且，从处理量最优化的观点来看，结果是下行链路上的多个 用户之间任何形式的带宽比例划分都是次最佳的。因此，CDM方法不 能提供系统处理量中同样多的增益。
因此，在该技术领域中需要一种用于在无线通信环境中以改善系 统处理量和带宽利用的有效数据发射和处理的方法、设备，和系统。

根据本发明的一方面，提供了一种方法，在该方法中，接收与多 个用户站中的每个相关的信号质量指示。基于与多个用户站相关的信 号质量指示，选择出第一用户站和第二用户站，来从基站接收数据。 第一分组被构造成包含用于第一用户站的信令数据和用于第二用户站 的应用数据。包含用于第一用户站的应用数据的第二分组被重叠到第 一分组上。第一和第二分组同时从基站发射到第一和第二用户站。
附图说明
图1是表示传统TDM调度配置的示意图；
图2是其中实施了本发明技术方案的通信系统的框图；
图3是表示前向链路结构的示意图；
图4是表示反向链路结构的示意图；
图5是表示根据本发明的一个实施例的速率控制配置的框图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的调度器/控制器的框图；
图7示出了根据本发明的一个实施例的包含各种不同选择/调度准 则的表格的一个实例；
图8是表示根据本发明的一个实施例运行的前向链路发射方案的 示意图；
图9示出了根据本发明的一个实施例的多用户分组的一个实例；
图10示出了与另一个分组重叠的多用户分组的一个实例；
图11是根据本发明的一个实施例的一种用于无线通信系统中的数 据发射方法的流程图；和
图12是根据本发明的一个实施例的一种用于无线通信系统中的数 据处理方法的流程图。

本文中使用的“示例性的”这个词是指“作为实例、例子、或者示例”。 本文中作为“示例性的”描述的任何实施例都不一定被认为是优选的或 者比其它实施例更为优越的。
根据下面详细描述的本发明的各个实施例，通过使用称作重叠编 码的技术，同时服务于多个用户(例如，两个用户)，一个用户用高信 号质量水平(例如，高SINR)，而另一个用户用低信号质量水平(例 如，低SINR)，能够避免与TDM调度相关的效率低下。采用重叠编码 和调度相当大地改善了系统处理量，而不会剥夺低SINR的用户其公平 分享系统资源和处理量。
虽然本文中提供的各个实例是针对基于CDMA的系统，如IS-856 系统进行的，但是本领域专业熟练人员应该理解和明白，本发明的技 术方案能够应用于采用TDM调度、CDM调度、或者二者组合的任何 通信系统。根据本发明的一个实施例，在包括服务于多个用户终端或 者用户站的基站系统中，基站在给定时刻可以选择单独的用户也可以 选择多个用户(例如一对用户)来进行服务。如果基站选择单独的用 户来进行服务，它的运行就和当前TDM系统一样。如果基站选择一对 用户来进行服务，以足够低的数据速率来构造“多用户”分组(第一分 组)，使得两个用户都能够解调。打算发往两个用户中的仅仅一个用户 的另一个分组(第二分组)重叠在该“多用户”分组上。以这样的方式 对第二分组进行编码，即第二分组像是对多用户分组的随机干扰一样。 在一个实施例中，“多用户”分组是单独的物理层分组，其包含属于多 于一个用户的较高层净荷。针对低SINR用户的较高层净荷包含用于该 用户的应用数据。针对高SINR用户的较高层净荷包含用于高SINR用 户的信令数据。在一个实施例中，信令数据表示同时被发射给高SINR 用户的另一个物理层分组的编码/调制参数。接收到嵌入多用户分组中 的信令数据之后，高SINR用户从接收到的信号中减去多用户分组的成 分，并使用得到的信号来提取第二分组，第二分组的编码参数是由信 令数据指定的。这样，低SINR用户由这批多用户分组来服务，而高 SINR用户由重叠在多用户分组上的第二分组来服务。下面更加详细地 描述根据本发明的各个实施例的重叠编码和调度。
时分复用(TDM)调度
下面的概念和原理是相对于包括一个发射器(例如，基站)和多 个接收器(例如，用户终端或者用户站等等)的通信系统讨论的。令γk 表示第k个用户站的信道SNR(本文中也称为第k个用户)。如果基站 以全部功率向该用户发射，则用户的信道SNR可定义为该用户接收到 的数据符号的SNR。令C(γ)代表将数据符号SNRγ映射到最大可支 持数据速率的函数。最大可支持数据速率是以具有该SNR的AWGN 信道香农容量为上边界，即，C(γ)≤W log(1+γ)。应该注意的是，C(γ)是 SNR的递增函数。
对于在总时间的比例αk期间服务于第k个用户的TDM调度器，第 k个用户的有效数据速率由Rk＝αkC(γk)给出。因而，带有N个用户的TDM 调度器的速率区域可定义为该系统中所有用户的所有可达到速率的集 合，由下式给出：
$\left\{({\alpha }_{1}C\left({\gamma }_1\right),{\alpha }_{2}C\left({\gamma }_2\right),...,{\alpha }_{N}C\left({\gamma }_N\right))\right|{\alpha }_i\ge 0,\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\alpha }_i\le 1\}$
带有不同公平性准则的TDM调度器在上述的速率区域中的不同 点运行。例如，等GOS调度器可以选择时间比例αk，使得所有用户都 具有相同的有效数据速率Req。更具体地，等GOS调度器可以选择 使得
系统的总处理量由调和平均值给出
$R_{\mathrm{tot}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{R}_k=\frac{N}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}C{\left({\gamma }_i\right)}^{-1}}$
另一方面，等时间调度器可以选择使得第k个用户的有效 速率由给出，并且总的系统处理量由调和平均值 给出。对于上面考虑的非时变(静态)信道，试图 使对数数据速率的总和最大化的比例公平调度器也与等时间 调度器一致。
至此，假定信道是静态的，即，用户的信道SNR不随时间改变。 如果信道是时变的，用户的SNR随时间改变，并且可能需要使用信道 变量的动态调度器。动态TDM调度器可以在每个时隙选择一个用户进 行服务，取决于一直到那个时间的所有用户的历史SNR。假设Tk[n]是 第k个用户在时隙n的处理量。使U(T)表示与处理量T相关的效用函 数。调度器的目标是使总效用函数在每个时隙n最大化。应该 注意的是，比例公平调度器是一种具体情况，其中效用函数是对数的。
给定上面的目标，效用最大化动态TDM调度器运行如下：在(n+1)th 时隙，TDM调度器选择带有索引k的用户，其中k是使下面的表达式 最大化
Δk≡U((1-β)Tk[n]+βC(γk[n]))-U((1-β)Tk[n])≈βU′((1-β)Tk[n])C(γk[n])，
其中β与处理量Tk在其上去平均的时间段反相关。在比例公平调度器 的特别情况下，调度器选取带有索引k的用户，其中k使表达式 最大化。调度器选取在第n个时隙期间受到服务的用户 k之后，使用下面等式更新所有用户的处理量：
Tk[n+1]＝(1-β)Tk[n]+βC(γk[n])，Ti[n+1]＝(1-β)Ti[n]i≠k
重叠编码：
使高速率信息重叠在低速率信息上的重叠编码的想法，最初是由 T.Cover在1972年1月在IEEE Transaction on Information Theory，Vol. IT-18，NO.1发表的Broadcast Channels中讨论的。
对于给定N个用户的信道SNR集合，重叠编码可用于扩大与TDM 调度相关联的速率区域。如果按照用户的SNR降序将用户编入索引， 并且如果基站在送往第k个用户的数据上消耗其功率的系数αk，则用 户数据速率的集合由下式给出：
$R_k=C\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right),k=\mathrm{1,2},...,N$
在一个实施例中，可如下所述地得到上述数据速率。基站将第k 个用户的分组编码为在上面给定的数据速率Rk的代码字ck。基站发射 信号其中*表示用伪随机序列sk进行加扰操作。 执行加扰操作是为了确保不同用户的代码字彼此相关地随机出现。在 第k个用户的接收器上，接收信号y＝x+nk，其中nk代表来自信道的加 性噪声。第k个用户首先解码代码字cN，其经过 该式成立，因为假设γk≥γN。由于速率函数C(.)是随SNR单调递增的， 其满足换句话说，第N个代码字cN在第k 个接收器的SNR足够大，足以供第k个用户解码。第N个代码字被解 码之后，第k个用户重新编码第N个用户的分组，并消除其来自接收 信号的成分，并对关于加扰序列sN-1的接收信号进行解扰。得到的信号 可以表示如下：
$\underset{i=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}\sqrt{{\alpha }_i}{s}_{N-1}^{-1}*s_i*c_i+s_{N-1}^{-1}*n_k=\sqrt{{\alpha }_{N-1}}{c}_{N-1}+\underset{i=1}{\overset{N-2}{\Sigma }}\sqrt{{\alpha }_i}{s}_{N-1}^{-1}*s_i*c_i+s_{N-1}^{-1}*n_k$
然后(N-1)th代码字具有
基于上述等式，其满足：如果k≤(N-1)，则第(N-1)个代码字可以被 第k个用户成功解码。类似地，第k个用户通过连续消除来解码分组 cN，cN-1，...，ck+1和ck，并恢复打算供其使用的数据。
当系统有一些用户的SNR非常高，而其他一些用户的SNR非常 低的时候，与重叠编码相关联的速率区域比与TDM调度相关联的速率 区域大得多。如果所有用户的SNR几乎相同，则两个速率区域非常接 近或者几乎相同。
重叠编码调度器
与被约束为某时只能服务于一个用户的调度器不同，使用重叠编 码技术的调度器(本文中也称作重叠编码调度器)能够同时服务于多 于一个的用户，或者实际上同时服务于所有的N个用户。重叠编码调 度器需要选择在任意给定时间分配给不同用户的功率比例。通过把分 配给某些用户的功率比例设成零，可以在任一给定时刻只服务于用户 的子集。如本文中所述，重叠编码调度器可以在任意时刻更好地利用 系统带宽来仅服务于两个用户，一个用户的信道SNR很高，而另一个 的信道SNR很低。
在任何情况下，在时变信道上运行的重叠调度器可以选择功率比 例{αk}，该比例使递增的效用函数
$\Delta \left(\left\{{\alpha }_k\right\}\right)\equiv \underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma \equiv }}[U\left((1-\beta )T_k\right[n]+\mathrm{\beta C}\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right))-U\left((1-\beta )T_k\right[n\left]\right)]$
$=\underset{{\alpha }_k>0}{\overset{N}{\underset{k=1,}{\Sigma }}}[U\left((1-\beta )T_k\right[n]+\mathrm{\beta C}\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right))-U\left((1-\beta )T_k\right[n\left]\right)]$
$\approx \beta \underset{{\alpha }_k>0}{\overset{N}{\underset{k=1,}{\Sigma }}}{U}^{\prime }\left((1-\beta )T_k\right[n\left]\right)C\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right)$
最大化，其满足约束条件
在比例公平调度器的特定情况下，上一个表达式简化为
$\Delta \left({\{\alpha }_k\right\})\approx \frac{\beta }{1-\beta }\underset{{\alpha }_k>0}{\overset{N}{\underset{k=1,}{\Sigma }}}{T}_k{\left[n\right]}^{-1}C\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right)$
如上面所指出的，该调度器可以采用附加的约束条件，如功率比 例αi中的至多两个(或者通常，至多M＜N)是非零的。
因此，是用以下等式来更新用户处理量
$T_k[n+1]=(1-\beta )T_k\left[n\right]+\mathrm{\beta C}\left(\frac{{\alpha }_k}{{\gamma }_k^{-1}+\underset{i=1}{\overset{k-1}{\Sigma }}{\alpha }_i}\right).$
虽然可以通过重叠编码和调度(SC)，来实现对系统处理量的重大 改进，但是有可能会存在限制实际系统的性能增益的许多实际考虑， 如下所述：
◆信道模型：实际无线系统表现为随时间衰减，经常用Rayleigh 或者Ricean过程来对其建模。在衰减的表现中，通过在其信道 很强的时候对用户进行调度，我们能得到多用户分集增益。对 于提供较大的多用户分集增益的信道，重叠编码不能提供显著 的性能改善。因此，应该希望用较大的K因数在Ricean信道 中比在Rayleigh衰减的信道中看到SC的更大利益。
◆用户之间的不对称：如上所述，重叠编码和调度能够在用户拥 有非常不对称的信道的时候，提供显著的系统性能改善。实际 上，不对称的水平可能受到各实际系统约束条件的限制。例如， 接收器前端可能施加最大SINR(例如，在如1xEVDO系统中 为13dB)。另外，最小需要SINR可能被施加用来以最低可能 速率进行发射(例如，在1xEV-DO系统中为-11.5dB)。因此， 这些限制条件限制任意2个用户的SINR跨度。而且，每个扇 区中用户的数量是限定的，需要对所有用户以公平的方式进行 服务。该因数可进一步限制用户对的可能选择。因而，不会一 直可以用非常不对称的信道条件来调度2个用户。
◆非理想接口取消：已经假定可以从强用户(例如，具有高SNR 的用户)的接收信号中将弱用户(例如，具有低SNR的用户) 的信号完全去除。这要求对强用户的信道衰减增益的几乎完全 了解，和对弱用户分组的几乎完全解码。实际上，信道衰减系 数是估计出来的，并且信道估计误差加上使信道SINR劣化的 噪音项。而且，即使假定可以执行对弱用户分组的完全解码， 不可忽略的解码延迟会对强用户造成混合ARQ损失。
◆编码：AWGN用所使用的高斯信道容量来评价性能。实际上， 系统的调制方案和编码速率的集合是限定的，因此选择速率对 和功率分配比较不自由。
回到本发明，图2是通信系统200的框图，其中实施了本发明的 技术方案。如图2所示，系统200包括各用户终端(UT)210和基站 (BS)220。用户终端210在本文中也被称作用户台、远程站、用户站 (subscriber station)，或者接入终端。用户终端210可以是移动的(在 这种情况下，它们也可以被称作移动台)，也可以是固定的。在一个实 施例中，每个基站220能够在称为前向链路的通信链路上与一个或者 多个用户终端210通信。每个用户终端210能够在称为反向链路的通 信链路上与一个或者多个基站220通信，这取决于各个用户终端210 是否处于软越区切换。如图2所示，系统200进一步包括基站控制器 (BSC)230，用来调整和控制用户终端210和基站220之间的数据通 信。如图2所示，基站控制器230可以通过移动交换中心(MSC)270 连接到电路交换网(例如，PSTN)290，和/或经分组数据服务节点240 (本文中也称作分组网络接口)连接到分组切换网络(例如，IP网络) 250。如本文中所述，在一个实施例中，每个基站220可以包括调度器 (未示出)，用来调整和调度从各个基站220向各个基站220所服务的 各用户终端210的数据发射。在另一个实施例中，调度器可以在BSC 230之中实现，用来调整和调度连接到BSC 230的所有基站220的数 据发射。换言之，可以基于需要的是集中的还是分散的调度处理，来 选择调度器的位置。
图3是根据本发明的一个实施例的前向链路300的结构图。如图3 所示，前向链路300包括导频信道310、媒体接入控制(MAC)信道 320、控制信道330，和业务信道340。MAC信道320包括三个子信道： 反向活动(RA)信道322、DRCLock信道324，和反向功率控制(RPC) 信道324。
图4是根据本发明的一个实施例的反向链路的结构图。如图4所 示，反向链路400包括接入信道410和业务信道420。接入信道410 包括导频信道412和数据信道414。业务信道420包括导频信道430、 媒体接入控制(MAC)信道440、确认(ACK)信道450，和数据信 道460。MAC信道440，在一个实施例中，包括反向速率指示符(RRI) 信道442和数据速率控制(DRC)信道444。
图5是根据本发明的一个实施例的，图1中所示系统中实现的速 率控制配置的框图。速率控制在本文中也可以称作链路适配。基本上， 速率控制或者链路适配是指，响应于信道变量(例如，在用户终端上 接收到的信号质量改变)，分配或者改变发射速率的处理。在如图2所 示的系统配置中，基站或者扇区在前向链路的导频信道上发射导频信 号。用户终端测量从基站接收到的导频信号的SINR，并基于测量的 SINR预测下一个分组的SINR。然后，用户终端基于预测的SINR，对 于给定误差性能(例如，分组误差率(PER))，请求他们能够解码的最 高发射速率。因此，速率请求对应于在用户终端上接收到的数据的信 号质量水平。在反向链路的DRC信道上，将速率请求发送到各个基站。 如本文中所述，根据本发明的一个实施例，调度器使用速率请求或者 DRC信息来执行调度功能(例如，在任意给定时刻选择合适的用户终 端来接收来自基站的数据发射)。
如图5所示，根据本发明的一个实施例，速率控制或者链路适配 方案包括内部环路和外部环路。从基站或者服务扇区510发射的导频 信号，在用户终端上被接收。信道预测单元520测量接收到的导频 SINR，并预测下一个分组的SINR。SINR预测被提供给速率选择单元 550，其选择受阈值PER限制的最高数据速率(DRC)。在一个实施例 中，当基站决定用业务数据来服务于特定用户终端时，基站以最新从 终端接收到的DRC所表示的速率，将数据发射到用户终端。外部环路 基于前向业务信道物理层分组的错误率，调节数据速率的SINR阈值。 如图5所示，分组处理单元540将错误统计(例如，CRC统计)提供 给SINR阈值调节单元530，该单元基于错误统计来调节SINR阈值， 并把SINR阈值信息提供给速率选择单元550。本技术领域的专业技术 人员应该理解，图5所示的速率控制方案只是可实现的各种速率控制 方案之中的一个实例。类似地，使用DRC信道来传送信道SNR测度 只是从用户终端向服务基站提供信号质量测度的各种方法之中的一个 实例。例如，在各实施例中，与信道条件(例如，信道SINR)对应的 信号质量测度可以被量化，并在不同的信道上被提供给基站。表1示 出了为得到某个分组错误率(例如，1％分组错误率)的各DRC索引、 SINR，和发射速率之间的示例性映射。
表1
 速率(bps)  DRC索引   SINR阈值(dB)   2.456M   12   9.7   1.843M   11   7.5   1.228M   10   3.8   1.228M   9   3.7   921.6K   8   1.8   614.4K   7   -0.8   614.4K   6   -0.6   307.2K   5   -3.8   307.2K   4   -3.9   153.6K   3   -6.8   76.8K   2   -9.6   38.4K   1   -12
图6示出了根据本发明的一个实施例的调度器600的框图。如上 所述，调度器可以位于基站中或者基站控制器中，这取决于本发明的 特定实施和应用。如图6所示，调度器600配置成，从各用户终端接 收信号质量信息(例如，DRC消息)。在一个实施例中，调度器还接收 其它类型的信息，如，与各个基站所服务的各用户终端相关联的序列 信息和服务质量(QoS)信息。例如，与各用户终端相关联的序列信息 可以表示等待从基站发射到各个用户终端的数据量。QoS信息可以用 于表示与用户终端相关联的各QoS要求。例如，QoS信息可用于表示 与等待时间要求、发射优先级等相关联的各个用户终端的服务水平。 表格700的一个实例包括根据本发明的一个实施例的，可供调度器600 在执行图7所示的其相应的调度功能过程中使用的各选择/调度准则。 如图7所示，表格700中的每个条目可包括用户终端标识符和相关联 的信号质量指示符(例如，DRC索引)。表700可进一步包括与用户终 端相关联的其它类型信息，如，也可供调度器执行调度功能所使用的 序列信息和QoS信息。
在一个实施例中，提供给调度器600的各种类型的信息可供调度 器600用作选择/调度准则610，用来选择用于接收来自服务基站的数 据发射的用户终端。如图6所示，各选择/调度准则610被输入到选择/ 调度单元620，用来选择特定用户终端以在任何时刻接收来自服务基站 的数据发射。下面详细说明本发明的各实施例中使用的各调度方法和 算法。
在一个实施例中，为了实现如上图2所示系统的多用户系统中的 重叠编码和调度，调度器600，每个时间间隔或者时隙，都选择两个用 户来接收来自基站的数据发射和对应的功率分配α。在一个实施例中， 完成用户选择和功率分配的方法是，使给定性能度量最大化。例如， 在如1xEV-DO的系统中使用的比例公平调度器，试图使用户处理量的 结果最大化，其中处理量是在给定的时间窗口中计算出来的。在本实 例中，使：
◆K＝用户数量
◆tc＝调度器时间常数
◆γi(t)＝用户i的SNR
◆Ri(t)＝用户i在时间t的数据速率
◆Ti(t)＝用户i在时间t的平均处理量
◆ $T_i(t+1)=(1-\frac{1}{t_c})T_i\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_i\left(t\right)$
◆αi(t)∈[0，1]＝在时间t分配给用户i的功率比例
◆fi(t)＝1(被选择为强用户——高SNR用户的用户I)，其中
1(.)是指示符函数
◆gi(t)＝1(被选择为弱用户——低SNR用户的用户I)
◆C(SNR)＝作为SNR的函数的能力
◆ $R_i\left(t\right)=[f_i\left(t\right)+g_i\left(t\right)]C\left[\frac{{\alpha }_i\left(t\right){\gamma }_i\left(t\right)}{(1-{\alpha }_i\left(t\right))g_i\left(t\right){\gamma }_i\left(t\right)+1}\right]$
在一个实施例中，优化比例公平度量的调度问题可用公式表示如 下：
$\mathrm{Maximize}\underset{l=1}{\overset{K}{\Sigma }}\log \left[T_i(t+1)\right]$
其中优化变量是{αi(t)}i＝1K，并受到对于至多2个用户来说是非零的约束。
该优化问题的解要求计算每个可能的用户对的优化功率分配， 然后比较相对应的度量。虽然可以用优化的方法来解决该问题，但是 也可以使用如下面所述的各种可替代的试探算法，这些算法的计算复 杂度要低得多。
在本说明书中，考虑为给定用户对选择最优功率分配的问题，其 WLOG名为1和2[什么是WLOG？]，γ1≥γ2。假定能力函数的形式为
C(SNR)＝log(1+SNR/G)，
其中G≥1是某个常数，其统计实际编码方案中的损失。使α1＝α，并 且α2＝(1-α)，如下得到各个数据速率：
$R_1\left(\alpha \right)=\log (1+\frac{{\mathrm{\alpha \gamma }}_1}{G})$
$R_2\left(\alpha \right)=\log (1+\frac{(1-\alpha ){\gamma }_2}{({\mathrm{\alpha \gamma }}_2+1)G}).$
因而，最大化函数如下：
f(α)＝log(T1+R1(α)Δt)+log(T2+R2(α)Δt)
其中Δt＝1/(tc-1)。假定tc＞＞1，f(α)可以近似为：
$f^{\prime }\left(\alpha \right)\approx \frac{{R^{\prime }}_1\left(\alpha \right)}{T_1}\mathrm{\Delta t}+\frac{{R^{\prime }}_2\left(\alpha \right)}{T_2}\mathrm{\Delta t},$
其可以设置成等于零并解出α。得到的二次式αα2+bα+c＝0的系数 如下：
$a={\gamma }_2^2(1-\frac{1}{G})$
$b=2{\gamma }_2-\frac{T_1}{T_2}\frac{{\gamma }_2+{\gamma }_2^2}{G}+\frac{{\gamma }_2({\gamma }_2-1)}{G}$
$c=1+\frac{{\gamma }_2}{G}-\frac{T1}{T2}\frac{{\gamma }_2+{\gamma }_2^2}{{\gamma }_1}$
并可以解出2个α值。这2个值和0和1一起，在目标方程f(α)中被 试验哪个最优。应该注意的是α∈[0，1]，因此不考虑超出该范围的任何 值。
继续本发明，下面的试探算法可用于以近似的方式来解决上面的 优化问题：
试探算法1
在本发明的一个实施例中，下面的算法或方法可用于选择用户和 调度数据发射，以优化给定性能度量(例如，比例公平度量)：
●固定阈值θ，其用于分离强用户(例如，具有高SNR的用户) 和弱用户(例如，具有低SNR的用户)。例如，可以在从1到 10dB的范围内选取θ。
●通过比较用户的电流γi(t)和阈值θ，在每个时间t将K个用户 分成2组。
●使用建立的选择算法(例如，标准比例公平算法)，从每个组 中选择一个用户。
●选取如上所述的2个被选取的用户之间的功率分配α。
上面所述的算法/方法用于在每个时间间隔t，调度信道条件不对称 的2个用户，以便于使通过重叠编码(SC)得到的处理量改善最大化。 同时，通过使用比例公平算法选取每个组的用户，和选取使比例公平 度量最大化的功率分配α，该算法在比例公平意义上是公平的。
试探算法2
在本发明的另一个实施例中，下面的算法/方法可用于选择用户和 调度数据发射，以优化给定的性能度量(例如，比例公平度量)：
●使用比例公平算法，从K个用户中选择出一个用户。
●顺序考虑来自剩余K-1个用户的第二用户，并如上所述地计算 最佳功率分配α。
●选择第二用户，以使如上定义的f(α)最大化。
从上面的说明中可以看出，该算法以公平的方法(在比例公平的 意义上)选取第一用户，然后，基于该第一选择，根据比例公平度量， 优化地选取第二用户。
试探算法3
在本发明的又一个实施例中，下面的算法或方法可用于选择用户 和调度数据发射，以优化给定性能度量(例如，比例公平度量)：
●使用比例公平算法，从K个用户中选择出一个用户(第一用 户)。
●从剩余K-1个用户中选择第二用户，以使度量Ri/最大化， 其中是使用1阶IIR滤波器和时间常数tc计算出的平均速 率。
●如上所述地选取功率分配α。
在这种情况下，第一用户的选取使公平性最大化，而第二用户的 选取是通过选择信道条件好的用户，采用多用户分集增益来进行的。 通过选取功率分配α使得比例公平度量最大化，再次实现了公平性。
图8是根据本发明的一个实施例的前向链路上的发射方案的图示。 与上述的常规TDM调度和发射方案(例如，当前的IS-856系统中的 前向链路TDM调度和发射)不同，根据本发明的一个实施例的系统能 够在任意给定时间调度多个(例如，两个)用户的数据发射，以改善 系统处理量和性能。如图8所示，对于任意给定时间间隔，系统如上 所述地为两个用户选择并调度数据发射。本发明的各实施例中的系统 选择和调度多个(例如，两个)用户用于数据发射，以优化给定性能 度量(例如，比例公平度量)，而不浪费相当大量的带宽来在某时刻服 务于一个用户，特别是那些具有低SINR的用户。例如，通过选择两个 用户，一个带有非常高的SINR，而另一个带有低SINR，并向这两个 用户同时发射，基站可避免在两个用户之间划分其带宽的需要。这样， 基站资源可得到更充分的利用，并且系统处理量可得到极大改善。再 次参考图8所示的实例，其中在任意给定时间间隔中选择两个用户， 用户1和用户9在时间间隔T1期间得到服务，用户2和用户11在时 间间隔T2期间得到服务，等等。
在一个实施例中，如本文中所述，在调度器已经选择了多个(例 如，两个)用户来接收来自基站的数据发射之后，构造载有用于多个 用户的较高层数据的多用户分组。在一个实施例中，多用户分组(在 该实例中称为第一分组)包含用于用户之一(例如，带有低SINR的用 户)的应用数据和用于其他用户(带有较高SINR的用户)的控制信息 (信令数据)。然后另一分组(在该实例中称作第二分组)被重叠到多 用户分组上。第二分组包含用于具有SINR的用户的应用数据。在一个 实施例中，第二分组被编码成，使其对于多用户分组来说像随机干扰 一样。
图9示出了根据本发明的一个实施例的多用户分组的一个实例。 在2003年2月3号提交的第10/368,887号，标题为“Variable Packet Lengths for High Data Rate Communications(用于高数据速率通信的可 变分组长度)”美国普通转让专利申请中描述了多用户分组的各种格 式。如图9所示，多用户分组910是单独的物理层分组，其包含要给 多个用户的较高层的净荷。在该实例中，多用户分组910包含复用的 MAC层分组、格式化字段(FMT)、CRC，和尾比特(tail bit)。在一 个实施例中，FMT值(例如，“00”)用来指示物理层(PL)分组是复 用的分组。MAC层分组由两个安全层(SL)分组和内部CRC组成。 每个SL分组具有对应的MAC ID值(例如，SL分组1为5，SL分组 2为7)。每个SL分组附有子分组标识(SPID)字段和长度指示符(LEN) 字段。本领域专业熟练技术人员应该理解，这只是可用于构建多用户 分组的各种格式的一个实例，本发明的技术方案不应当局限于构建包 含有要给不同用户的较高净荷的多用户分组过程中使用的任何特定格 式或者方式。
图10示出了另一分组重叠在其上的多用户分组的一个实例。如图 10所示，在这种情况下，多用户分组是单独的物理层分组，其包含用 于两个用户(例如，带有高SINR的用户1和带有低SINR的用户2) 的较高的净荷。在该实例中，多用户分组(在该实例中，也被称为第 一分组)包含用于用户2的应用数据和用于用户1的信令数据。在一 个实施例中，要给用户1的信令数据或者控制信息可以包含与另一物 理层分组(在该实例中，也称为第二分组)相关联的编码、调制，和 加扰参数等，该另一物理层分组被重叠到多用户分组上，并与多用户 分组同时发射。构建多用户分组并以足够低的数据速率发送该多用户 分组，使得两个用户都能够解调。接收到嵌入在多用户分组中的信令 数据之后，高SINR用户从接收信号中减去多用户分组的成分，并使用 得到的信号来提取第二分组，其编码参数是由信令数据指定的。这样， 低SINR用户由大部分多用户分组服务，而高SINR用户由重叠在多用 户分组上的第二分组服务。
图11是根据本发明的一个实施例的无线通信系统中的数据发射方 法的流程图。如上图2所示，该实例中的通信系统可以包括一个或者 多个基站。每个基站可以服务于许多用户站。在块1110，从由第一基 站所服务的一个或者多个用户站接收信号质量指示。如上所述，每个 用户站可以测量从第一基站接收到的信号的信号质量，并基于测量的 信号质量向第一基站发射对特定发射速率的请求(例如，DRC消息)。 此外，在其它实施例中，用户站可以将信号质量测度以其它格式(例 如，量化的SINR值等)传送到基站。在一个实施例中，调度器/控制 器使用从用户站接收到的信号质量指示(例如，DRC消息)来选择多 个站(例如，第一用户站和第二用户站)，以从第一基站接收数据发射 (在块1120)。如上所述，可以使用各种算法或方法来选择多个(例如， 两个)用户站，以便于优化给定性能度量(例如，比例公平度量)。在 一个实施例中，选择的一个或者两个用户站(例如，第一用户站)具 有比较高的信号质量，而其它用户站(例如，第二用户站)具有比较 低的信号质量。此外，在本发明的各实施例中，在选择用户站时可以 考虑其它类型的信息。这样的信息可以包括，例如，序列信息和服务 质量(QoS)信息。在块1130，构建多用户分组(在该实例中称为第 一分组)，其包含用于第一用户站的控制信息或者信令数据和用于第二 用户站的应用数据。在块1140，包含用于第一用户站的应用数据的第 二分组被重叠于第一分组上。在块1150上，第一和第二分组同时从第 一基站被发射到第一和第二用户站。
图12是根据本发明的一个实施例的无线通信系统中的数据处理方 法的流程图。在块1210，在第一用户站上接收从第一基站发射的第一 和第二分组。第一分组是包含有用于第一用户站的信令数据和用于第 二用户站的应用数据的多用户分组。第二分组包含用于第一用户站的 应用数据，并被重叠到第一分组上。在一个实施例中，第一分组中的 信令数据指示第二分组的编码、调制，和/或加扰参数。在块1220，从 第一分组恢复用于第一用户站的信令数据。在一个实施例中，当接收 到嵌入在多用户分组中的信令数据时，第一用户站从接收的信号中减 去多用户分组的成分。在块1230中，第一用户站使用从第一分组恢复 的信令数据来提取第二分组。
此外，本领域专业熟练技术人员应该理解和清楚，本发明的技术 方案能够应用于更多的用户被选择用来在给定时间间隔从基站接收数 据发射的情况。在通常情况下，以分组报头(preamble)指定的数据速 率发送多用户分组，并且SNR足以解码该分组的所有用户对其进行解 码。当成功解码时，用户解析物理层数据以提取可被提供给它们的任 何较高层净荷，并放弃其余物理层分组。
作为实例，使1，2，…，K表示当前通过重叠编码调度被调度的 用户，按照信道SNR的降序。在一个实施例中，表示带有最低SNR 的用户的代码字cK被用于编码多用户分组。在该实例中，多用户分组 被用于运载用于第k个用户的应用数据，以及运载用于通过重叠编码 同时受到服务的其它用户的控制信息。如上所述，控制信息可以用于 指定受到服务的其他用户的身份，以及与重叠到代码字cK的其它代码 字相关联的编码、调制和加扰参数。一旦信道SNR比最低SNR用户 好的用户解码代码字cK之后，包含在分组中的控制信息使其他被调度 的用户能够连续解码和对被重叠的剩余分组进行干扰-消除 (interference-cancel)，直到他们解码包含有表示他们的应用数据的分 组为止。
这样，在上面实例中说明的本发明的各实施例中，可以有多个(例 如，M个)分组重叠在一起。在一个实施例中，最低水平分组可以包 含关于所有较高水平分组的控制/信令信息。在这种情况下，只有最低 水平分组需要是多用户分组。其它分组可以是单独的用户分组，也可 以是多用户分组，取决于本发明的各种应用和实施。接收到重叠的M 个分组之后，它们能够如上所述地被各个用户解码，以提取要给它们 的应用数据信息。
因此，在另一实施例中，多个分组可以是如下所述地重叠在一起 的。每个水平上的分组可以包含关于下一个较高水平的分组的控制/信 令信息(例如，编码、调制、块长度等)。在该实施例中，较低水平分 组是多用户分组，而在较高水平上的分组可以是，也可以不是多用户 分组。作为一个实例，最高水平分组可以包含用于高SNR的多个用户 的应用数据。
本领域专业熟练技术人员会理解，可以使用一系列不同工艺和技 术中的任意一种来代表信息和信号。例如，上面说明书通篇中可能参 考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号，和码片，可以用 电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或它们的任意 组合体来表示。
技术熟练人员会进一步明白，结合本文中公开的实施例描述的各 种示例性逻辑块、模块、电路，和算法步骤，可以实施为电子硬件、 计算机软件，或者二者的组合体。为了清楚地说明硬件和软件的可互 换性，上面按照其功能一般性地描述了各示例性组件、程序块、模块、 电路，和步骤。这种功能是实施为硬件还是软件取决于整个系统的特 定应用和设计约束条件。熟练技术人员可以用不同的方法对每个特定 应用来实施所描述的功能，但是该实施决策不应该被认为导致脱离了 本发明的范围。
结合本文中公开的实施例描述的各示例性逻辑块、模块，和电路， 可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体 管逻辑、分立硬件组件、或设计为执行本文所述功能的任何它们的组 合体来实施或者执行。通用处理器可以是微处理器，但是可替代地， 处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微处理器、或状态机。处 理器也可以实施为计算设备的组合体，例如，DSP和微处理器、多个 微处理器、一个或多个微处理器结合DSP芯、或者任何其它这种配置 的组合体。
结合本文公开的实施例描述的方法或者算法的步骤，可以直接用 硬件、由处理器执行的软件模块、或二者的组合体来实施。软件模块 可以存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、 EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM、或本领域 中公知的任何其它形式的存储介质中。示范性存储介质连接到处理器， 使得处理器能够从存储介质读取信息和写入信息。可替代地，存储介 质可以集成到处理器上。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。ASIC 可以存在于用户终端中。可替代地，处理器和存储介质可以作为分立 组件存在于用户终端中。
公开实施例的前面的说明是提供用来使任何本领域的熟练技术人 员实现或者使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域熟练技术 人员来说是显而易见的，并且本文中定义的一般性原理可应用到其它 实施例，而不会脱离本发明的精神和范围。这样，本发明并不局限于 本文中所示的实施例，而是与符合本文中公开的原理和新颖性特征的 最宽广的范围一致。