CN101072066B - 一种码分多址通信系统的智能天线实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，包括以下步骤：根据各用户在天线阵列上的信道估计，计算各用户天线阵列信道估计的空间协方差矩阵；在天线阵列的覆盖角度范围内，以一定的角度步长计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率；在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率的峰均比，将该峰均比分别与第一门限和第二门限进行比较，并根据比较结果实现波束赋形。本发明方法由于采用根据实际信道环境的情况选择不同的上行波达角估计和下行波束赋形方案，与现有技术相比，在一定程度上减弱了基站天线侧多径角度扩展对智能天线性能的影响，从而显著、有效地改善智能天线的系统性能。

Description

一种码分多址通信系统的智能天线实现方法

技术领域

本发明涉及一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，尤其涉及的是一种同步码分多址(CDMA)通信系统的上行链路波达角(DOA)估计和下行链路波束赋形的方法。

背景技术

智能天线利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，可以实现上行DOA(Direction of Arrival)估计以及下行波束赋形，从而达到降低噪声干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。

在一定的用户移动速度条件下，对于采用时分双工(TDD)方式的同步CDMA通信系统，其上、下信道满足对称要求，若采用智能天线，则可以根据天线阵列对应的信道估计实现各个用户的上行DOA估计，进而完成下行波束赋形，较好地解决抗多径干扰和抗多址干扰等问题。

可以参考以下关于智能天线现有技术的文献：

[1]专利“具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统及其通信方法”.中国专利，公告号：CN1053313C，公告日：2000年6月7日

[2]专利“一种估计固定波束空间到达方向的方法”.中国专利，公开号：CN1535048A，公告日：2004年10月6日

[3]专利“无线信道的下行波束赋形方法和装置”.中国专利，公开号：CN1658526A，公告日：2005年8月24日

其中，文献[1]将智能天线阵与同步CDMA及TDD等技术结合起来，给出了一种具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统；文献[2]给出了一种估计固定波束空间DOA的方法，通过化单级搜索为多级搜索、而形成一种逐步分级细化求DOA的估计方法，在满足角度分辨率的条件下降低系统计算量。

文献[1]和文献[2]认为无线信道环境较理想，基站天线侧的多径角度扩展较小，不同天线之间的相关性较强，然而在闹市区或较为繁华的郊区环境中，基站天线架设高度与四周建筑物的高度基本相当，而且周围的反射物较多，或者基站天线与用户手机之间无视距径，信道环境复杂，基站天线侧的多径角度扩展较大，就会使得天线之间的相关性减弱，导致智能天线的性能下降，波束赋形增益降低。

文献[3]提供了一种无线信道的下行波束赋形方法，根据空间参数估计，进行波束赋形权矢量估计，并进而控制波束赋形。文献[3]的基本原理即为利用波达角度、接收功率最大增益或波束宽度的变化情况对赋形波束进行优化或从多级波束中选择一种赋形波束，用以补偿空间角度扩展的影响，但是该方法对无线信道变化的实时适应性以及对系统性能的改善程度均较为有限，特别在基站天线侧的主径角度变化较为明显的环境下难以体现智能天线的性能。

因此，现有技术还存在缺陷，而有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，针对无线信道环境的复杂性对智能天线性能的影响问题，根据实际信道环境的情况可选择不同的上行DOA估计和下行波束赋形方案，从而在一定程度上减弱基站天线侧多径角度扩展对智能天线性能的影响，提高系统的稳健性和可靠性。

本发明的技术方案包括：

一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，包括以下步骤：

A、根据各用户在天线阵列上的信道估计，计算各用户天线阵列信道估计的空间协方差矩阵；

B、在天线阵列的覆盖角度范围内，以一定的角度步长计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率；

C、在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率的峰均比，将该峰均比分别与第一门限和第二门限进行比较，若峰均比超过第一门限，则根据已有的上行接收功率值或波达角估计值，预测下行波束赋形方向，生成对应的波束赋形权值，若峰均比未超过第一门限但超过了第二门限，则搜索各用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，得到对应的波达角估计结果，并生成下行波束赋形权值，若峰均比未超过第二门限，则该用户采用全向波束形成即广播波束的权值作为其下行波束赋形权值。

所述的方法，其中，所述步骤A中针对天线阵列，第k个用户的信道估计矩阵为

Ka表示天线数，W表示信道估计窗长，k为计数自然数，

表示第k个用户在第1根天线上第1点的信道冲激响应估计，

表示第k个用户在第1根天线上第2点的信道冲激响应估计；

表示第k个用户在第ka根天线上第W点的信道冲激响应估计，第k个用户的信道估计矩阵的空间协方差矩阵表示为

$R_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}=H^{\left(k\right)}\·{\left(H^{\left(k\right)}\right)}^H---\left(2\right)$

式中(·)^H表示共轭转置运算。

所述的方法，其中，所述步骤B中

第k个用户、在θ_i方向上对应的上行接收功率为

$P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\left(a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)}^H{R}_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)---\left(3\right)$

式中a(θ_i)表示θ_i方向上的导向矢量。

所述的方法，其中，所述步骤C中，第k个用户对应的上行接收功率的峰均比表示为

${\mathrm{\η}}^{\left(k\right)}=\frac{\max \left[P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right]}{\stackrel{\‾}{P^{\left(k\right)}}}---\left(4\right)$

式中

表示在天线阵列的覆盖角度范围内第k个用户的上行接收功率均值，p^(k)(θ)表示第k个用户对应的上行接收功率值，ζ₁、ζ₂分别表示第一门限和第二门限，ζ₁＞ζ₂；

在η^(k)＞ζ₁时，若利用已有的最近M个上行接收功率值预测下行的波束赋形方向，其包括步骤：

C11，计算下行发射时刻、在天线阵列的覆盖角度范围内、各用户在

不同方向上的上行接收功率预测值，即

${\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=f(P_{-1}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),P_{-2}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),...,P_{-M}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right))---\left(5\right)$

式中f(·)表示预测算法，

表示第k个用户、θ_i方向上、在下行发射时刻的上行接收功率预测值，

表示第k个用户、θ_i方向上、当前时刻之前的第m个上行接收功率值；

C12，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率预测值的最大值，其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left({\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(6\right)$

C13，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(7\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)             (8)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

所述的方法，其中，在η^(k)＞ζ₁时若利用已有的最近M个上行波达角估计值预测下行波束赋形方向，其步骤包括：

C1a，计算该用户在下行发射时刻的下行波束赋形方向预测值，即

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=f({\mathrm{\θ}}_{-1}^{\left(k\right)},{\mathrm{\θ}}_{-2}^{\left(k\right)},...,{\mathrm{\θ}}_{-M}^{\left(k\right)})---\left(9\right)$

式中f(·)表示预测算法，表示第k个用户、在下行发射时刻的下行波束赋形方向，

表示第k个用户在当前时刻之前的第m个上行波达角估计结果；

C1b，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(10\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)             (11)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

所述的方法，其中，在满足条件ζ₂＜η^(k)≤ζ₁时，包括步骤：

C21，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left(P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(12\right)$

C22，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(13\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)             (14)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

所述的方法，其中，在满足条件η^(k)≤ζ₂时，还包括：

全向波束形成权值表示为w_BCH，第k个用户的下行波束形成输出表示为

y^(k)(t)＝w_BCHx^(k)(t)       (15)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

本发明所提供的一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，由于采用根据实际信道环境的情况选择不同的上行DOA估计和下行波束赋形方案，与现有技术相比，在一定程度上减弱了基站天线侧多径角度扩展对智能天线性能的影响，对无线信道环境变化的实时适应性较强，并明显地提高系统的稳健性和可靠性，从而显著、有效地改善智能天线的系统性能。

附图说明

图1是本发明的同步CDMA通信系统的智能天线实现模块的结构框图；

图2是本发明同步CDMA通信系统的智能天线实现方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行更为详细的说明。

本发明的同步CDMA通信系统的智能天线实现方法，如图2所示的，包括以下步骤：

(1)根据各用户在天线阵列上的信道估计，计算各用户天线阵列信道估计的空间协方差矩阵；

(2)在天线阵列的覆盖角度范围内，以一定的角度步长计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率；

(3)在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率的峰均比，将该峰均比分别与第一门限和第二门限进行比较，并根据比较结果分别采用下列三种处理方式：

A.若峰均比超过第一门限，则根据已有的上行接收功率值或DOA估计值，预测下行波束赋形方向，生成对应的波束赋形权值，实现波束赋形；

B.若峰均比未超过第一门限但超过了第二门限，则搜索各用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，得到对应的DOA估计结果，并生成下行波束赋形权值，从而实现波束赋形；

C.若峰均比未超过第二门限，则该用户采用全向波束形成(即广播波束)的权值作为其下行波束赋形权值，实现波束赋形。

如图1所示，本发明方法的同步CDMA通信系统的智能天线实现模块包括：

1)天线阵列(101)

2)多通道放大单元(102)

3)多通道收发信机单元(103)

4)信道估计单元(104)

5)上行基带处理单元(105)

6)空间协方差矩阵生成单元(106)

7)上行接收功率计算与峰均比判别单元(107)

8)下行赋形权值生成单元(108)

9)下行波束赋形单元(109)

对于上行链路而言，多通道放大单元(102)工作在低噪放大模式，无线信号由天线阵列(101)接收，经过多通道放大单元(102)放大后传送至多通道收发信机单元(103)；所述多通道收发信机单元(103)对射频信号进行滤波、下变频、模数变换等处理后转换成数字基带信号。

所述信道估计单元(104)用来实现各个用户的信道冲激响应估计，从而得到信道的幅度、相位、多径等信息；多通道收发信机单元(103)和信道估计单元(104)的输出分别传送至上行基带处理单元(105)，实现上行链路接收数据的解调工作；空间协方差矩阵生成单元(106)利用信道估计单元(104)输出的各个用户在天线阵列上的信道估计结果生成对应的空间协方差矩阵。

上行接收功率计算与峰均比判别单元(107)首先根据空间协方差矩阵生成单元(106)的输出完成对各用户上行接收功率的计算，然后计算各用户上行接收功率的峰均比，最后再根据峰均比的判别结果确定各用户下行赋形权值的生成方式，并将处理结果传送至下行赋形权值生成单元(108)。

所述下行赋形权值生成单元(108)根据上行接收功率计算与峰均比判别单元(107)的处理结果输出生成各用户相应的下行波束赋形权值；下行波束赋形单元(109)基于赋形权值对各用户的下行发射基带数据进行波束赋形处理；多通道收发信机单元(103)对下行波束赋形单元(109)输出的基带赋形数据进行数模变换、上变频、滤波等处理后转换成模拟射频信号；对于下行链路而言，多通道放大单元(102)工作在功率放大模式，射频信号经过多通道放大单元(102)放大后由天线阵列(101)发射。

如图2所示，本发明的同步CDMA通信系统的智能天线实现方法具体步骤如下：

步骤210，根据各用户在天线阵列上的信道估计，计算各用户天线阵列信道估计的空间协方差矩阵。

针对天线阵列，第k个用户的信道估计矩阵为

Ka表示天线数，W表示信道估计窗长。其空间协方差矩阵表示为

$R_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}=H^{\left(k\right)}\·{\left(H^{\left(k\right)}\right)}^H---\left(2\right)$

式中(·)^H表示共轭转置运算。

步骤220，在天线阵列的覆盖角度范围内，以一定的角度步长计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率。

第k个用户、在θ_i方向上对应的上行接收功率为

$P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\left(a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)}^H{R}_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)---\left(3\right)$

式中a(θ_i)表示θ_i方向上的导向矢量。

步骤230，在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率的峰均比，将该峰均比分别与第一门限和第二门限进行比较，并根据比较结果分别采用下列分支2301、分支2302、分支2303三种处理方式。

第k个用户对应的上行接收功率的峰均比表示为

${\mathrm{\η}}^{\left(k\right)}=\frac{\max \left[P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right]}{\stackrel{\‾}{P^{\left(k\right)}}}---\left(4\right)$

式中

表示在天线阵列的覆盖角度范围内第k个用户的上行接收功率均值。

ζ₁、ζ₂分别表示第一门限和第二门限，ζ₁＞ζ₂。ζ₁和ζ₂的取值可以通过仿真研究或实际外场测试而确定。利用第一门限ζ₁和第二门限ζ₂可以分别判断基站天线侧多径角度扩展较小的情况、基站天线侧存在一定多径角度扩展的情况以及基站天线侧多径角度扩展较大的情况。

分支2301，满足条件η^(k)＞ζ₁，则根据已有的上行接收功率值或DOA估计值，预测下行的波束赋形方向，生成对应的波束赋形权值，实现波束赋形。

针对是利用上行接收功率值还是利用DOA估计值来预测下行波束赋形方向，分支2301的具体实现可分为两种方案：

方案一，若利用已有的最近M个上行接收功率值预测下行的波束赋形方向，其具体方法如下：

第一步，计算下行发射时刻、在天线阵列的覆盖角度范围内、各用户在不同方向上的上行接收功率预测值，即

${\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=f(P_{-1}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),P_{-2}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),...,P_{-M}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right))---\left(5\right)$

式中f(·)表示预测算法，

表示第k个用户、θ_i方向上、在下行发射时刻的上行接收功率预测值，表示第k个用户、θ_i方向上、当前时刻之前的第m个上行接收功率值。

第二步，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率预测值的最大值，其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left({\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(6\right)$

第三步，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(7\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝(w^(k))^Hx^(k)(t)               (8)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

方案二，若利用已有的最近M个上行DOA估计值预测下行波束赋形方向，其具体方法如下：

第一步，计算该用户在下行发射时刻的下行波束赋形方向预测值，即

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=f({\mathrm{\θ}}_{-1}^{\left(k\right)},{\mathrm{\θ}}_{-2}^{\left(k\right)},...,{\mathrm{\θ}}_{-M}^{\left(k\right)})---\left(9\right)$

式中f(·)表示预测算法，

表示第k个用户、在下行发射时刻的下行波束赋形方向，

表示第k个用户在当前时刻之前的第m个上行DOA估计结果。

第二步，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(10\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)                    (11)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

分支2302，满足条件ζ₂＜η^(k)≤ζ₁，则搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，得到对应的DOA估计结果，并生成下行波束赋形权值，从而实现波束赋形。

第一步，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，

其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left(P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(12\right)$

第二步，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(13\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)                    (14)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

分支2303，满足条件η^(k)≤ζ₂，则该用户采用全向波束形成(即广播波束)的权值作为其下行波束赋形权值，实现波束形成。

全向波束形成权值表示为w_BCH，第k个用户的下行波束形成输出表示为

y^(k)(t)＝w_BCHx^(k)(t)                    (15)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

本发明给出了一种同步CDMA通信系统的智能天线实现方法，能够根据实际信道环境的情况选择不同的上行DOA估计和下行波束赋形方案，从而在一定程度上减弱基站天线侧多径角度扩展对智能天线性能的影响，提高系统的稳健性和可靠性。

本发明适用于同步码分多址(CDMA)通信系统，尤其适用于第三代移动通信系统中的TD-SCDMA系统(1.28Mcps TDD)和3.84Mcps TDD系统，但是也同样适用于采用同步CDMA的频分多址和时分多址的系统，任何具有信号处理、通信等知识背景的技术人员，根据本发明设计的等同的智能天线实现方法，其均应包含在本发明的思想和范围中。

应当理解的是，上述针对具体实施方式的描述较为具体，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种码分多址通信系统的智能天线实现方法，包括以下步骤：

A、根据各用户在天线阵列上的信道估计，计算各用户天线阵列信道估计的空间协方差矩阵；

B、在天线阵列的覆盖角度范围内，以一定的角度步长计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率；

C、在天线阵列的覆盖角度范围内，计算各用户在不同方向上对应的上行接收功率的峰均比，将该峰均比分别与第一门限和第二门限进行比较，若峰均比超过第一门限，则根据已有的上行接收功率值或波达角估计值，预测下行波束赋形方向，生成对应的波束赋形权值，若峰均比未超过第一门限但超过了第二门限，则搜索各用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，得到对应的波达角估计结果，并生成下行波束赋形权值，若峰均比未超过第二门限，则该用户采用全向波束形成即广播波束的权值作为其下行波束赋形权值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中针对天线阵列，第k个用户的信道估计矩阵为

Ka表示天线数，W表示信道估计窗长，k为计数自然数，

表示第k个用户在第1根天线上第1点的信道冲激响应估计，

表示第k个用户在第1根天线上第2点的信道冲激响应估计；

表示第k个用户在第ka根天线上第W点的信道冲激响应估计，第k个用户的信道估计矩阵的空间协方差矩阵表示为

$R_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}=H^{\left(k\right)}\·{\left(H^{\left(k\right)}\right)}^H---\left(2\right)$

式中(·)^H表示共轭转置运算。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B中

第k个用户、在θ_i方向上对应的上行接收功率为

$P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)={\left(a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)}^H{R}_{\mathrm{HH}}^{\left(k\right)}a\left({\mathrm{\θ}}_i\right)---\left(3\right)$

式中a(θ_i)表示θ_i方向上的导向矢量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，第k个用户对应的上行接收功率的峰均比表示为

${\mathrm{\η}}^{\left(k\right)}=\frac{\max \left[P^{\left(k\right)}\left(\mathrm{\θ}\right)\right]}{\stackrel{\‾}{P^{\left(k\right)}}}---\left(4\right)$

式中

表示在天线阵列的覆盖角度范围内第k个用户的上行接收功率均值，p^(k)(θ)表示第k个用户对应的上行接收功率值，ζ₁、ζ₂分别表示第一门限和第二门限，ζ₁＞ζ₂；

在η^(k)＞ζ₁时，若利用已有的最近M个上行接收功率值预测下行的波束赋形方向，其包括步骤：

C11，计算下行发射时刻、在天线阵列的覆盖角度范围内、各用户在

不同方向上的上行接收功率预测值，即

${\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=f(P_{-1}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),P_{-2}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right),...,P_{-M}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right))---\left(5\right)$

式中f(·)表示预测算法，

表示第k个用户、θ_i方向上、在下行发射时刻的上行接收功率预测值，

表示第k个用户、θ_i方向上、当前时刻之前的第m个上行接收功率值；

C12，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率预测值的最大值，其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left({\tilde{P}}^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(6\right)$

C13，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(7\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝(w^(k))^Hx^(k)(t)                 (8)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在η^(k)＞ζ₁时若利用已有的最近M个上行波达角估计值预测下行波束赋形方向，其步骤包括：

C1a，计算该用户在下行发射时刻的下行波束赋形方向预测值，即

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=f({\mathrm{\θ}}_{-1}^{\left(k\right)},{\mathrm{\θ}}_{-2}^{\left(k\right)},...,{\mathrm{\θ}}_{-M}^{\left(k\right)})---\left(9\right)$

式中f(·)表示预测算法，

表示第k个用户、在下行发射时刻的下行波束赋形方向，

表示第k个用户在当前时刻之前的第m个上行波达角估计结果；

C1b，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(10\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)                    (11)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在满足条件ζ₂＜η^(k)≤ζ₁时，包括步骤：

C21，搜索该用户在不同方向上对应的上行接收功率的最大值，其最大值对应的方位角度即为下行波束赋形方向，表示为

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}=\underset{{\mathrm{\θ}}_i}{\arg }\left[\max \left(P^{\left(k\right)}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\right)\right]---\left(12\right)$

C22，实现下行波束赋形，即

第k个用户的波束赋形权值表示为

$w^{\left(k\right)}={\left[a\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{BF}}^{\left(k\right)}\right)\right]}^H---\left(13\right)$

第k个用户的波束赋形输出表示为

y^(k)(t)＝w^(k)x^(k)(t)                (14)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在满足条件η^(k)≤ζ₂时，还包括：

全向波束形成权值表示为w_BCH，第k个用户的下行波束形成输出表示为

y^(k)(t)＝w_BCHx^(k)(t)                (15)

式中x^(k)(t)表示第k个用户的发射数据。

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