CN101079662B - 多天线终端进行上行通信的方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多天线终端进行上行通信的方法，包括：A、多天线终端获得各天线的赋形权值；B、将信号和各天线的赋形权值分别相乘后在相应的天线上发送；C、基站对接收到的信号进行恢复。本发明同时公开一种多天线终端进行上行通信的系统和装置。

Description

多天线终端进行上行通信的方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及蜂窝移动通信系统中终端与基站间进行上行通信的技术领域，尤其涉及一种多天线终端进行上行通信的方法和系统。 

背景技术

目前，基于正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Devision Multiplexing)调制方式的蜂窝移动通信系统已经得到广泛的应用。所谓基于OFDM调制的蜂窝移动通信系统，是指用户利用多个正交的子载波进行数据传输的蜂窝移动通信系统。在该系统中，由于不同用户所使用的子载波是彼此正交的，因此并不存在小区内的用户间干扰。但是不同小区的用户会使用相同的子载波进行数据的传输，从而带来较大的小区间干扰，因此对于基于OFDM调制的蜂窝移动通信系统来说，小区间干扰成为其主要的干扰。 

在现有的基于正交频分复用调制方式的蜂窝移动通信系统中可以采用小区间干扰随机化(Randomization)、小区间干扰消除技术(Cancellation)以及小区间干扰协调(co-ordination)等技术来降低小区间的干扰。 

但是，上述方法都是基于单天线终端进行的，由于单天线终端都是采用单天线发送全方向的上行信号，这样将降低抑制小区间干扰的效率。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多天线终端进行上行通信的方法和系统，解决的技术问题是提高了蜂窝移动通信系统中抑制小区间干扰的效率。 

本发明包括： 

一种多天线终端进行上行通信的方法，包括： 

A1、基站测量终端的上行信道受到干扰的程度； 

A2、如果多天线终端受到干扰的程度大于预设值，基站将通知该多天线终端执行步骤B，否则通知该天线终端执行步骤A3； 

A3、多天线终端将未赋形的上行信号从天线发送，基站对接收到的未赋形信号进行恢复； 

B、多天线终端获得各天线的赋形权值； 

C、利用各天线的赋形权值对上行信号进行波束赋形后，在相应的天线发送赋形后的上行信号； 

D、基站对接收到的上行信号进行恢复。 

其中，所述步骤B中多天线终端获得各天线上的赋形权值的过程包括： 

通过获得的导频符号进行信道估计，得到基站天线与多天线终端的各天线之间的信道冲击响应；根据基站天线与多天线终端的各天线之间的信道冲击响应计算相应天线的赋形权值。 

其中，所述导频符号为：广播信道携带的导频符号、或下行公共控制信道携带的导频符号、或下行数据信道携带的导频符号。 

其中，所述步骤B中多天线终端获得各天线上的赋形权值的过程包括： 

基站根据多天线终端上行通信所携带的导频符号计算天线的赋形权值后，将天线的赋形权值发送给该多天线终端。 

其中，所述步骤C中利用各天线的赋形权值对上行信号进行波束赋形的过程为：将上行信号分别与各天线的赋形权值进行乘法运算。 

其中，所述方法应用于时分双工移动通信系统，或应用于频分双工移动通信系统。 

一种多天线终端进行上行通信的系统，包括多天线终端和基站，其中： 

所述多天线终端包括： 

赋形权值计算单元，用于计算天线的赋形权值； 

波束赋形单元，根据天线的赋形权值对上行信号进行赋形； 

天线，用于收发信号； 

所述基站包括： 

上行信号恢复单元，用于恢复接收到的信号； 

天线，用于收发信号。 

其中，所述基站还包括： 

上行信道干扰测量单元，用于测量上行信道的受干扰程度； 

用户判决单元，用于判断终端上行信道受到的干扰是否超过预先设定的阈值，并发送判断结果。 

一种多天线终端进行上行通信的系统，包括多天线终端和基站，其中： 

所述多天线终端包括： 

赋形权值接收单元，用于接收天线的赋形权值； 

波束赋形单元，根据天线的赋形权值对上行信号赋形； 

天线，用于收发信号； 

所述基站包括： 

赋形权值计算单元，用于计算天线的赋形权值； 

赋形权值反馈单元，发送天线的赋形权值； 

上行信号恢复单元，恢复接收到的上行信号； 

天线，用于收发信号。 

其中，所述基站还包括： 

上行信道干扰测量单元，用于测量上行信道的受干扰程度； 

用户判决单元，用于判断终端上行信道受到的干扰是否超过预先设定的阈值，并发送判断结果。 

附图说明

图1是本发明方法实施例1的流程图。 

图2是本发明效果示意图。 

图3是本发明方法实施例2的流程图。 

图4是本发明方法实施例3的流程图。 

图5是本发明系统实施例1的示意图。 

图6是本发明系统实施例2的示意图。 

图7是本发明系统实施例3的示意图。 

图8是本发明系统实施例4的示意图。 

具体实施方式

在本发明中，多天线终端利用终端的多根天线对上行信息进行波束赋形，从而降低上行方向的小区间干扰。也就是说，多天线终端用户根据其服务基站所处的方位，形成一个指向该基站的定向波束，使得该基站在接收该用户的有用信号时，由于天线增益获得了改善，有用信号的幅度获得大幅度的提高，从而提高有用信号传输的可靠性，并且降低该用户发送的信号对其他小区基站的干扰。 

下面结合实施例1对本发明的方法做进一步具体说明。 

参见图1，多天线终端进行上行通信的方法包括： 

步骤101，多天线终端用户获得导频符号。 

多天线终端用户获得导频符号的方式包括： 

a、利用广播信道上附带的导频符号进行各个天线上的赋形权值的计算； 

b、利用下行公共控制信道上附带的导频符号进行各个天线上的赋形权值的计算； 

c、利用下行数据信道中的导频符号进行各个天线上的赋形权值的计算。 

在方式a中，广播信道用于基站向小区中的所有用户发送小区广播信息，比如小区的配置信息等。为使用户能够解调该广播信息，通常要在广播信息中插入相应的导频符号，那么利用这些导频符号多天线终端用户可以通过在解调广播信息的同时获得各个天线上的赋形权值。 

在方式b中，下行公共控制信道用于基站向小区中的所有用户发送控制 信息，比如：下行资源分配信息、上行资源分配信息、以及上行数据传输的应答信息(比如ACK、NACK)等。为使用户能够解调该控制信息，通常要在控制信息中插入相应的导频符号，那么利用这些导频符号多天线终端用户可以通过在解调控制信息的同时获得各个天线上的赋形权值。 

在方式c中，下行数据信道用于基站向小区中的用户发送数据信息，为使用户能够解调来自基站的数据信息，通常要在数据信息中插入相应的导频符号。那么利用这些导频符号多天线终端用户可以通过在解调控制信息的同时获得各个天线上的赋形权值。 

步骤102，多天线终端用户通过导频符号进行各天线赋形权值的计算。 

以基站具有1根天线、终端具有N根天线为例，进行具体说明。首先通过导频符号进行信道估计，得到信道冲击响应向量H： 

H＝[h₁ h₂…h_N](1) 

其中，h_i，i＝1...N是指基站天线与多天线终端用户的每一根天线之间的信道冲击响应。 

然后，采用最大比波束赋形的方法计算各个天线的赋形权值： 

P＝w^HH^HHw                 (2) 

其中，w＝[ω₁ ω₂…ω_N]^T，上标“T”表示矩阵的转置，N表示用户终端的天线数量；上标“H”表示矩阵的共轭转置。当某个w能使函数P获得最大值，则该w中的ω_i，i＝1...N，是对应天线的赋形权值。 

上述根据导频符号计算各天线的赋形权值的方法为最大比波束赋形的方法。实际情况中，根据导频符号计算各天线的赋形权值的方法有多种，可以根据情况选择一种波束赋形权值的计算方法，比如：基于方向的赋形、特征值分解赋形等，这里不再对各种算法进行详细说明。 

上述方法是以基站具有1根天线为例进行具体说明的，在基站具有多根天线时，由于只是为了利用基站的方位信息，可以任意选择其中一根基站天线对应的信道冲进响应向量进行相应的赋形权值计算即可。 

步骤103，多天线终端用户将信号波束赋形后发送，其具体过程为： 

如果多天线终端用户的天线数目为N，则将需要发送的数据和导频符号复制N份，并将在步骤102中获得的各个天线的赋形权值与数据和导频符号 的每一个复本相乘，可得到N个赋形后的数据和N个赋形后的导频符号，共形成N个发送信号，并从各自对应的天线上发送出去。 

步骤104，基站对接收到的多天线终端用户的发送信号进行恢复。 

由于在发送赋形的过程中，导频符号以及数据符号都进行了发送赋形，那么通过导频符号进行信道估计得到的是赋形之后的信道参数，可以直接利用这个估计出来的信道参数恢复发送的信号。这个恢复方法与对单天线终端用户发送信息的恢复方法相同，这里将不进行详细说明。 

通过实施例1的方法，多天线终端用户可以根据其服务基站所处的方位，形成一个指向该基站的定向波束，如图2所示。在图2中，当处于基站1服务区内的用户A向基站1发送波束赋形后的上行信息时，使得基站1在接收用户A的上行信号时，由于天线增益获得了改善，用户A的上行信号的幅度获得大幅度的提高，从而提高用户A的上行信号的传输可靠性，并且降低用户A发送的上行信号对其他小区(例如：基站2服务的小区)的干扰。 

对于处在基站2服务区内的用户B，原理相同，这里不再重复说明。 

在实施例1中，多天线终端用户通过获得的导频符号计算各天线的赋形权值，并对上行信息进行波束赋形。实际情况中，多天线终端用户也可以通过基站的反馈获得各天线的赋形权值，并对上行信息进行波束赋形。下面结合实施例2，对该方法做进一步具体说明。 

参见图3，多天线终端进行上行通信的方法包括： 

步骤301，基站在多天线终端用户的上行传输中获得其导频符号。 

步骤302，基站利用多天线终端用户的导频符号进行赋形权值的计算。并将该权值反馈给用户终端。 

其中，基站反馈各天线的赋形权值的过程包括： 

在基站和终端侧，预存储一个赋形权值指示和相应的赋形权值的映射表格，基站在计算完赋形权值之后，与映射表格中各个赋形权值进行比较，选择其中一个与计算出来的赋形权值最接近的赋形权值作为即将使用的赋形权值，并将其对应的赋形权值指示发送给用户终端。 

步骤303，多天线终端用户收到基站发送的赋形权值指示后，在赋形权值的映射表格中找到相应的赋形权值，从而得到各天线的赋形权值。 

步骤304，多天线终端用户将信息波束赋形后发送，其具体过程为： 

如果多天线终端用户的天线数目为N，则将需要发送的数据和导频符号复制N份，并将在步骤303中获得的各个天线的赋形权值与数据和导频符号的每一个复本相乘，可得到N个赋形后的数据和N个赋形后的导频符号，共形成N个发送信号，并从各自对应的天线上发送出去。 

步骤305，基站对接收到的多天线终端用户的发送信息进行恢复。 

在实施例1和实施例2中，所有多天线终端用户在上行发送信息时都是进行波束赋形发送的，而不管具体的小区间干扰情况。实际上可以只对小区间干扰严重的多天线终端用户进行上行发送信息的波束赋形，而其他多天线终端用户不进行上行发送信息的波束赋形。 

下面结合实施例3对该方法做进一步具体说明。 

参见图4，多天线终端进行上行通信的方法包括： 

步骤401，基站测量小区中多天线终端用户的上行信号的信扰比(SINR)，SINR越大表示干扰情况较轻，SINR越小表示干扰情况较重。可以使用1/SINR表示扰信比，表示上行方向的干扰情况。 

步骤402，基站判断上行方向的干扰情况1/SINR是否大于预先设定的阈值。如果大于阈值，则判定该多天线终端用户为小区间干扰严重的多天线终端用户，并通过下行控制信令告知给该多天线终端用户，从步骤403向后继续执行；否则判定该多天线终端用户为小区间干扰轻的多天线终端用户，并通过下行控制信令告知给该多天线终端用户，从步骤405向后继续执行。 

步骤403，多天线终端用户获得各个天线上的发送权值。 

其中，多天线终端用户获得各天线的赋形权值的方法与实施例1和实施例2中多天线终端用户获得各天线的赋形权值的方法相同，这里不再重复说明。 

步骤404，多天线终端用户将信号波束赋形后发送，其具体过程为： 

多天线终端用户根据步骤403中获得的各天线的赋形权值，对上行发送数据以及相应的导频符号进行赋形，形成各天线的赋形信号，并从向各个对应的天线上发送出去，执行步骤406。 

其中，多天线终端用户根据赋形权值对上行发送数据以及相应的导频符 号进行赋形，形成每个天线上的赋形信号，并从向各个对应的天线上发送出去的方法与实施例1和实施例2中多天线终端用户对各天线发送信号的赋形方法相同，这里不再重复说明。 

步骤405，多天线终端用户不对数据和导频符号进行赋形，而是将数据和导频符号与多根天线中的一根天线对应，或者将数据和导频符号都复制为与天线数量相同的份数，并与每一根发送天线对应，然后从各自对应的天线上发送出去，执行步骤406。 

步骤406，基站对接收到的多天线终端用户的发送信息进行恢复。 

本发明提供的方法适用于时分双工的移动通信系统。由于上行发射波束赋形技术主要目的是为了降低小区间的干扰，因此其对于赋形波束宽度以及方向的精度没有严格的要求。因此，对于频分双工系统来说，同样可以采用上述方法进行上行发送波束赋形，从而降低小区间干扰。 

基于多天线终端进行上行通信的方法，本发明还提出一种多天线终端进行上行通信的系统。 

下面结合实施例1对该系统做进一步具体说明。 

参见图5，多天线终端进行上行通信的系统包括多天线终端521和基站511，其中： 

多天线终端521用于计算各天线的赋形权值；根据各天线的赋形权值对上行的发送数据和导频符号进行赋形；发送波束赋形的上行信号； 

基站511用于对接收到的上行信号进行恢复。 

所述多天线终端521包括：赋形权值计算单元522，波束赋形单元523和天线524。 

赋形权值计算单元522利用从天线524接收到的导频符号计算各天线的赋形权值，并将各天线的赋形权值送入波束赋形单元523；波束赋形单元523，根据从赋形权值计算单元522获得的各天线的赋形权值对发送的数据和导频符号进行赋形；天线524，用于发送或接收信号。 

所述基站511包括：上行信号恢复单元512，天线513。 

上行信号恢复单元512对天线513接收到的信号进行恢复。 

实施例1所述的系统，多天线终端利用导频符号计算各天线的赋形权值， 实际情况中，也可以从基站获得各天线的赋形权值。 

下面结合实施例2对该系统做进一步具体说明。 

参见图6，多天线终端进行上行通信的系统包括多天线终端621和基站611，其中： 

多天线终端621用于接收基站611反馈的各天线的赋形权值；根据各天线的赋形权值对上行的发送数据和导频符号进行赋形；发送波束赋形的上行信号； 

基站611用于计算多天线终端的各天线的赋形权值；将赋形权值反馈给多天线终端621；对接收到的上行信号进行恢复。 

所述多天线终端621包括：赋形权值接收单元622，波束赋形单元623和天线624。 

赋形权值接收单元622通过天线624接收基站611反馈的各天线的赋形权值，并将得到的各天线的赋形权值发送到波束赋形单元623；波束赋形单元623，根据来自赋形权值接收单元622的各天线的赋形权值对发送的数据和导频符号进行赋形；波束赋形后的上行信号从天线624发送。 

所述基站611包括：赋形权值计算单元612，赋形权值反馈单元613，上行信号恢复单元614和天线615。 

赋形权值计算单元612利用从天线615获得的导频符号计算赋形权值，并将赋形权值发送给赋形权值反馈单元613；赋形权值反馈单元613将赋形权值计算单元612计算出来的赋形权值通过天线615反馈给终端。 

上行信号恢复单元614用于对天线615接收到的信号进行恢复。 

实施例1和实施例2所述的系统，所有多天线终端用户在上行发送信息时都是进行波束赋形发送的，而不管具体的小区间干扰情况。实际上可以只对小区间干扰严重的多天线终端用户进行上行发送信息的波束赋形，而其他多天线终端用户不进行上行发送信息的波束赋形。 

下面结合实施例3和实施例4对该系统做进一步具体说明。 

实施例3 

参见图7，多天线终端进行上行通信的系统包括多天线终端721和基站711，其中： 

基站711用于测量各终端上行信道受干扰的程度；判断终端上行信道的干扰是否超过预先设定的阈值，如果干扰大于阈值，则发送使能信息；否则不发送使能信息；对接收到的上行信号进行恢复。 

多天线终端721收到使能信息后，计算各天线的赋形权值，根据各天线的赋形权值对上行的发送数据和导频符号进行赋形，发送波束赋形的上行信号。 

所述基站711包括：上行信道干扰测量单元712，用户判决单元713，上行信号恢复单元714和天线715。 

上行信道干扰测量单元712测量各终端上行信道受干扰的程度，并将测量结果发送到用户判决单元713；用户判决单元713判断终端上行信道受到的干扰与预先设定的阈值进行比较，如果干扰大于阈值，则通过天线715发送使能信息；否则不发送使能信息。 

上行信号恢复单元714，用于对天线715接收到的信号进行恢复。 

所述多天线终端721包括：赋形权值计算单元722，波束赋形单元723，天线724。 

多天线终端721收到使能信息后，赋形权值计算单元722利用天线724接收到的导频符号计算各天线的赋形权值，并将得到的赋形权值发送到波束赋形单元723；波束赋形单元723根据各天线的赋形权值对发送的数据和导频符号进行赋形，并通过天线724发送波束赋形的上行信号。 

实施例4 

参见图8，多天线终端进行上行通信的系统包括多天线终端821和基站811，其中： 

基站811用于测量各终端上行信道受干扰的程度；判断终端上行信道的干扰是否超过预先设定的阈值，如果干扰大于阈值，则发送使能信息；否则不发送使能信息；计算多天线终端821的各天线的赋形权值；将赋形权值反馈给多天线终端821；对接收到的上行信号进行恢复。 

多天线终端821收到使能信息后，接收基站811反馈的各天线的赋形权值，根据各天线的赋形权值对上行的发送数据和导频符号进行赋形，发送波束赋形的上行信号。 

所述基站811包括：上行信道干扰测量单元812，用户判决单元813，赋形权值计算单元814，赋形权值反馈单元815、上行信号恢复单元816、天线817。 

上行信道干扰测量单元812测量各终端上行信道受干扰的程度，并将测量结果发送到用户判决单元813；用户判决单元813判断终端上行信道受到的干扰与预先设定的阈值进行比较，如果干扰大于阈值，则通过天线817发送使能信息；否则不发送使能信息。 

赋形权值计算单元814利用从天线817得到的导频符号计算赋形权值，并将得到的赋形权值发送到赋形权值反馈单元815；赋形权值反馈单元815通过天线817将赋形权值反馈给终端。 

上行信号恢复单元816，用于对天线817接收到的信号进行恢复。 

所述多天线终端821包括：赋形权值接收单元822，波束赋形单元823和天线824。 

多天线终端821收到使能信息后，赋形权值接收单元822通过天线824接收基站811反馈的各天线的赋形权值，并将所述赋形权值发送到波束赋形单元823；波束赋形单元823根据各天线的赋形权值对发送的数据和导频符号进行赋形，并通过天线824发送波束赋形的上行信号。 

基于上述系统，本发明还提出一种多天线终端进行上行通信的装置，包括：波束赋形单元，用于根据天线的赋形权值对上行信号赋形。 

其中，所述装置还包括赋形权值计算单元，用于计算天线的赋形权值。 

其中，所述装置还包括赋形权值接收单元，用于接收天线的赋形权值。 

Claims (8)

1.一种多天线终端进行上行通信的方法，其特征在于，包括：

A1、基站测量终端的上行信道受到干扰的程度；

A2、如果多天线终端受到干扰的程度大于预设值，基站将通知该多天线终端执行步骤B，否则通知该天线终端执行步骤A3；

A3、多天线终端将未赋形的上行信号从天线发送，基站对接收到的未赋形信号进行恢复；

B、多天线终端获得各天线的赋形权值；

C、利用各天线的赋形权值对上行信号进行波束赋形后，在相应的天线发送赋形后的上行信号；

D、基站对接收到的上行信号进行恢复。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中多天线终端获得各天线上的赋形权值的过程包括：

通过获得的导频符号进行信道估计，得到基站天线与多天线终端的各天线之间的信道冲击响应；根据基站天线与多天线终端的各天线之间的信道冲击响应计算相应天线的赋形权值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导频符号为：广播信道携带的导频符号、或下行公共控制信道携带的导频符号、或下行数据信道携带的导频符号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中多天线终端获得各天线上的赋形权值的过程包括：

基站根据多天线终端上行通信所携带的导频符号计算天线的赋形权值后，将天线的赋形权值发送给该多天线终端。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中利用各天线的赋形权值对上行信号进行波束赋形的过程为：将上行信号分别与各天线的赋形权值进行乘法运算。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于时分双工移动通信系统，或应用于频分双工移动通信系统。

7.一种多天线终端进行上行通信的系统，包括多天线终端和基站，其特征在于：

所述多天线终端包括：

赋形权值计算单元，用于计算天线的赋形权值；

波束赋形单元，根据天线的赋形权值对上行信号进行赋形；

天线，用于收发信号；

所述基站包括：

上行信号恢复单元，用于恢复接收到的信号；

天线，用于收发信号；

上行信道干扰测量单元，用于测量上行信道的受干扰程度；

用户判决单元，用于判断终端上行信道受到的干扰是否超过预先设定的阈值，并发送判断结果。

8.一种多天线终端进行上行通信的系统，包括多天线终端和基站，其特征在于：

所述多天线终端包括：

赋形权值接收单元，用于接收天线的赋形权值；

波束赋形单元，根据天线的赋形权值对上行信号赋形；

天线，用于收发信号；

所述基站包括：

赋形权值计算单元，用于计算天线的赋形权值；

赋形权值反馈单元，发送天线的赋形权值；

上行信号恢复单元，恢复接收到的上行信号；

天线，用于收发信号；

上行信道干扰测量单元，用于测量上行信道的受干扰程度；

用户判决单元，用于判断终端上行信道受到的干扰是否超过预先设定的阈值，并发送判断结果。

Images