CN101374007B - 一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法，包括以下步骤：A、确定发射端所使用的波束个数及各波束的中心角度；将各波束对应于一组发射权值；B、发射端确定各用户设备位置对应的波束；C、发射端根据每个用户设备位置所对应的波束所对应的发射权值对待发射信号进行发射端加权并发射。本发明利用多波束来进行多用户同时同频发送，可以有效地提高系统性能和吞吐率。

Description

一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法

技术领域

本发明涉及MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出)无线移动通信系统，具体涉及一种MU-MIMO(多用户多输入多输出)系统中的信号发射方法。

背景技术

多输入多输出系统由于其有效提高信道容量而成为LTE(长期演进)的研究中一项倍受人们关注的技术。目前的MU-MIMO方法都是基于precoding(预编码)技术的，依靠预编码实现用户间的干扰消除。

在蜂窝移动通信系统中，由于用户通常分布在各个方向，加之无线移动信道的多径效应，有用信号存在一定的空间分布。其一，当基站接收信号时，来自各个用户的有用信号到达基站的方向可能不同，且信号与其到达角度之间存在复杂的依赖关系；其二，当基站发射信号时，可被用户有效接收的也只是部分的信号。考虑到这一因素，调整天线方向图使其能实现指向性的接收与发射是很自然的想法，这也就是波束赋形概念的最初来源。波束赋形就是通过调整阵列天线各阵元的激励，来使天线波束方向图形状变为指定的波束形状。波束赋形的目标是根据系统性能指标，形成对基带(中频)信号的最佳组合或者分配。具体地说，其主要任务是补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真，同时降低同信道用户间的干扰。因此对于小天线间距(0.5λ)情况下的MIMO系统，更加适合于应用波束成形技术。对于MU-MIMO，可以利用多波束来进行多用户同时同频发送。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法，该方法和多天线技术及beamforming(天线波束赋形)技术相结合，能有效地提高系统性能和吞吐率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、确定发射端所使用的波束个数及各波束的中心角度；将各波束对应于一组发射权值；

B、发射端确定各用户设备位置对应的波束；

C、发射端根据每个用户设备位置所对应的波束所对应的发射权值对待发射信号进行发射端加权并发射。

进一步的，所述步骤C前还包括：发射端根据配对准则确定可以同时工作的用户设备；

所述步骤C中，发射端对发往可以同时工作的用户设备的信号同时进行发射。

进一步的，所述配对准则为：位置所对应的波束主瓣相互之间没有干扰的用户设备可以同时工作

进一步的，所述步骤A中，将各波束对应于一个波束序号；

所述步骤B中，发射端确定各用户设备位置对应的波束的方式为以下两种中的任意一种：

一种是由发射端通过用户设备的来波方向估计用户设备位置的方向角，发射端确定该用户设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束；

另一种是由用户设备估计本设备位置的方向角，确定本设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束；用户设备将所对应波束的波束序号反馈给发射端；发射端根据该波束序号确定用户设备位置对应的波束。

进一步的，当发射端使用4根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为8个，各波束中心角度间的夹角均为15度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

进一步的，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于4。

进一步的，当发射端使用6根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为16个，各波束中心角度间的夹角均为7.5度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

进一步的，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于5。

进一步的，当发射端使用8根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为16个，各波束中心角度间的夹角均为7.5度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

进一步的，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于4。

本发明利用多波束来进行多用户同时同频发送，可以有效地提高系统性能和吞吐率。

附图说明

图1是本发明实施例所述的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法的流程图。

图2是本发明实施例所述的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法的4天线8波束分布情况示意图；

图3是本发明实施例所述的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法的4天线2用户使用方式示意图；

图4是本发明实施例所述的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法的6天线16波束分布情况示意图；

图5是本发明实施例所述的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法的8天线16波束分布情况示意图；

具体实施方式

本发明提供了一种基于天线波束赋形技术的多用户多输入多输出系统中的信号发射方法，可以有效地提高系统性能和吞吐率。以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明大致思路为：

步骤501：根据发射端的天线配置情况，确定使用几个波束及各波束的中心角度，各波束中心角度间的夹角可以但不限于相同；将每个波束与一个波束序号相对应，并且对应于一组固定的发射权值。

通常来说，4天线时波束宽度较宽，使用各扇区8波束方式；6天线或8天线时波束窄，使用各扇区16波束方式。

步骤502：发射端确定每个用户设备位置对应的波束，确定方式为以下两种中的任意一种：

一种方式是由发射端通过用户设备的来波方向(DOA)估计用户设备所在位置的方向角，发射端确定该用户设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束——即估计得到的方向角与哪个波束中心角度最近，就认为该用户设备对应于哪个波束；

另一种方式是由用户设备估计本设备所在位置的方向角，确定本设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束——即所得到的方向角与哪个波束中心角度最近，就认为本设备属于哪个波束，将所对应波束的波束序号反馈给发射端，发射端根据该波束序号确定用户设备位置对应的波束；当扇区中波束个数为8个时，反馈开销为3bit(位)；扇区中波束个数为16个时，反馈开销为4bit。

步骤503：发射端根据配对准则确定可以同时工作的用户设备——即确定可以配为一对的用户设备。所述配对准则是一种约束条件，其具体内容为：位置所对应的波束主瓣相互之间没有干扰的用户设备可以同时工作；根据天线数目的不同有不同的配对准则。

步骤504：发射端根据每个用户设备位置所对应的波束所对应的发射权值对待发射信号进行发射端加权并发射，加权方法同现有技术；对于发往步骤503中确定的可以同时工作的用户设备的信号同时进行发射。

下面用三个实施例来具体进行说明。

实施例1，如图2所示，当基站为4天线的情况时：

配置：4天线线阵阵列，天线间距为λ/2，或接近λ/2(由于上下行在不同频点)

一个发射端——如基站分为3个扇区，每个扇区120度，此时将120度的空间范围内共分为8个波束，如果采用反馈方式确定波束序号则需要3bit反馈开销，两相邻波束中心角度之间的间隔均为15°。

如图2所示，本实施例中所固定的8个波束的中心角度分别为：波束1是-52.5°，波束2是-37.5°，波束3是-22.5°，波束4是-7.5°，波束5是7.5°，波束6是22.5°，波束7是37.5°，波束8是52.5°。每个波束有其对应的固定的一组发射天线权值。

实际应用中，各波束中心角度的具体值可以但不限于为上述的值。

发射端获得用户设备所在位置的方位角度信息的方式有两种，可以选择其中一种进行工作：

第一种，利用上行链路的信息估计得到UE(用户设备)所在位置的方位角度，从8个固定波束的中心角度中选择与所估计得到的方向角度最接近的波束方向，确定此方向角所对应波束的波束序号；

第二种，UE估计自身所在位置对应的空间角度，从8个固定波束的中心角度方向中选择与所估计得到的方向角度最接近的波束方向，确定此方向角所对应波束的波束序号，并将该波束序号反馈至发射端，此时需要3bit反馈开销。

每个波束方向对应着一组固定的权值，所述发射端根据所选择的波束的权值对待发射信号进行加权后发射。

如图3所示，配对准则——也就是同时调度2个用户设备的条件为：Num_user2-Num_user1＞＝4，其中，Num_user1为一个用户设备位置对应的波束序号，Num_user2为另一个用户设备位置对应的波束序号；由此可见4天线8固定波束方式下最多能够容纳2个用户设备同时使用，在图3中，就是位置对应于波束2和波束6的用户设备可以同时发射。

实施例2，如图4所示，为6天线情况：

对于6天线情况的方法与原理与4天线情况几乎完全相同，区别在于：天线数目由变为6、并且一个扇区120度空间内共分16个波束，波束序号也增加至16个，反馈波束号需要4bit，两相邻波束中心角度之间的间隔均为7.5°。

16个波束的中心角度为：波束11是-56.25°，波束12是-48.75°，波束13是-41.25°，波束14是-33.75°，波束15是-26.25°，波束16是-18.75°，波束17是-11.25°，波束18是-3.75°，波束19是3.75°，波束20是11.25°，波束21是18.75°，波束22是26.25°，波束23是33.75°，波束24是41.25°，波束25是48.75°，波束26是56.25°。实际应用中，各波束中心角度的具体值可以但不限于为上述的值。

本实施例中，同时调度2个用户的条件为：Num_user2-Num_user1＞＝5，其中，Num_user1为一个用户设备位置对应的波束序号，Num_user2为另一个用户设备位置对应的波束序号。

实施例3，如图5所示，为8天线情况：

对于8天线情况的方法与原理与6天线情况几乎完全相同，16个波束的中心角度也为：波束31是-56.25°，波束32是-48.75°，波束33是-41.25°，波束34是-33.75°，波束35是-26.25°，波束36是-18.75°，波束37是-11.25°，波束38是-3.75°，波束39是3.75°，波束40是11.25°，波束41是18.75°，波束42是26.25°，波束43是33.75°，波束44是41.25°，波束45是48.75°，波束46是56.25°。实际应用中，各波束中心角度的具体值可以但不限于为上述的值。

唯一的区别在于：  同时调度2个用户的条件为：Num_user2-Num_user1＞＝4，其中，Num_user1为一个用户设备位置对应的波束序号，Num_user2为另一个用户设备位置对应的波束序号。

本发明实施例所述内容利用多波束来进行多用户同时同频发送，可以有效地提高系统性能和吞吐率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种多用户多输入多输出系统中的信号发射方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、确定发射端所使用的波束个数及各波束的中心角度；将各波束对应于一组发射权值；

B、发射端确定各用户设备位置对应的波束；

所述发射端确定各用户设备位置对应的波束的方法为以下两种中的任意一种：

一种是由发射端通过用户设备的来波方向估计用户设备位置的方向角，发射端确定该用户设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束；

另一种是由用户设备估计本设备位置的方向角，确定本设备对应于中心角度与所述方向角最接近的波束；用户设备将所对应波束的波束序号反馈给发射端；发射端根据该波束序号确定用户设备位置对应的波束；

C、发射端根据每个用户设备位置所对应的波束所对应的发射权值对待发射信号进行发射端加权并发射，发射端根据配对准则确定可以同时工作的用户设备，发射端对发往可以同时工作的用户设备的信号同时进行发射，所述配对准则为：位置所对应的波束主瓣相互之间没有干扰的用户设备可以同时工作。

2.如权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，所述步骤A中，将各波束对应于一个波束序号。

3.如权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，当发射端使用4根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为8个，各波束中心角度间的夹角均为15度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

4.如权利要求3所述的信号发射方法，其特征在于，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于4。

5.如权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，当发射端使用6根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为16个，各波束中心角度间的夹角均为7.5度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

6.如权利要求5所述的信号发射方法，其特征在于，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于5。

7.如权利要求1所述的信号发射方法，其特征在于，当发射端使用8根天线时，所述步骤A具体为：确定波束个数为16个，各波束中心角度间的夹角均为7.5度；将各波束对应于一组发射权值及一个波束序号。

8.如权利要求7所述的信号发射方法，其特征在于，所述配对准则为两个用户设备对应的波束序号间的差值大于或等于4。

Images