CN101471707A - 时分双工多输入多输出的下行波束形成方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种时分双工多输入多输出的波束形成方法，该方法包括：计算移动终端非发射天线所对应的信道与码本元素的相关值，并反馈相关值具有最大模值的码本元素的编号；根据相关值具有最大模值的码本元素的编号，计算出移动终端非发射天线的信道矢量；综合所述移动终端非发射天线的信道矢量和基站根据时分双工系统上下行信道对称性得到的移动终端发射天线的信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵。本发明实施例还公开了一种基站、接收机和通信系统。应用本发明实施例以后，在部分反馈信息的情况下，降低了复杂度，并且数据流的速率能够得到提高。

Description

时分双工多输入多输出的下行波束形成方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及时分双工(TDD，Time Duplex Division)技术领域，更具体地，涉及一种时分双工多输入多输出的下行波束形成方法、装置和系统。

背景技术

近年来，信息论的研究已经表明，多天线技术(MIMO，Multiple InputMultiple Output)能够显著地提高通信系统的复用增益和分集增益。如果采用BLAST技术，不同的发射天线将发射不同的数据流，此时系统的容量将与MIMO信道的秩成比例增长；如果采用空时编码、单波束形成技术，所有天线将发射同一个数据流来提高传输可靠性，最大的分集增益可以等于发射天线数与接收天线数的乘积。当然，根据对速率及可靠性的具体要求，还可以将MIMO系统设计为同时利用复用增益与分集增益，即在复用与分集之间达到一个折衷。

在频分双工(FDD，Frequency Duplex Division)系统中，由于下行信道不容易获得，故下行波束形成矢量一般由移动终端计算，并从有限长度的码本(codebook)中选取，选取出来的最优码字(codeword)的编号由移动终端经低速率的反馈信道反馈到基站。这类方法通常被称为有限反馈预编码。

与FDD不同，在时分双工(TDD，Time Duplex Division)系统中，由于上下行链路利用相同的频率资源，故上下行信道存在互易性，即下行信道可以通过上行信道的估计得到。利用此信道信息，可以采用多种预编码技术，如奇异值分解(SVD，Singular Value Decomposition)、迫零(ZF，ZeroForcing)、最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)、Tomlinson-Harashima Precoding(THP)以及Vector Precoding(VP)等。对于TDD-MIMO系统，采用以上预编码技术的前提是移动终端要利用所有的天线进行发射，以使基站得到MIMO信道的所有信息。然而，由于功放功耗及复杂度等方面的限制，目前移动终端虽然可以采用多天线接收，但其上传仍采用单天线。这就使得基站利用互易性仅能得到关于移动终端一根天线所对应的部分信道信息(PCSI，Partial Channel State Information)。显然，仅依靠此部分信道信息，传统的预编码技术无法实现。此时的预编码只能利用部分CSI以及信道统计信息加以实现。

TDD-MIMO系统中，一种现有的预编码实现方法是采用伪特征波束形成技术。其思想是重构信道的相关矩阵，然后利用SVD分解的方法实现多个流的波束选取。重构的相关矩阵由三部分加权形成，即基站侧瞬时部分CSI所形成的秩为1的相关阵、移动终端反馈的长时信道相关阵、以及基站侧随机选取的包含瞬时PCSI的酉空间的长时统计。

然而，这种方法需要移动终端长时统计量的反馈，且基站与移动终端要同时执行SVD分解以选取传输模式，同时基站还要维持一个随机统计量，这个统计量要通过连续的QR分解来实现，因此实现起来复杂度相对较高。另外，这种伪特征波束形成技术中并没有确定最优的权值，实际使用时只能利用经验权值。显然，这种伪特征波束形成技术没有充分利用精确的PCSI，其对应的数据流的速率无法得到保证。

发明内容

本发明实施例提出一种时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，以降低实现复杂度。

本发明实施例提出一种时分双工多输入多输出的基站，以降低实现复杂度。

本发明实施例提出一种时分双工多输入多输出的通信系统，以降低实现复杂度。

本发明实施例的技术方案如下：

一种时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，该方法包括：

移动终端计算移动终端发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值，并向基站反馈所述相关值具有最大模值的码本元素的编号；

基站根据所述相关值具有最大模值的码本元素的编号，计算出移动终端非发射天线对应的下行信道矢量；

基站根据时分双工系统上下行信道对称性，测量得到移动终端发射天线的上行信道矢量，并将此上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量；

基站综合所述移动终端天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线对应的下行信道矢量和所述的移动终端发射天线对应的下行信道矢量组成。

一种基站，该基站包括移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元、移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元和最优发射预编码矩阵确定单元，其中：

移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于测量出所述发射天线的上行信道矢量，根据时分双工系统的上下行信道对称性，将所述测量得到的发射天线的上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量；

移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于接收由移动终端计算的移动终端非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量；

最优发射预编码矩阵确定单元，用于利用所述移动终端天线对应的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线的下行信道矢量和移动终端发射天线的下行信道矢量组成。

一种接收机，该接收机用于接收上述基站发射的波束。

一种通信系统，该通信系统包括基站和接收机，其中：

基站，用于接收由接收机计算的接收机非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量，并综合基站根据时分双工系统上下行信道对称性得到的接收机发射天线对应的下行信道矢量组成接收机天线的信道矢量，利用所述接收机天线的信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵；

接收机，用于接收由所述基站发射的波束。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中，移动终端计算移动终端非发射天线所对应的信道与码本元素的相关值，并向基站反馈相关值具有最大模值的码本元素的编号；基站根据相关值具有最大模值的码本元素的编号，计算出移动终端非发射天线的信道矢量，基站再根据时分双工系统上下行信道对称性，测量得到移动终端发射天线的上行信道矢量，并将此上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量，最后综合所述移动终端天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，其中移动终端天线的下行信道矢量由移动终端非发射天线对应的下行信道矢量和移动终端发射天线对应的下行信道矢量组成。由此可见，在有限反馈情况下，利用约束最大似然方法估计移动终端非发射天线所对应信道矢量的方向，并利用估计出的信道和移动终端发射天线对应的下行信道矢量一起组成移动终端天线对应的信道矢量做奇异值分解，以确定最优的发射预编码矩阵，并不需要从移动终端反馈长时信道统计量到基站，因此降低了实现复杂度。

而且，利用约束最大似然方法估计移动终端非发射天线所对应信道矢量的方向，并利用估计出的信道和移动终端发射天线对应的下行信道矢量一起组成移动终端天线对应的信道矢量并找到该信道矩阵非零奇异值所对应的右奇异矢量所形成的空间，能够达到或接近完全信道状态信息时的性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例时分双工多输入多输出的下行波束形成方法流程示意图。

图2是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.2时SNR与Sum Rate的仿真对比图；

图3是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.2时SNR与SER的仿真对比图；

图4是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.8时SNR与Sum Rate的仿真对比图；

图5是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.8时SNR与SER的仿真对比图；

图6是根据本发明实施例基站结构示意图；

图7是根据本发明实施例的时分双工通信系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明实施例中，在有限反馈情况下，利用约束最大似然方法估计移动终端发射天线所对应信道矢量的方向，并利用估计出的信道做奇异值分解(SVD)以确定最优的发射预编码矩阵。

图1是根据本发明实施例时分双工多输入多输出的下行波束形成方法流程示意图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：移动终端计算移动终端非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值，并向基站反馈所述相关值具有最大模值的码本元素的编号。

其中，可以在移动终端和基站同时维持一个码本，且所述码本的长度等于发射天线数。

步骤102：基站根据所述相关值具有最大模值的码本元素的编号，计算出所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量，基站再根据时分双工系统上下行信道对称性，测量得到移动终端发射天线的上行信道矢量，并将此上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量。

在这里，基站可以通过约束最大似然估计算法计算所述移动终端非发射天线的信道矢量。

步骤103：基站综合所述移动终端天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线对应的下行信道矢量和所述的移动终端发射天线对应的下行信道矢量组成。

下面对本发明实施例的算法进行详细说明。

首先描述本发明实施例的系统模型。可以考虑如下单用户MIMO系统模型：

假设基站天线数为M，移动终端天线数为N(不失一般性，这里假设N＝2)，M大于等于N。移动终端通过所有天线接收数据，但仅通过其中的一根天线上传数据。根据信道互易性，基站侧能够得到与移动终端上传天线所对应的下行信道信息。

假设基站同时复用N_s个数据流下发给用户，则数据先通过一个波束形成矩阵(预编码矩阵)W，然后通过各个天线发射出去。相应的基带输入-输出关系可以描述为：

$Y=\sqrt{\frac{E_s}{N_s}}\mathrm{HWS}+n=\sqrt{\frac{E_s}{N_s}}\stackrel{\‾}{H}S+n---\left(1\right)$

其中E_s是总的发射功率；n是加性高斯白噪声，其分布服从

H＝HW。预编码矩阵满足约束trace(WW^H)＝N_s，其中Y是接收到的信号，S是发射信号。

MIMO信道之间的相关性通常可以利用Kronecker积的形式加以表示，即

$H=R_r^{1/2}{H}_w{R}_t^{1/2}---\left(2\right)$

其中R_t是M×M发射端相关阵；

R_r是N×N接收端相关阵；

H_w是N×M空间不相关MIMO信道，一般假设其每个元素服从正态高斯分布N(0，1)。

由于移动终端常处于丰富的散射环境之中，可以认为移动终端不存在相关性；而基站由于周围缺少散射体，通常相关性不可忽略。

由以上分析，实际的MIMO系统可以用以下简化相关模型加以近似：

$H=H_w{R}_t^{1/2}={\left(\begin{array}{cccc}{h}_1& h_2& \·\·\·& h_N\end{array}\right)}^H---\left(3\right)$

其中h_i是移动终端第i根天线与基站多天线之间的信道矢量。R_t一般可以利用如下相关系数矩阵加以近似：

其中ρ为相邻天线之间的相关系数。

以上发射端天线之间的相关阵实际上由系统载频、基站天线排列、天线之间距离等因素决定。可以通过基站侧的计算得到，也可以通过移动终端经过长时统计得到并反馈到基站。在本发明实施例中，假设由式(4)确定的相关阵在发射端可以通过基站侧的长时统计得到。

下面利用FDD系统中有限反馈的思想，根据本发明实施例，从移动终端反馈有限比特以描述关于第二根天线对应信道的信息，在基站侧通过约束最大似然估计求得此信道矢量，然后根据所估计出的信道矢量结合由互易性得到的信道矢量进行SVD分解，以确定发射波束。此时，可以进一步利用注水算法提高系统的可达速率。

不失一般性，假定移动终端有两根天线。

对于有限反馈下波束形成算法中的反馈信息的确定：

首先，可以将移动终端两根天线所对应的信道矢量作相关，并反馈相关系数，即

${\mathrm{\γ}}_1={\left|h_2^H{h}_1\right|}^2/{\left|h_1\right|}^2---\left(5\right)$

或

${\mathrm{\γ}}_2=h_2^H{h}_1/\left|h_1\right|---\left(6\right)$

由于移动终端处于丰富的散射环境当中，可以认为两个天线所对应的信道矢量不相关。因此式(5)、(6)所得到的反馈值在统计意义上主要分布在0的周围，由于反馈量模值太小，结合约束最大似然估计所得到的性能并不理想。

另一个反馈方案是在收发端同时维持一个码本(codebook)，然后在移动终端计算第二根天线所对应信道与码本元素的相关值，反馈具有最大模值的码本编号。设码本长度等于基站发射天线数(M＝4)，则码本可以是任何四维酉空间中的完备正交基。因此随机选取任何四维酉阵所对应的列向量均可以作为一个码本。

基于以上考虑，以码本为基础的有限反馈方案的反馈量设计为：

${\mathrm{\γ}}_3=\underset{i=1,...,M}{\arg \max }{\left|h_2^H{c}_i\right|}^2---\left(7\right)$

及

${\mathrm{\γ}}_4=\underset{i=1,...,M}{\max }{\left|h_2^H{c}_i\right|}^2---\left(8\right)$

其中C＝[c₁  c₂…c_M]是长度为M的正交随机码本；

反馈量γ₃为码本编号；

γ₄为最大的相关系数。

对于约束最大似然估计(CML)：

在式(3)确定的相关信道模型下，基站到移动终端任一根天线之间的信道矢量h_i服从多变量复高斯分布N(0，R_t)，即其概率密度函数为：

$f_h\left(h_i\right)=\frac{1}{{\mathrm{\π}}^M\left|R_t\right|}{e}^{-h_i^H{R}_t^{-1}{h}_i}---\left(9\right)$

因此在约束(5)或(8)下，关于h₂的最大似然估计可以等效成如下优化问题：

$\max h_2^H{R}_t{h}_2,\begin{array}{cc}s.t.& {\mathrm{\γ}}_1={\left|h_2^H{h}_1\right|}^2/{\left|h_1\right|}^2\end{array},$

$\begin{array}{cc}\mathrm{or}& {\mathrm{\γ}}_4=\underset{i=1,...,M}{\max }{\left|h_2^H{c}_i\right|}^2\end{array}---\left(10\right)$

上式的最优解可以转化为一个广义特征值问题，即

其中c_max是与h₂最匹配的码字。

设 $\mathrm{\Φ}=h_1{h}_1^H$ (或 $\mathrm{\Φ}=c_{\max }{c}_{\max }^H$ )，且假设矩阵对(R_t，Φ)的最大正广义特征值所对应的广义特征值向量为u，则考虑信道模值后，h₂的估计为：

其中 $k=\frac{\sqrt{{\mathrm{\γ}}_1}\left|h_1\right|}{\left|u^H{h}_1\right|}$ (或 $k=\frac{\sqrt{{\mathrm{\γ}}_4}}{\left|u^H{c}_{\max }\right|}$ )是满足h₂模值约束的系数。

在以上所述中，通过约束最大似然估计达到了对移动终端非发射天线所对应信道矢量的估计，这个估计不仅包括了信道矢量的方向，还包括了信道矢量的模值。利用重构的信道，移动终端可以进行SVD分解、功率注水，以确定最优的发射预编码矩阵。不论是基于码本的有限反馈方案还是基于两个信道矢量相关的反馈方案，相关系数的模值都是需要反馈的。反馈一个实数量无疑需要较大的反馈量。

实际上，为了使预编码不影响系统的传输速率，预编码矩阵应该选定在信道矩阵的两个非零奇异值所对应的右奇异矢量所张成的空间当中。因此，只要找到这个空间，其中的任何一个基均可以达到速率无损的传输要求。

引理1：

设 $H_1=\left(\begin{array}{c}{h}_1^H\\ h_2^H\end{array}\right)\∈C^{2\×M},$ $H_2=\left(\begin{array}{c}{h}_1^H\\ \mathrm{\α}{h}_2^H\end{array}\right),$ 其中α∈C，

若 $H_1=U_1\left(\begin{array}{cc}{D}_1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{11}^H\\ V_{12}^H\end{array}\right);$

$H_2=U_2\left(\begin{array}{cc}{D}_2& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{21}^H\\ V_{22}^H\end{array}\right);$

则span(V₁₁)＝span(V₂₁)且span(V₁₂)＝span(V₂₂)。

证明：将H₁的SVD分解写成紧凑形式 $H_1=U_1{D}_1{V}_{11}^H,$

由于U₁D₁为满秩矩阵，故

$\mathrm{span}\left(H_1^H\right)=\mathrm{span}\left(V_{11}\right)---\left(13\right)$

同理有下式成立：

$\mathrm{span}\left(H_2^H\right)=\mathrm{span}\left(V_{21}\right)---\left(14\right)$

由H₁及H₂的形式，可以知道：

$\mathrm{span}\left(H_1^H\right)=\mathrm{span}\left(H_2^H\right)---\left(15\right)$

由式(23)-(25)可知：span(V₁₁)＝span(V₂₁)。

考虑到

及分别是及

的完备正交补，故span(V₁₂)＝span(V₂₂)。

由引理1可知，在不考虑功率注水时，对于信道矢量模值的估计是没有意义的。因此在基于码本的反馈方案中，仅需要反馈最相关的码本编号。

考虑到最大似然估计式(9)，要使

达到最大，可以用发射相关阵R_t的特征矢量作为码本，此时能达到的最大值为R_t的最大特征值。由于利用了信道的相关特性，故这种基于相关阵EVD分解的方法在统计意义上能使信道矢量与码本元素的相关值达到最大。

由于每次信道实现H的秩一般为2，即接收端天线数，因此可以仅使用R_t的两个最大特征值所对应的特征向量作为码本，此时反馈量将仅有1比特，且性能不会有太大损失。

值得注意的是，当码本采用发射相关阵的特征矢量时，约束最大似然估计其实是冗余的，因为此时CML得到的信道矢量方向与码本元素的方向是一致的。因此，发射端的计算复杂度可以大大降低。

上述实施例详细描述了移动终端双天线的情形。实际上，本发明实施例可以适用于移动终端多天线的情形，此时移动终端的发射天线可以依次轮流发射，还可以推广到上行发射时移动终端部分天线发射部分天线不发射的情形。

下面，根据本发明实施例，给出基站四天线，移动终端二天线MIMO系统在不同相关系数下，下行链路的仿真性能。在所有的仿真中均假设移动终端通过一根天线发射，且下行信道具有块衰落特性，即在一个数据帧内信道平稳，在下一个数据帧内独立变化到另一状态。

图2是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.2时SNR与Sum Rate的仿真对比图；图3是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.2时SNR与SER的仿真对比图；图4是根据本发明实施例有反馈情况下，ρ＝0.8时SNR与Sum Rate的仿真对比图；图5是根据本发明实施例没有反馈情况下，ρ＝0.8时SNR与SER的仿真对比图。

对于有反馈下的波束形成算法，有限反馈的码本分别采用了发射端相关阵的特征向量及随机正交矩阵。为了达到最佳的误码性能，此处移动终端采用MMSE-BLAST接收机，而对于可达速率的计算仍采用式(12)至(14)。作为比较，图2-5中给出了基于发射端相关阵EVD分解的特征波束形成算法及知道瞬时完全信道状态信息下的基于SVD分解的波束形成方法。

图2-5给出了在相关系数ρ＝0.2及ρ＝0.8时的性能。从仿真曲线上可以看出，在2比特反馈下，利用随机正交码本的反馈方案有最差的性能，其原因是长度为4的随机正交码本不足以充分刻划信道矢量的分布。当发射端天线相关系数较大时(ρ＝0.8)，采用发射相关阵EVD分解作为码本的方案，其1比特反馈的性能与2比特反馈的性能无明显差别。随着相关系数的下降，1比特反馈的性能略有下降，但反馈量的减少并没有带来太大的性能损失。

本发明实施例还提出了一种基站和接收机。

图6是根据本发明实施例基站结构示意图。

如图6所示，该基站包括移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元601、移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元602和最优发射预编码矩阵确定单元603，其中：

移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元601，用于测量出所述发射天线的上行信道矢量，根据时分双工系统的上下行信道对称性，将所述测量得到的发射天线的上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量；

移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元602，用于接收由移动终端计算的移动终端非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量；

最优发射预编码矩阵确定单元603，用于利用所述移动终端天线对应的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线的下行信道矢量和移动终端发射天线的下行信道矢量组成。

优选的，所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元601，用于通过约束最大似然估计算法计算所述移动终端非发射天线对应的下行信道的信道矢量。

接收机可以接收由上述基站所发射的发射波束。

本发明实施例还提出了一种时分双工通信系统。

图7是根据本发明实施例的时分双工通信系统的结构示意图。

如图7所示，该系统包括基站701和接收机702，其中：

基站701，用于接收由接收机702计算的接收机非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量，并综合根据时分双工系统上下行信道对称性得到的接收机发射天线对应的下行信道矢量组成接收机天线的信道矢量，利用所述接收机天线的信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵；

接收机702，用于接收由所述基站发射的波束。

优选地，接收机可以为最小均方误差(MMSE)-BLAST接收机。

类似的，基站701可以具体包括接收机发射天线对应的下行信道矢量计算单元、接收机非发射天线对应的下行信道矢量计算单元和最优发射预编码矩阵确定单元，其中：

接收机发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于测量计算接收机发射天线发射到基站的上行信道矢量，根据时分双工系统的上下行信道对称性，将所述接收机发射天线发射到基站的上行信道矢量作为接收机发射天线对应的下行信道矢量；

移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于接收由接收机计算的接收机非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量；

最优发射预编码矩阵确定单元，用于利用所述接收机天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述接收机天线的下行信道矢量由所述的接收机非发射天线的下行信道矢量和接收机发射天线的下行信道矢量组成。

综上所述，本发明实施例中，在有1～2比特反馈信息的前提下，利用约束最大似然方法估计移动终端第二根天线所对应信道矢量的方向，并利用估计出的信道和移动终端发射天线对应的下行信道矢量一起组成移动终端天线对应的信道矢量并找到该信道矩阵非零奇异值所对应的右奇异矢量所形成的空间。波束形成矢量选择为该空间中的一个基。仿真结果表明，所提算法能够达到接近完全信道状态信息时的性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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、一种时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，其特征在于，该方法包括：

移动终端计算移动终端非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值，并向基站反馈所述相关值具有最大模值的码本元素的编号；

基站根据所述相关值具有最大模值的码本元素的编号，计算出所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量；

基站根据时分双工系统上下行信道对称性，测量得到移动终端发射天线的上行信道矢量，并将此上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量；

基站综合所述移动终端天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线对应的下行信道矢量和所述的移动终端发射天线对应的下行信道矢量组成。

2、根据权利要求1所述的时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，其特征在于，该方法中：

进一步在移动终端和基站同时维持一个码本，且所述码本的长度等于发射天线数。

3、根据权利要求2所述的时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，其特征在于，所述码本由基站天线相关阵的N个最大特征值组成，所述N为移动终端的天线数。

4、根据权利要求1所述的时分双工多输入多输出的下行波束形成方法，其特征在于，所述基站计算所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量为：

基站通过约束最大似然估计算法计算所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量。

5、一种基站，其特征在于，该基站包括移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元、移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元和最优发射预编码矩阵确定单元，其中：

移动终端发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于测量出所述发射天线的上行信道矢量，根据时分双工系统的上下行信道对称性，将所述测量得到的发射天线的上行信道矢量作为所述移动终端发射天线对应的下行信道矢量；

移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于接收由移动终端计算的移动终端非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量；

最优发射预编码矩阵确定单元，用于利用所述移动终端天线对应的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述移动终端天线的下行信道矢量由所述的移动终端非发射天线的下行信道矢量和移动终端发射天线的下行信道矢量组成。

6、根据权利要求5所述的基站，其特征在于，

所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于通过约束最大似然估计算法计算所述移动终端非发射天线对应的下行信道矢量。

7、一种接收机，其特征在于，该接收机用于接收由权利要求5或6所述基站发射的波束。

8、根据权利要求7所述的接收机，其特征在于，该接收机为最小均方误差MMSE-BLAST接收机。

9、一种通信系统，其特征在于，该通信系统包括基站和接收机，其中：

基站，用于接收由接收机计算的接收机非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量，并综合根据时分双工系统上下行信道对称性得到的接收机发射天线对应的下行信道矢量组成接收机天线的信道矢量，利用所述接收机天线的信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵；

接收机，用于接收由所述基站发射的波束。

10、根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，该基站包括接收机发射天线对应的下行信道矢量计算单元、接收机非发射天线对应的下行信道矢量计算单元和最优发射预编码矩阵确定单元，其中：

接收机发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于测量计算接收机发射天线发射到基站的上行信道矢量，根据时分双工系统的上下行信道对称性，将所述接收机发射天线发射到基站的上行信道矢量作为接收机发射天线对应的下行信道矢量；

移动终端非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于接收由接收机计算的接收机非发射天线所对应的下行信道与码本元素的相关值中具有最大模值的码本元素的编号，并根据所述码本元素的编号，计算出所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量；

最优发射预编码矩阵确定单元，用于利用所述接收机天线的下行信道矢量作奇异值分解以确定最优的发射预编码矩阵，所述接收机天线的下行信道矢量由所述的接收机非发射天线的下行信道矢量和接收机发射天线的下行信道矢量组成。

11、根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，

所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量计算单元，用于通过约束最大似然估计算法计算所述接收机非发射天线对应的下行信道矢量。

12、根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，该接收机为最小均方误差MMSE-BIAST接收机。

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