CN101582747A - 波束形成方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波束形成方法及其装置，属于多天线无线通信技术领域。该方法包括：在子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；对所述子帧的前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，保留M－BRF个波束；对所述随机产生的BRF个波束与所述保留的前M－BRF个波束进行处理，形成一个方阵；对所述方阵在保持前M－BRF个波束不变的条件下进行正交化，形成一个正交方阵；将所述正交方阵做为该子帧的正交波束输出；其中，所述M为发射天线的数目。该装置包括：波束产生单元，波束保留单元，方阵形成单元，正交化单元。本发明提高了系统容量，同时保证了波束选择增益不随用户数目或者子载波数目的增多而下降。

Description

波束形成方法及其装置

技术领域

本发明涉及多天线无线通信技术领域，特别涉及一种波束形成方法及其装置。

背景技术

多输出多输入(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术是一种多天线无线通信技术，在不需要占用额外的无线电频率的条件下，利用多径来提供更高的数据吞吐量，并同时增加覆盖范围和可靠性。它可以实现空间分集以提高系统的可靠性，也可以实现空间复用支持多个数据流同时传输以提高系统的有效性，因此MIMO技术极大提高了无线通信系统的容量。

利用波束成型技术(Beamforming)实现空分多址(SDMA，Space Division MultipleAccess)，可以充分利用空间资源，并且克服用户间干扰，是逼近MIMO信道容量的可实现的重要技术手段之一。

现有技术中提出了波束选择机会式空分多址(OSDMA_S，Opportunistic Space DivisionMultiple Access With Beam Selection，)技术，是一种基于波束选择的多波束传输体制。利用信道在一帧内几乎不变的特性，将帧结构分成波束训练部分和数据传输部分。在波束训练部分，每个时隙随机产生一组正交波束，并向用户广播。用户计算出每个波束的信干噪比(SINR，Signal to Interference plus Noise Ratio)，反馈最大的SINR及其对应的波束号。基站将选择同一波束的用户分成一组，将波束分配给组中SINR最大的一个用户。在数据传输部分，基站选择训练部分容量和最大的一组波束，对其选定的用户进行传输。

在实现本发明的过程中，发明人至少发现：由于OSDMA_S技术是在时间相干信道的模型下提出的，但是在训练部分每次产生的波束组之间完全独立，没有利用信道的时间相干性，因而对系统容量的提高有限。更重要的是，因为波束训练要浪费传输时间，随着用户数目增多，波束训练部分的最佳训练时隙个数逐渐下降，最后趋于1，即波束选择增益的效果已经被用户分集增益所取代。具体来讲，波束选择增益是指，由于在波束训练阶段产生多组训练波束，最终选择一组最优波束带来的容量提高。如果将OSDMA_S用于多天线正交频移键控多址接入(MIMO-OFDMA，MIMO-Orthogonal Frequency Division Multiple Access)等宽带多载波系统，频率分集增益同样会取代波束选择增益。也就是说，该技术的波束选择增益会随用户数目或者子载波数目的增多而迅速下降，因而OSDMA_S往往只适用于较少用户的窄带系统，难以应用到较多用户的系统与多载波系统中。

发明内容

为了提高使用智能天线阵列的系统容量，同时保持波束选择增益在一个较高的水平，本发明实施例提供了一种波束形成方法及其装置。所述方法包括：

一种波束形成方法，用于产生部分随机的波束，至少有一个子帧通过如下步骤产生波束：

在所述子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

对所述子帧的前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，保留M-BRF个波束；

对所述随机产生的BRF个波束与所述保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

对所述方阵在保持所述M-BRF个波束不变的条件下进行正交化，形成一个正交方阵；

将所述正交方阵做为该子帧的正交波束输出；

其中，所述M为发射天线的数目。

本发明实施例还提供了一种波束形成装置，用于产生部分随机的波束，所述装置包括：

波束产生单元，用于在当前子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

波束保留单元，用于对前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，并保留M-BRF个波束；

方阵形成单元，用于对所述波束产生单元随机产生的BRF个波束与波束保留单元保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

正交化单元，用于将所述方阵形成单元产生的方阵在保持所述M-BRF个波束不变的条件下形成一个正交方阵；

其中，所述M为发射天线的数目。

本发明实施例根据前一次波束组带来的信道信息指导下一组波束的产生，引入波束发生随机因子，部分随机地产生新的波束组，再对此部分随机的波束组进行正交化，因此提高了OSDMA_S的系统容量，同时保证了波束选择增益不随用户数目或者子载波数目的增多而迅速下降。

附图说明

图1是本发明一个实施例波束形成方法流程图；

图2是本发明一个实施例波束形成的装置结构图；

图3是本发明一个实施例的流程图；

图4是本发明一个实施例的POSDMA_S中的帧结构；

图5是本发明一个实施例的波束自由度、训练时隙个数、用户个数对容量和的影响示意图；

图6是本发明一个实施例与现有技术相比，最优训练时隙个数与用户数目的关系示意图；

图7是本发明一个实施例在完全随机与保留一个最佳波束情况下的容量比较示意图；

图8是在不同通信方式下系统容量与用户数目关系比较示意图；

图9是本发明一个实施例分别应用OSDMA_S与POSDMA_S时的容量与训练时隙个数关系比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本发明实施例公开了一种波束形成方法，该方法可以称为POSDMA_S(Partial RandomOpportunistic Space Division Multipe Access With Beam Selection，部分随机的波束选择机会式空分多址)，利用信道的时间相干特性，对OSDMA_S的波束发生方法进行了改进，根据前一次波束组带来的信道信息指导下一组波束的产生，引入波束发生随机因子，部分随机地产生新的波束组，再对此部分随机的波束组进行正交化，形成正交的波束组。

如图1所示，本发明实施例波束形成方法，用于产生部分随机的波束，至少有一个子帧通过如下步骤产生波束：

110：在当前子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

120：对该子帧的前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，保留M-BRF个波束；

130：对随机产生的BRF个波束与保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

140：对方阵在保持上述M-BRF个波束不变的条件下进行正交化，形成一个正交方阵；

150：将正交方阵做为该子帧的正交波束输出；

其中，M为发射天线的数目。

本发明实施例中的前一子帧可以是随机产生的一组M个正交波束，也可以是根据上述步骤产生出来的部分随机的波束。

上述波束形成方法可以应用于码分系统，也可以应用于时分系统。其中，子帧是可以区分的最小通信传输单位。对于时分系统，子帧为一个时隙。对于码分系统，子帧为一个用户识别码。

以上是对本发明实施例的总结性描述，下面通过具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例2

本发明实施例的随机波束形成方法既可以应用于码分系统，也可以应用于时分系统。本实施例以通信系统为时分系统为例，具体阐述。

如图3所示，本发明实施例提出了一种随机波束形成方法，该方法包括：

310：将数据帧分为波束训练部分和数据传输部分。

如图4所示，数据帧结构分为波束训练部分和数据传输部分。整个帧长由FL(FrameLength)个时隙组成，其中训练部分由TL(Training Length)个时隙组成，数据传输部分由(FL-TL)个时隙组成。设系统基站配置M根发射天线，存在K个接收机用户，每个用户配置1根天线，假设信道为平坦衰落信道。

320：在波束训练部分时隙1产生随机波束并向用户分配。

在波束训练部分时隙1，基站随机产生一组(包含M个)相互正交的波束，并向用户广播；用户计算出每个波束的信干噪比(SINR)，向基站反馈最大的SINR及其对应的波束号；基站选择同一波束的用户分成一组，将波束分配给组中SINR最大的用户。具体如下：

基站随机产生一组(包含M个)相互正交的波束为：

将此正交波束组与导频符号相乘后向所有用户广播。其中，导频符号是指能够区分正交波束的符号，比如可以是相互正交的波束识别码，或者将各波束通过不同的时隙传输。对时分系统来说，波束通过不同时隙广播；对码分系统，波束与各正交码字相乘后广播。

则第k个用户对第m个波束的SINR为：

其中h_k为第k个用户的M×1信道矢量，ρ为信噪比(SNR，Signal Niose Ratio)。每个用户反馈最大的SINR与对应的波束号，分别记作 ${\mathrm{SINR}}_{k,m_k^{*}}^1=\underset{1\≤m\≤M}{\max }\left({\mathrm{SINR}}_{k,m}^1\right),$ $m_k^{*}=\underset{1\≤m\≤M}{\arg \max }\left({\mathrm{SINR}}_{k,m}^1\right).$

基站把选择同一波束m的用户分成一组，记作 ${\mathrm{\Φ}}_m=\left\{k\right|m_k^{*}=m\},m=\mathrm{1,2}...M,$ 从每组中选出最大SINR的用户 $k_m^{*}=\underset{k\∈{\mathrm{\Φ}}_m}{\arg \max }{\mathrm{SINR}}_{k,m_k^{*}}^1,$ 将波束m分配给此用户k_m ^*。

基站根据容量最大准则进行用户选择和波束分配，得到训练时隙1的容量：

$R^1=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+{\mathrm{SINR}}_{k_m^{*},m}^1)$

同时基站记录每个波束对应的信道容量， $C_m^1=\log (1+{\mathrm{SINR}}_{k_m^{*},m}),m=\mathrm{1,2}...M,$ 并对此容量进行降序排序。

330：在波束训练时隙t，基站产生部分随机的正交波束组并分配给用户。

在波束训练时隙t(2≤t≤TL)，本发明实施例引入波束随机自由度(BRF，Beam RandomFreedom)，利用前一时隙得到的信道信息，保留最佳的M-BRF个波束不变，并且随机产生BRF个波束，与保留的M-BRF个波束一起，利用施密特将其正交化，共同组成新的正交波束组，向用户广播，用户和基站分别执行与102中在时隙1相同的操作。具体如下：

基站把选择同一波束m的用户分成一组，记作 ${\mathrm{\Φ}}_m=\left\{k\right|m_k^{*}=m\},m=\mathrm{1,2}...M,$ 从每组中选出最大SINR的用户 $k_m^{*}=\underset{k\∈{\mathrm{\Φ}}_m}{\arg \max }{\mathrm{SINR}}_{k,m_k^{*}}^1,$ 根据容量最大准则将波束m分配给此用户k_m ^*。同时基站记录每个波束对应的信道容量， $C_m^1=\log (1+{\mathrm{SINR}}_{k_m^{*},m}),m=\mathrm{1,2}...M,$ 并对此容量进行降序排序。

本发明实施例中，1＜BRF≤M，作为一种实施方式，t可以为2，即从时隙2开始产生部分随机的正交化波束。如果t为3。那么在时隙2，可以仍然和时隙1的做法一样，基站完全随机产生一组(包含M个)相互正交的波束，并向用户广播。在时隙3，基站保留时隙2容量最大的M-BRF个波束不变，同时随机产生服从独立复高斯分布零均值单位方差的BRF个M×1列矢量，与保留的时隙2的容量最大的M-BRF个波束共同产生组成一个列自由度为BRF的部分随机方阵。对此方阵保持时隙2的保留波束列不变，开始进行施密特正交化，最终得到一个新的酉方阵。基站将方阵的每一列作为时隙3的随机正交波束组，向用户广播。用户与基站分别做与时隙1相同的操作，基站得到R¹，R²...R^TL以及对应训练时隙的用户选择与波束分配。需要说明的是：这里，时隙3随机产生的BRF个M×1列矢量也可以服从其它分布，比如该随机波束的每个分量的模值服从0到1内的均匀分布或高斯分布，辅角服从0到2π内的均匀分布，但是以服从零均值单位方差的独立复高斯分布最佳；在对随机产生的BRF个波束与时隙2保留的波束形成的部分随机的方阵进行正交变换时，除了采用施密特正交法，还可以采用施密特正交法的变种或其改进方法。

本实施例中，波束训练部分时隙长度TL为5，那么在时隙4、时隙5可以进行和时隙3相同的做法，即部分随机产生BRF个波束，并保留上一时隙的M-BRF个最优波束，正交化后作为该时隙的正交波束组。当然，作为另一种实施方式，在时隙4、时隙5中也可以随机产生正交化波束。

340：在数据传输部分，基站按照波束分配向用户进行传输。

在数据传输部分，基站将选择在波束训练部分时隙产生的一组最优的波束组来进行数据传输，即选择 $t^{*}=\arg \underset{1\≤t\≤\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$ 的训练时隙的波束组，根据t^*时隙的波束分配与选定的用户进行传输，得到一帧的传输容量为：

$R=(\mathrm{FL}-\mathrm{TL})\·\underset{1\≤t\≤\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$

所以归一化信道容量定义为：

$\mathrm{Normalized}\_R=\frac{(\mathrm{FL}-\mathrm{TL})}{\mathrm{FL}}\·\underset{1\≤t\≤\mathrm{TL}}{\max }{R}^t=(1-\frac{\mathrm{TL}}{\mathrm{FL}})\·\underset{1\≤t\≤\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$

以后每一帧重复上述过程。

本发明实施例提供的POSDMA_S系统中的

和BRF两个参数需要根据实际的配置和信道通过测量和仿真决定。其中，BRF的取值根据天线个数(波束个数)和用户数目来选取。不宜取得太小，设定 $\frac{M}{2}<\mathrm{BRF}\&le;M,$ 当天线数目和用户数目较少(十几个用户)时，BRF取M-1即可。当天线数目和用户数目较多时(几十个用户)，BRF可适当减小，取M-3，M-2，M-1等值。

本发明实施例根据前一次波束组带来的信道信息量指导下一组波束的产生，引入波束发生随机因子，部分随机地产生新的波束组，再对此部分随机的波束组进行正交化，因此提高了OSDMA_S的系统容量，同时保证了波束选择增益不随用户数目或者子载波数目的增多而迅速下降。下面将结合图5，图6，图7，图8来进一步说明。

图5是在基站发射天线M＝6，SNR＝10dB，FL＝40，平坦衰落，零均值单位复高斯多用户独立同分布的广播信道条件下，不同波束自由度、训练时隙个数、用户个数对系统归一化容量和的影响。虚线为OSDMA_S的归一化容量和，其他曲线为不同BRF的归一化容量和。利用前面给出的计算式可以计算出在不同波束自由度、训练时隙个数、用户个数情况下的系统容量。各个TL数目的情况下，容量和随着BRF的降低均为先升后降。在用户数目较少时，如5个用户情况下，BRF＝5时的容量和最大。经过训练的最大容量与不经过训练(训练个数为1时的OSDMA_S)的容量相比，可以增加1/4以上。而在用户数目较多时，如50个用户情况下，BRF＝4时的容量和最大。经过训练的最大容量与不经过训练的OSDMA_S相比，仅仅提高了1/8左右。可见只要适当选取BRF的值，POSDMA_S的容量和总会比OSDMA_S有所提高。

图6是基站发射天线M＝4，FL＝40，平坦衰落，单位复高斯多用户广播信道条件下，OSDMA_S(BRF＝4)与POSDMA_S(BRF＝3)的最优训练时隙个数与用户数目的关系。可见，POSDMA_S的最优训练个数要大于OSDMA_S。用户数目如果再增长，OSDMA_S的最优训练个数要降为1，而POSDMA_S的最优训练个数虽然也会最后趋近为1，最终也将没有波束选择增益，但是比OSDMA_S下降地要慢。即POSDMA_S在更大的范围内存在波束选择增益，更适合在多用户情况应用。

图7是基站发射天线M＝4，SNR＝5dB，FL＝20TL，平坦衰落，单位复高斯多用户广播信道条件下的不同波束自由度、训练时隙个数、用户个数对容量和的影响。可见保留一个最佳波束即BRF＝3得到的容量总会比每次训练完全随机产生正交波束有所提高。

图8是基站发射天线M＝4，FL＝40，SNR＝10dB，平坦衰落，单位复高斯多用户广播信道条件下，以下四种传输方式OSDMA(相当于TL＝1，BRF＝4)，OSDMA_S(TL为OSDMA_S方式最优值，BRF＝4)，POSDMA_S(TL为OSDMA_S最优值，BRF＝3)，POSDMA_S(TL为POSDMA_S最优值，BRF＝3)，容量与用户数目的关系。由图5可知，在相同用户数目的情况下，上述四种传输方式能够达到的系统容量依次增大。

实施例3

本实施例仍然以通信系统为时分系统为例，具体阐述。

当MIMO系统为宽带的多天线正交频移键控多址接入(MIMO-OFDMA)系统时，本发明实施例提供的随机波束形成方法同样有效。下面仍然结合图3和图4进行说明。

310：将数据帧分为波束训练部分和数据传输部分。

如图4所示，数据帧结构分为波束训练部分和数据传输部分。整个帧长由FL(个时隙组成，其中训练部分由TL个时隙组成，数据传输部分由(FL-TL)个时隙组成。设系统有F个子载波，基站发射天线个数为M。与平坦衰落信道不同，MIMO-OFDMA系统要在每个子载波上分别做机会式波束成型，对波束的保留要根据每个波束在各子载波上的容量和。

320：在波束训练部分时隙1产生随机波束并向用户分配。

在波束训练部分，每个正交频分复用(OFDM)符号为导频符号，作为一个训练时隙。这里OFDM符号为一个导频符号，是指一个OFDM的时频块都用来做训练时隙。

在波束训练部分时隙1，基站随机产生一组正交波束

并与导频符号相乘后向所有用户广播。则第k个用户的第f个载波对第m个波束的SINR为：

h_k，f为第k个用户的第f个子载波上的M×1信道矢量，ρ为SNR。每个用户反馈各子载波上的最大的SINR，记作 ${\mathrm{SINR}}_{k,f,m_k^{*}}^1=\underset{1\&le;m\&le;M}{\max }\left({\mathrm{SINR}}_{k,f,m}^1\right)$ 与对应的波束号，记作 $m_{k,f}^{*}=\underset{1\&le;m\&le;M}{\arg \max }\left({\mathrm{SINR}}_{k,f,m}^1\right).$ 基站对每个子载波进行用户选择和波束分配，将选择同一波束m的用户分成一组，记作 ${\mathrm{\&Phi;}}_{m,f}=\left\{k\right|m_{k,f}^{*}=m\},m=\mathrm{1,2}...M,$ 从每组中选出最大SINR的用户 $k_{m,f}^{*}=\underset{k\&Element;{\mathrm{\&Phi;}}_{m,f}}{\arg \max }{\mathrm{SINR}}_{k,f,m_k^{*}}^1,$ 将波束m分配给此用户k_m，f ^*。基站根据容量最大准则进行用户选择和波束分配，得到训练时隙1的容量：

$R^1=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{f=1}{\overset{F}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+{\mathrm{SINR}}_{k_{m,f}^{*},f,m}^1)$

同时基站记录每个波束对应的信道容量， $C_m^1=\underset{f}{\overset{F}{\mathrm{\&Sigma;}}}\log (1+{\mathrm{SINR}}_{k_{m,f}^{*},f,m}),m=\mathrm{1,2}...M,$ 并对此容量进行降序排序。

330：在波束训练时隙t基站产生部分随机的正交波束组并分配给用户。

在波束训练时隙t(2≤t≤TL)，基站保留t-1时隙容量最大的M-BRF个波束不变，同时随机产生服从独立复高斯分布BRF个M×1列矢量，与保留的t-1时隙的容量最大的M-BRF个波束共同产生组成一个列自由度为BRF的部分随机方阵，对此方阵从t-1时隙保留波束列开始进行施密特正交化，最终得到一个新的酉方阵。基站将方阵的每一列作为时隙t的随机正交波束组，向用户广播。用户与基站分别做与时隙1相同的操作，BS得到R¹，R²...R^TL以及对应训练时隙的各个子载波上的用户选择与波束分配。

由于多载波带来了频率分集增益，BRF取较大值，一般设定BRF＝M-1即可。

在数据传输部分，基站选择 $t^{*}=\arg \underset{1\&le;t\&le;\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$ 的训练时隙的波束组与各个子载波上选定的用户进行传输，得到一帧的传输容量为：

$R=(\mathrm{FL}-\mathrm{TL})\&CenterDot;\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$

归一化频率效率定义为：

$\mathrm{Normalized}\_\mathrm{SE}=\frac{(\mathrm{FL}-\mathrm{TL})}{\mathrm{FL}\&CenterDot;F}\&CenterDot;\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{TL}}{\max }{R}^t=(\frac{1}{F}-\frac{\mathrm{TL}}{\mathrm{FL}\&CenterDot;F})\&CenterDot;\underset{1\&le;t\&le;\mathrm{TL}}{\max }{R}^t$

本发明实施例根据前一次波束组带来的信道信息量指导下一组波束的产生，引入波束发生随机因子，部分随机地产生新的波束组，再对此部分随机的波束组进行正交化，因此提高了OSDMA_S的系统容量，同时保证了波束选择增益不随用户数目或者子载波数目的增多而迅速下降，并且将此方法推广到了多载波宽带系统(如MIMO-OFDMA)当中。下面将结合图9来进一步说明。

图9是将OSDMA_S与POSDMA_S两种通信方式分别用于MIMO-OFDMA系统的比较。系统为基站发射天线M＝4，SNR＝5dB，FL＝20TL，子载波个数F＝128，带宽2.5MHz，保护间隔为

数据符号长度。信道为3GPP建议的多天线空间信道模型(SCM模型)。可见在多载波情况下，OSDMA的频率效率在训练时隙个数为1的时候最大。随着训练时隙个数增加，OSDMA_S的频率效率一直下降。此时OSDMA_S已经没有了波束选择增益，因为最优的训练个数就是1。而POSDMA_S的频率效率则随着训练时隙个数先增后降，最优的训练个数要大于1，因此依然存在波束选择增益。可见，POSDMA_S可以应用到多载波系统当中，而且随着用户数目的增多，实线与虚线的差距逐渐增大，POSDMA_S比OSDMA_S的性能提高愈发显著。

实施例4

参见图2，本发明实施例公开了一种波束形成装置，用于产生部分随机的波束，

该装置包括：

波束产生单元201，用于在当前子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

波束保留单元202，用于对前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，并保留M-BRF个波束；

方阵形成单元203，用于对波束产生单元201随机产生的BRF个波束与波束保留单元202保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

正交化单元204，用于将方阵形成单元203产生的方阵在保持上述M-BRF个波束不变的条件下形成一个正交方阵；

其中，M为发射天线的数目。

其中，波束保留单元202包括排序单元，具体用于根据信道质量或信道容量对T-1子帧的M个波束由高向低排序，保留前M-BRF个波束。

信道容量为各波束对应的容量或波束在各个子载波上的容量，信道质量由信号干扰噪声比来衡量，信号干扰噪声比越大信道质量越高。

进一步地，该装置还包括：

设置单元，用于根据发射天线的个数和用户数目选取波束随机自由度BRF。

其中，设置单元设置的BRF大于等于M/2，小于等于M。

正交化单元204具体用于根据施密特正交化方法将方阵形成单元203产生的方阵在保持上述M-BRF个波束不变的条件下形成一个正交方阵。

本发明实施例的装置既可以应用于码分系统，也可以应用于时分系统。

本发明实施例利用波束随机自由度BRF，以及前一次波束组带来的信道信息指导波束产生单元随机地产生新的波束，然后正交化单元对此随机的波束和波束保留单元保留的前一次的部分波束构成的波束组进行正交化形成新的正交波束，提高了OSDMA_S的系统容量，同时保证了波束选择增益不随用户数目或者子载波数目的增多而迅速下降。

本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，路由器的硬盘、缓存或光盘中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (15)

1.一种波束形成方法，用于产生部分随机的波束，其特征在于，至少有一个子帧通过如下步骤产生波束：

在所述子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

对所述子帧的前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，保留M-BRF个波束；

对所述随机产生的BRF个波束与所述保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

对所述方阵在保持所述M-BRF个波束不变的条件下进行正交化，形成一个正交方阵；

将所述正交方阵做为该子帧的正交波束输出；

其中，所述M为发射天线的数目。

2.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述随机产生波束随机自由度BRF个波束是服从独立复高斯分布，零均值单位方差的M×1列矢量，所述保留的M-BRF个波束矢量是M×1列矢量。

3.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述子帧的前一子帧是随机产生的一组M个正交波束。

4.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述子帧的前一子帧是部分随机的波束。

5.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述正交化为施密特正交化。

6.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述波束随机自由度BRF根据发射天线的个数和用户数目选取。

7.根据权利要求6所述的波束形成方法，其特征在于，所述波束随机自由度BRF大于等于M/2，小于等于M。

8.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述对第T-1子帧的正交波束进行排序是按照信道质量或信道容量由高向低排序，相应地，所述保留M-BRF个波束为第T-1子帧的正交波束排序后的前M-BRF个。

9.根据权利要求7所述的波束形成方法，其特征在于，

所述信道容量为各波束对应的容量或波束在各个子载波上的容量；

所述信道质量由信号干扰噪声比来衡量，信号干扰噪声比越大信道质量越高。

10.一种波束形成装置，用于产生部分随机的波束，其特征在于，所述装置包括：

波束产生单元，用于在当前子帧随机产生波束随机自由度BRF个波束；

波束保留单元，用于对前一子帧产生的正交波束按照信道容量或信道质量排序，并保留M-BRF个波束；

方阵形成单元，用于对所述波束产生单元随机产生的BRF个波束与波束保留单元保留的M-BRF个波束进行处理，形成一个方阵；

正交化单元，用于将所述方阵形成单元产生的方阵在保持所述M-BRF个波束不变的条件下形成一个正交方阵；

其中，所述M为发射天线的数目。

11.根据权利要求10所述的波束形成装置，其特征在于，

所述波束保留单元包括排序单元，具体用于根据信道质量或信道容量对T-1子帧的M个波束由高向低排序，保留前M-BRF个波束。

12.根据权利要求10或11所述的波束形成装置，其特征在于，所述信道容量为各波束对应的容量或波束在各个子载波上的容量，所述信道质量由信号干扰噪声比来衡量，信号干扰噪声比越大信道质量越高。

13.根据权利要求10所述的波束形成装置，其特征在于，所述装置还包括：

设置单元，用于根据发射天线的个数和用户数目选取波束随机自由度BRF。

14.根据权利要求13所述的波束形成装置，其特征在于，所述设置单元设置的BRF大于等于M/2，小于等于M。

15.根据权利要求11所述的波束形成装置，其特征在于，所述正交化单元具体用于根据施密特正交化方法将所述方阵形成单元产生的方阵在保持所述M-BRF个波束不变的条件下形成一个正交方阵。

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