CN101938302B - 一种波束赋形传输的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提出了一种波束赋形传输的方法，包括以下步骤：基站BS接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；所述BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；所述BS利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。本发明的实施例提出的技术方案，使得基站可以在只获得部分信道信息的情况下进行下行双流赋形传输，保证传输速率，有效提高系统容量和峰值速率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体而言，本发明涉及一种波束赋形传输的方法及装置。
背景技术
移动和宽带成为现代通信技术的发展方向，3GPP(3rd GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴计划)致力于LTE(Long TermEvolution，长期演进)系统作为3G系统的演进，目标是发展3GPP无线接入技术向着高数据速率、低延迟和优化分组数据应用方向演进。物理层的多天线技术已经成为当前移动通信系统的关键技术之一，多天线技术具有很多优点，比如利用多天线的复用增益来扩大系统的吞吐量，利用多天线的分集增益来提高系统性能，利用天线的方向性增益来区分用户而消除用户间的干扰等等。3GPP中的LTE系统就支持发射分集、空间复用技术以及波束赋型等多种MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)技术。
MIMO技术在发射端和接收端都采用多根天线进行发送接收，从而有效提高系统的传输性能和容量。通过在信道中并行传输多个数据流进行空间复用，或者利用多个天线进行分集发送，可以大大提高系统的平均频谱效率，其中一个重要的实现手段就是波束赋形。
波束赋形技术作为TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，时分长期演进)的关键技术，于2007年05月正式被3GPP接受，在标准推进中具有重要的研究意义。多流波束赋形作为版本Release 8中单流波束赋形的增强型技术，对比单流赋形在各方面有了很大提高，已经成为LTE-Advanced中的重要技术。多流波束赋形技术将智能天线赋形技术和MIMO的空间复用技术结合了起来，利用了TDD信道的对称性，同时传输多个数据流来实现空分复用，能够保持在传统单流下实现广覆盖，提高小区容量和减少干扰。对比单流波束赋形，其系统容量和发送流数呈线性关系，有效的提高了峰值速率。
在进行数据传输时，基站需要根据UE反馈的CQI进行频域调度，同时分配合适的MCS(Modulation Coding Scheme，调制编码方式)，由于基于公共导频估计的CQI只能作调度用，实际的MCS选择还需要根据UE反馈的CQI进行一定的修正。现有技术中，TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统中可以使用上行sounding信号进行修改，上行sounding信号是终端发给基站的上行探测导频信号。
在目前的系统中，终端可能只有一个发送天线，因此在基站也只能得到部分的信道信息，如何利用部分的信道信息实现下行的双流赋形，是LTE-A中需要解决的问题。为了解决这个问题，现有技术中提出了采用分组赋形的双流赋形方法，即把发送天线分成两组，对于双极化天线，可以按照极化方向，每组内单独对一个数据流进行赋形。对于组内赋形，由于只发送一个数据流，可以沿用R8 mode7的方案；组间可以采用Codebook进行预编码，从而获得分集增益。终端反馈两个码字的CQI，在基站采用和R8类似的方式对两个流的CQI分别进行修正。
现有采用分组赋形或者预编码+分组赋形的技术有以下几个方面的缺点：
由于天线组内独立赋形，两个流的赋形向量没有正交性，会造成两个组发送的数据流间存在很大的干扰；双流Codebook码本很小，能够获得的增益很少，反而会增大流间的干扰；需要反馈两个码字的CQI，占用较多的信令开销；需要PMI(Precoding Matrix Indicator，预编码矩阵指示)反馈，占用额外的信令开销。
综上所述，采用分组赋形的方式会降低系统性能，达不到双流赋形的系统容量。因此，有必要提出一种波束赋形传输的传输方案，使得基站可以在只获得部分信道信息的情况下进行下行双流赋形传输，保证传输速率，有效提高系统容量和峰值速率。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是通过基站可以在只获得部分信道信息的情况下进行下行双流赋形传输，保证传输速率，有效提高系统容量和峰值速率。
为了达到上述目的，本发明的实施例一方面提出了一种波束赋形传输的方法，包括以下步骤：
基站BS接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；所述BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；所述BS利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。
本发明的实施例另一方面还提出了一种基站，包括接收模块、双流处理模块以及发送模块，
所述接收模块用于接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，所述上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；所述双流处理模块用于利用所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，所述统计信息包括相关矩阵或者方差矩阵，所述双流处理模块根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，以及并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；所述发送模块用于利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。
本发明的实施例提出的技术方案，使得基站可以在只获得部分信道信息的情况下进行下行双流赋形传输，保证传输速率，有效提高系统容量和峰值速率。本发明的实施例提出的技术方案，充分利用信道的上下行对称性进行下行传输，在波束赋形时保证两个赋形权值之间相互正交，使得两个流之间的干扰很小，从而能够获得更大的赋形增益，得到更高的系统吞吐量。此外，本发明的实施例提出的技术方案，只需要反馈一个CQI，信令开销少，不需要PMI反馈，有效减少信令开销。本发明的实施例提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例波束赋形传输的方法流程图；
图2为本发明实施例双流波束赋形传输信号处理流程示意图；
图3为预编码分组赋形与特征值分解的性能对比图；
图4为BS的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
为了实现本发明之目的，本发明的实施例提出了一种波束赋形传输的方法，包括以下步骤：
基站BS接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；所述BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；所述BS利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。
如图1所示，为本发明实施例的波束赋形传输的方法流程图，包括以下步骤：
S101：BS接收UE发送的上行参考信号和CQI信息。
在步骤S101中，基站BS接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息。其中，上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号。
BS端对公共导频进行广播波束赋形，即公共导频经过广播波束权值赋形，UE端根据公共导频估计出的信道计算信噪比，获得单个CQI并反馈回基站。
S102：BS根据CQI信息和下行信道的统计信息计算等效CQI信息以及双流赋形权值。
在步骤S102中，BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值。其中，下行信道的统计信息包括下行信道的方差矩阵或者下行信道的相关矩阵。
具体而言，BS根据CQI信息和下行信道的统计信息计算双流等效CQI包括：
BS对UE反馈的CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息；
BS根据所述下行信道的统计信息计算两个赋形数据流的赋形增益差，根据第一个赋形数据流的等效CQI信息和所述赋形增益差计算第二个赋形数据流的等效CQI信息。
通常，BS对反馈的CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息包括以下方式：
BS估计UE的DOA(Direction of Arrival，到达方向)的角度，并依据所述角度的广播波束赋形增益大小和所述UE数据波束最大增益的差值得到赋形增益的补偿值，对所述UE发送的所述CQI信息进行补偿后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息。
在获得第一个赋形数据流的CQI信息后，BS计算第二个赋形数据流的等效CQI信息包括以下步骤：
BS对所述上行信道信息进行统计获得下行信道的统计信息，对所述下行信道的统计信息进行特征值分解得到最大的两个特征值λ1、λ2，计算两个流的赋形增益差，例如，用dB表示增益差为
将第一个赋形数据流的等效CQI减去两个流的增益差别
得到第二个赋形数据流的等效CQI信息。
根据上述方法得到两个流的等效CQI后，BS根据等效CQI信息为用户的两个数据流选择相应的MCS(Modulation Coding Scheme，调制编码方式)。
在上述实施例中，BS对所述上行信道信息进行统计或根据所述上行信道信息瞬时值得到所述下行信道的统计信息。通常，统计为2个或2个以上的sounding周期上或整个sounding带宽内的统计。例如，BS端对上行部分信道信息进行长期统计，得到长期时域平均的信道的统计信息，或对较大带宽上的信道的统计信息进行平均得到频域平均的信道的统计信息。对时域或频域平均的信道的统计信息进行特征值分解得到最大的两个特征值λ1、λ2，计算两个流的赋形增益差为
在上述实施例中，BS根据下行信道的统计信息计算双流赋形权值包括以下方式：
BS对信道的统计信息进行特征值分解，得到最大的两个特征值λ1、λ2，以最大的两个特征值λ1、λ2对应的特征向量分别作为两个流的赋形权值。
S103：BS给UE发送双流赋形数据。
在步骤S103中，BS利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE，其中，公共导频经过广播波束权值赋形。
具体而言，BS利用上述方法获得双流波束赋形的赋形权值，根据等效CQI信息获得传输用户数据相应的MCS，BS按照协议规定的导频结构在两个发送数据流中分别插入用户专用解调导频。BS利用赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入公共导频后，BS将上述信息经过OFDM调制后从天线上发送给UE，其中，公共导频经过广播波束权值赋形。
相应地，在UE接收到上述信息后，UE端根据公共导频进行信道估计，利用估计得到的信道进行CQI估计，并反馈给BS；同时，UE端根据专用导频进行信道估计，得到等效的下行信道，对数据进行检测。
如图2所示，为双流波束赋形传输信号处理流程示意图，下面结合图2对本发明的实施例作进一步介绍，具体信号处理流程如下：
1、BS端通过上行参考信号进行上行信道估计，从而获得上行的部分信道信息，并接收从UE反馈的CQI，其中，上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号；
2、BS利用上行的信道信息获得赋形增益，对UE反馈的CQI进行修正，从而获得赋形后双流的等效CQI，对数据进行调制编码；
3、BS按照一定的导频结构在两个发送数据流中分别插入用户专用解调导频；
4、BS利用上行的信道信息获得下行的信道的统计信息，对信道的统计信息进行特征值分解，以最大的两个特征值对应的特征向量分别作为两个流的赋形权值；利用赋形权值对数据和导频进行加权，插入公共导频后，经过OFDM调制后从天线上发送，其中，统计信息包括相关矩阵或者方差矩阵，公共导频经过广播波束权值赋形；
5、UE端根据公共导频进行信道估计，利用估计得到的信道进行CQI估计，并反馈给BS；
6、UE端根据专用导频进行信道估计，得到等效的下行信道，对数据进行检测。
如图3所示，为预编码分组赋形与特征值分解的性能对比图。通过仿真表明，在8×2双极化天线阵Urbanmacro信道下，预编码分组赋形算法(PMI+GOB)和EVD(Eigen Value Decomposition，特征值分解)算法的性能对比结果如图3所示。从图中可以看出，采用特征值分解的上述波束赋形传输方法和CQI估计算法能够在部分信道信息条件下获得更好的性能。
显然，本发明具有广泛的适用性，不仅适用于8×2下的双极化天线阵列，还可以用于任意天线阵列，例如线阵，任何MIMO天线配置下的双流波束赋形传输。
如图4所示，本发明的实施例还提出了一种基站BS100，包括接收模块110、双流处理模块120以及发送模块130。
其中，接收模块110用于接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息。
双流处理模块120用于利用上行信道信息获得下行信道的统计信息，统计信息包括相关矩阵或者方差矩阵，双流处理模块120根据CQI信息和下行信道的统计信息计算双流等效CQI，以及并根据下行信道的统计信息计算双流赋形权值。
具体而言，双流处理模块120根据下行信道的统计信息计算双流赋形权值包括：
双流处理模块120对信道的统计信息进行特征值分解，得到最大的两个特征值λ1、λ2，以最大的两个特征值λ1、λ2对应的特征向量分别作为两个流的赋形权值。
具体而言，双流处理模块120根据CQI信息和下行信道的统计信息计算双流等效CQI包括：
双流处理模块120对CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息；
双流处理模块120根据下行信道的统计信息计算两个赋形数据流的赋形增益差，根据第一个赋形数据流的等效CQI信息和赋形增益差计算第二个赋形数据流的等效CQI信息。
具体而言，双流处理模块120对CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息包括：
双流处理模块120估计UE的到达方向DOA的角度，并依据角度的广播波束赋形增益大小和用户数据波束最大增益的差值得到赋形增益的补偿值，对UE发送的CQI信息进行补偿后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息。
具体而言，双流处理模块120计算第二个赋形数据流的CQI信息包括：
双流处理模块120上行信道信息获得下行信道的统计信息，对下行信道的统计信息进行特征值分解得到最大的两个特征值λ1、λ2，计算两个流的赋形增益差，例如用dB表示为
第一个赋形数据流的等效CQI减去两个流的增益差，例如用dB表示差值为
得到第二个赋形数据流的等效CQI信息。
发送模块130用于利用双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入公共导频后经过OFDM调制后发送给UE，其中，公共导频经过广播波束权值赋形。
本发明的实施例提出的技术方案，使得基站可以在只获得部分信道信息的情况下进行下行双流赋形传输，保证传输速率，有效提高系统容量和峰值速率。本发明的实施例提出的技术方案，充分利用信道的上下行对称性进行下行传输，在波束赋形时保证两个赋形权值之间相互正交，使得两个流之间的干扰很小，从而能够获得更大的赋形增益，得到更高的系统吞吐量。此外，本发明的实施例提出的技术方案，只需要反馈一个CQI，信令开销少，不需要PMI反馈，有效减少信令开销。本发明的实施例提出的上述方案，对现有系统的改动很小，不会影响系统的兼容性，而且实现简单、高效。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种波束赋形传输的方法，其特征在于，包括以下步骤：
基站BS接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；
所述BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；
所述BS利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。
2.如权利要求1所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，所述下行信道的统计信息包括下行信道的方差矩阵或者下行信道的相关矩阵。
3.如权利要求1所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，所述上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号。
4.如权利要求1所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI包括：
所述BS对所述CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息；
所述BS根据所述下行信道的统计信息计算两个赋形数据流的赋形增益差，根据所述第一个赋形数据流的等效CQI信息和所述赋形增益差计算第二个赋形数据流的等效CQI信息。
5.如权利要求4所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，所述BS对所述CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息包括：
所述BS估计UE的到达方向DOA的角度，并依据所述角度的广播波束赋形增益大小和所述UE数据波束最大增益的差值得到赋形增益的补偿值，对所述UE发送的所述CQI信息进行补偿后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息。
6.如权利要求5所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，计算第二个赋形数据流的等效CQI信息包括：
所述BS根据所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，对所述下行信道的统计信息进行特征值分解得到最大的两个特征值λ1、λ2，计算两个流的赋形增益差；
第一个赋形数据流的等效CQI减去两个流的增益差，得到第二个赋形数据流的等效CQI信息。
7.如权利要求6所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，所述BS根据所述等效CQI信息为用户数据选择调制编码方式MCS。
8.如权利要求1所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值包括：
所述BS对信道的统计信息进行特征值分解，得到最大的两个特征值λ1、λ2，以最大的两个特征值λ1、λ2对应的特征向量分别作为两个流的赋形权值。
9.如权利要求1至8任意之一所述的波束赋形传输的方法，其特征在于，所述BS对所述上行信道信息进行统计或根据所述上行信道信息瞬时值得到所述下行信道的统计信息，所述统计为2个或2个以上的sounding周期上或整个sounding带宽内的统计。
10.一种基站，其特征在于，包括接收模块、双流处理模块以及发送模块，
所述接收模块用于接收用户设备UE发送的上行参考信号进行上行信道估计，获得上行信道信息，所述上行参考信号包括上行解调参考信号和上行sounding参考信号，以及接收UE发送的信道质量指示CQI信息；
所述双流处理模块用于利用所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，所述统计信息包括相关矩阵或者方差矩阵，所述双流处理模块根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI，以及并根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值；
所述发送模块用于利用所述双流赋形权值对用户数据和专用导频进行加权，插入经过广播波束权值赋形的公共导频后经过OFDM调制后发送给所述UE。
11.如权利要求10所述的基站，其特征在于，所述双流处理模块根据所述CQI信息和所述下行信道的统计信息计算双流等效CQI包括：
所述双流处理模块对所述CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息；
所述双流处理模块根据所述下行信道的统计信息计算两个赋形数据流的赋形增益差，根据所述第一个赋形数据流的等效CQI信息和所述赋形增益差计算第二个赋形数据流的等效CQI信息。
12.如权利要求11所述的基站，其特征在于，所述双流处理模块对所述CQI信息修正后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息包括：
所述双流处理模块估计UE的到达方向DOA的角度，并依据所述角度的广播波束赋形增益大小和所述UE数据波束最大增益的差值得到赋形增益的补偿值，对所述UE发送的所述CQI信息进行补偿后得到第一个赋形数据流的等效CQI信息。
13.如权利要求12所述的基站，其特征在于，所述双流处理模块计算第二个赋形数据流的CQI信息包括：
所述双流处理模块所述上行信道信息获得下行信道的统计信息，对所述下行信道的统计信息进行特征值分解得到最大的两个特征值λ1、λ2，计算两个流的赋形增益差；
第一个赋形数据流的等效CQI减去两个流的增益差，得到第二个赋形数据流的等效CQI信息。
14.如权利要求10所述的基站，其特征在于，所述双流处理模块根据所述下行信道的统计信息计算双流赋形权值包括：
所述双流处理模块对信道的统计信息进行特征值分解，得到最大的两个特征值λ1、λ2，以最大的两个特征值λ1、λ2对应的特征向量分别作为两个流的赋形权值。
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