CN102045097A - 一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例中公开了一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法，该方法包括：获取高速移动时的UE的上行信号的CIR估计值；根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子；基站侧的每一根天线将各自的待发送信号与该天线对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。本发明的实施例中还公开了一种下行波束赋形装置。通过使用上述的方法和装置，从而可在UE高速移动时，为发送给该UE的下行信号进行下行波束赋形，使得UE侧所接收到的下行信号具有最大的信噪比。

Description

一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法和装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术，尤其是指一种用户终端(UE)高速移动时的下行波束赋形方法和装置。

背景技术

下行波束赋形是一种智能天线技术，引入该技术的目的在于：通过下行波束赋形使通过不同路径达到UE的多径信号同相相加，从而可以最大化UE侧所接收的下行信号的信噪比，提高UE对下行信号的检测性能。具体地，基站需要根据UE发送的上行信号，确定发送给UE的下行信号的波束赋形矢量，然后按照该波束赋形矢量对基站发送给UE的下行信号进行波束赋形。目前，基于特征向量的波束赋形(EBB，Eigenvector Based Beam forming)方法是性能较好的下行波束赋形方法。

在现有技术中，EBB方法一般包括如下所述的步骤：

步骤101，估计UE的上行信号的信道冲击响应(CIR，Channel ImpulseResponse)。

步骤102，根据上述CIR的估计值确定下行波束赋形的权值矢量。

具体地由上述CIR根据EBB算法确定权值矢量的方法可参阅现有技术中的相关文献，在此不再赘述。

步骤103，将上述权值矢量中的各个元素对应设置为基站端各个天线的权值因子。

步骤104，基站端的每一根天线将各自的待发射信号与该天线对应的权值因子相乘，并发射上述相乘后的待发射信号。

由上可知，在上述的EBB算法中存在一个前提条件：UE的上行信号的信道冲击响应和UE的下行信道的信道冲击响应相同。当UE的移动速度较慢时，UE的上行信号的信道冲击响应和下行信号的信道冲击响应可以视为相同。但是，当UE高速移动时，由于多普勒效应的影响，上行信号的频偏和下行信号的频偏并不相同，从而使得上述EBB算法的前提条件不再成立，因此无法再利用上述的EBB算法来进行下行波束赋形。

综上可知，当UE高速移动时，将无法使用上述的下行波束赋形方法为发送给该UE的下行信号进行波束赋形。而在现有技术中，也尚未提出当UE高速移动时的下行波束赋形方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法和装置，从而在UE高速移动时，为发送给该UE的下行信号进行下行波束赋形，使得UE侧所接收到的下行信号具有最大的信噪比。

为达到上述目的，本发明实施例中的技术方案是这样实现的：

一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法，该方法包括：

获取高速移动时的用户终端(UE)的上行信号的信道冲击响应(CIR)估计值；

根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；

根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子；

基站侧的每一根天线将各自的待发送信号与该天线对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。

所述下行信号的CIR估计值按照以下公式计算：

${\hat{h}}_{\mathrm{DL}}={[{\hat{h}}_{\mathrm{UL},1}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_1{\mathrm{NT}}_c},{\hat{h}}_{\mathrm{UL},2}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_2{\mathrm{NT}}_c},...,{\hat{h}}_{\mathrm{UL},W}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_W{\mathrm{NT}}_c}]}^T,$

其中，

为下行信号的CIR估计值，

为上行信号的CIR估计值，

为上行信号中第i条路径的多普勒频偏，W表示CIR窗长，N表示码片的数目，T_c表示每个码片的持续时间。

本发明的实施例中还提出了一种用户终端高速移动时的下行波束赋形装置，该装置包括：第一CIR估计模块、第二CIR估计模块、权值矢量确定模块和多个天线发送模块；其中，

所述第一CIR估计模块，用于根据高速移动时的UE的上行信号获取该UE的上行信号的CIR估计值；并将所述上行信号的CIR估计值发送给所述第二CIR估计模块；

所述第二CIR估计模块，用于根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；并将所述下行信号的CIR估计值发送给所述权值矢量确定模块；

所述权值矢量确定模块，用于根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子，并将上述权值因子分别发送给相应的基站侧的各个天线发送模块；

所述天线发送模块，用于将各自的待发送信号与对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。

综上可知，本发明的实施例中提供了一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法和装置。在上述的方法和装置中，由于可根据上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得UE的下行波束赋形权矢量，因此可在UE高速移动时，为发送给该UE的下行信号进行下行波束赋形，从而使得UE侧所接收到的下行信号具有最大的信噪比，提高UE对下行信号的检测性能。

附图说明

图1为现有技术中的下行波束赋形方法的流程图。

图2为本发明实施例中的下行波束赋形方法的流程图。

图3为本发明实施例中的下行波束赋形装置的示意图。

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。

本发明提供了一种UE高速移动时下行波束赋形方法和装置，在该下行波束赋形方法中，根据UE的上行信道的信道冲击响应的估计和UE的上行信号的各个路径的多谱勒频偏的估计值，获得UE下行信号的波束赋形权矢量，从而使得UE的下行信号的信噪比最大。

图2为本发明实施例中的下行波束赋形方法的流程图。如图2所示，本发明实施例中的UE高速移动时的下行波束赋形方法包括如下所述的步骤：

步骤201，获取高速移动时的UE的上行信号的CIR估计值。

设高速移动时的UE的上行信号中的第i条路径的多谱勒频偏的估计值为则高速移动时的UE的上行信号的真实信道冲击响应(CIR)为：

其中，W表示CIR窗长(window length)，N＝(704/2)，表示码片的数目，即有N个码片，每个码片的持续时间为：T_c＝0.78125微秒(us)。

在本步骤中，将使用本领域中常用的CIR估计方法，根据高速移动时的UE的上行信号获得该UE的上行信号的CIR的估计值，设该CIR的估计值为

其中，是一个维度为(W×1)的向量。具体的CIR估计方法在此不再赘述。

步骤202，根据上述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值。

设高速移动时的UE的载频为：f_UE＝f_NodeB+Δf，其中，Δf表示由于UE的高速移动造成的多谱勒频偏；f_NodeB表示基站(NODEB)的载频。当基站以f_NodeB为载频发送下行信号时，由于UE的高速移动造成UE的下行信号的接收信号的频率为：f_NodeB+Δf。UE以f_UE＝f_NodeB+Δf对接收到的下行信号进行相关解调，得到的下行信号的基带信号的频偏为0。因此，发送给UE的下行信号的信道冲击响应(CIR)为：h_DL＝[h_UL，1 h_UL，2…h_UL，w…h_UL，W]^T。

为使得下行信号的多径分量同相相加，提高下行信号的信噪比，当NODEB生成下行波束赋形权矢量时，应该按照上述UE的下行信号的信道冲击响应h_DL＝[h_UL，1 h_UL，2…h_UL，w…h_UL，W]^T来生成下行波束赋形矢量。

但是，由于h_DL＝[h_UL，1 h_UL，2…h_UL，w…h_UL，W]^T的真实值NODEB无法获得，因此NODEB只能够根据上行信号的CIR估计

和上行信号中各径的多普勒频偏来估计h_DL＝[h_UL，1 h_UL，2…h_UL，w…h_UL，W]^T。

例如，NODEB可根据下述公式得到h_DL＝[h_UL，1 h_UL，2…h_UL，w…h_UL，W]^T的估计值，即下行信号的CIR估计值：

${\hat{h}}_{\mathrm{DL}}={[{\hat{h}}_{\mathrm{UL},1}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_1{\mathrm{NT}}_c},{\hat{h}}_{\mathrm{UL},2}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_2{\mathrm{NT}}_c},...,{\hat{h}}_{\mathrm{UL},W}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_W{\mathrm{NT}}_c}]}^T$

步骤203，根据所获得的下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量。

在本步骤中，可使用本领域中的常用方法(例如，EBB算法)，根据所获得的下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量。因此，具体的实现方法在此不再赘述。

步骤204，将上述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子。

步骤205，基站侧的每一根天线将各自的待发送信号与该天线对应的权值因子相乘，并发射上述相乘后的待发送信号。

设基站侧的第k根天线的发射信号为：s(k)，k＝1，2，......，K，其中，K表示基站的天线数目；设上述所确定的下行波束赋形权矢量为：Q＝[q₁ q₂…q_k…q_k]^T，其中，第k根天线所对应的权值因子为q_k；则第k根天线经过下行波束赋形的待发送信号(即该天线最终所发射的相乘后的待发送信号)为：

S(k)＝s(k)q_k

由上可知，通过上述的步骤201～205，可在UE高速移动时，为发送给该UE的下行信号进行下行波束赋形，从而使得UE侧所接收到的下行信号具有最大的信噪比。

图3为本发明实施例中的下行波束赋形装置的示意图。如图3所示，本发明实施例中的用户终端高速移动时的下行波束赋形装置300包括：第一CIR估计模块301、第二CIR估计模块302、权值矢量确定模块303和多个天线发送模块304；其中，

第一CIR估计模块301，用于根据高速移动时的UE的上行信号获取该UE的上行信号的CIR估计值；并将所述上行信号的CIR估计值发送给所述第二CIR估计模块302；

第二CIR估计模块302，用于根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；并将所述下行信号的CIR估计值发送给所述权值矢量确定模块303；

权值矢量确定模块303，用于根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子，并将上述权值因子分别发送给相应的基站侧的各个天线发送模块304；

天线发送模块304，用于将各自的待发送信号与对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。

综上可知，本发明的实施例中提供了一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法和装置。在所述的高速运动情况下的下行波束赋形方法和装置中，由于可根据上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值，并进而获得下行波束赋形权矢量，因此可在UE高速移动时，为发送给该UE的下行信号进行下行波束赋形，从而使得UE侧所接收到的下行信号具有最大的信噪比，提高UE对下行信号的检测性能。

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 (3)

1.一种用户终端高速移动时的下行波束赋形方法，其特征在于，该方法包括：

获取高速移动时的用户终端(UE)的上行信号的信道冲击响应(CIR)估计值；

根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；

根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子；

基站侧的每一根天线将各自的待发送信号与该天线对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下行信号的CIR估计值按照以下公式计算：

${\hat{h}}_{\mathrm{DL}}={[{\hat{h}}_{\mathrm{UL},1}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_1{\mathrm{NT}}_c},{\hat{h}}_{\mathrm{UL},2}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_2{\mathrm{NT}}_c},...,{\hat{h}}_{\mathrm{UL},W}{e}^{-j2\mathrm{\π}{f}_W{\mathrm{NT}}_c}]}^T,$

其中，

为下行信号的CIR估计值，

为上行信号的CIR估计值，

为上行信号中第i条路径的多普勒频偏，W表示CIR窗长，N表示码片的数目，T_c表示每个码片的持续时间。

3.一种用户终端高速移动时的下行波束赋形装置，其特征在于，该装置包括：第一CIR估计模块、第二CIR估计模块、权值矢量确定模块和多个天线发送模块；其中，

所述第一CIR估计模块，用于根据高速移动时的UE的上行信号获取该UE的上行信号的CIR估计值；并将所述上行信号的CIR估计值发送给所述第二CIR估计模块；

所述第二CIR估计模块，用于根据所述上行信号的CIR估计值和上行信号中各径的多普勒频偏，获得下行信号的CIR估计值；并将所述下行信号的CIR估计值发送给所述权值矢量确定模块；

所述权值矢量确定模块，用于根据所述下行信号的CIR估计值确定下行波束赋形的权值矢量；将所述权值矢量中的各个元素对应设置为基站侧各个天线的权值因子，并将上述权值因子分别发送给相应的基站侧的各个天线发送模块；

所述天线发送模块，用于将各自的待发送信号与对应的权值因子相乘，并发射相乘后的待发送信号。

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