CN102067472B - 基于固定波束族的波束赋形方法、基站和用户设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于固定波束族(GoB：Grid of Beams)的波束赋形方法、基站和用户设备。所述基于波束族GoB的波束赋形方法用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述方法包括以下步骤：在基站端e-NB预定义GoB模板；对于初始传输，从波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；在用户接收端UE，基于使信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站；在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组；以及基于所述分组升级波束赋形加权系数。根据本发明的方法和设备通过上行最优PMI反馈来替代了“基于DoA”的在基站端的复杂DoA估计；借助基站端合成的多个波束同时指向可能的用户位置或者用户分组，从而改善了系统平均接收性能。

Description

基于固定波束族的波束赋形方法、基站和用户设备

技术领域

本发明涉及多媒体广播组播领域，更具体地，涉及基于固定波束族的波束赋形方法、基站和用户设备。

背景技术

波束赋形BF(beam forming)的概念起源于智能天线SA，SA的基本原理是利用半波长间距天线阵列信道冲击响应的相关性，通过发端处理，形成一个指向性的波束，提高接收端的信噪比，扩大系统的覆盖范围。传统的BF通常作用于单独的信号流，即传输信号与一个权重因子相乘后，通过多根天线发射出去。一般这种增益也称为阵列增益。后来，随着MIMO系统研究的不断深入，BF的具体含义有了扩展，在MIMO系统中，天线间距不仅限于半波长，它可以是4波长/10波长等，在这种情况下信道矩阵的相关性将大大减弱，而这种不相关性可以带来分集增益，常见的方法是空时编码STBC，也可以带来复用增益，常见的是v-blast。在这种意义下，BF与MIMO中的预编码具有相同的含义，或者说，此时的BF可看作预编码的一种实现方式。常见的BF操作方式，如特征根BF，其典型含义即是利用信道的二阶统计信息，即信道的相关矩阵，通过SVD确定BF矢量，当发送单流时，选取与最大特征值对应的特征矢量为BF矢量；当发送多流时，按照大小顺序依次进行选取。而对于MU-MIMO，BF可以等同于SDMA，这里BF矩阵或者预编码矩阵，需要最大化单个用户的SINR，同时尽量减小用户间的干扰，常见算法如BD。

3GPP在R6版本中定义的MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Server：多媒体广播多播业务)指无线网络中一个数据源向多个用户发送数据的点到多点(p-t-m)业务，在不改变网络结构的基础上实现网络资源共享。资源共享体现在核心网和接入网两个方面。对于后者，MBMS可以通过共享节省更为紧张的空中接口资源，从而提高无线资源的利用效率。

MBMS典型地通过两种情景来配置，即单小区(SC)和多小区点到多点p-t-m传输。对于SC MBMS传输，可以使用诸如闭环MIMO(Multiple Input and MultipleOutput)等之类的先进物理层技术，利用从终端到e-NB的空中接口上的反馈来改善用户设备UE的接收性能。

众所周知的是波束赋形(BF)是一种先进的闭环MIMO技术，用于改善覆盖率和小区边缘UE的吞吐量。在3GPP的单播中已经广泛地讨论了两种类型的BF操作。一种是基于上行链路反馈的下行链路BF，另一种是基于上行链路估计的下行链路BF。

对于利用波束赋形BF的单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，现有BF方案的主要缺点总结如下：

1)上行链路反馈信令开销限制：现有的BF方案，几乎均需要所有UE向e-NB反馈信道信息，例如长时信道相关矩阵或瞬时信道状态信息CSI；

2)现有BF方案，几乎均基于最大-最小原理进行设计。结果，虽改善了最差情况UE接收性能，但是以其他UE性能恶化为代价。因为MBMS是点到多点传输，即多个UE共享相同的时间-频率资源，如果较窄的波束指向最差情况UE，其他UE则可能处于主波束的旁瓣，因而可能会受到很大的性能损失。

为了克服用于SC MBMS的现有BF方案的主要缺点，上海贝尔阿尔卡特已经提出了一种基于UE分组的下行链路DL BF方案(2008年8月7日递交的PCT发明专利申请“针对单小区MBMS传输的合成波束赋形方法和系统”，发明人为张碧军、陈宇、胡中骥，下文中称作发明1)，使用基站处通过上行链路估计获得的波达角DoA(Direction of Arrival)进行UE分组。发明1的BF方案归属于第二类BF操作，即基于UL估计的DL BF，并且可以在下面用于SC MBMS的比较中简称为“基于DoA”的方案。这将在本文后续部分中进行详细描述。而本发明属于第一类BF操作，即基于UL反馈的DL BF。

发明内容

本发明的目的在于克服上行链路反馈信令开销限制，同时避免其他UE性能恶化为代价来改善最差情况UE接收性能。

根据本发明的一个方面，提出了一种基于固定波束族(GoB：Grid of Beams)的用于SC MBMS的波束赋形方法。所述基于波束族GoB的波束赋形方法，用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述方法包括以下步骤：在基站端e-NB预定义GoB模板；对于初始传输，从波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站；在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组；以及基于所 述分组升级波束赋形加权系数。

优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组时，将相同的PMI分在同一组，这里，每个PMI对应一个用户。优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈(GoB w max-UEs)的PMI作为升级用的PMI。优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB w comp)成升级用的加权系数。优选地，当每个分组内仅有一个PMI时，基于最大-最小原理选择最小SINR用户所对应的PMI作为升级用的PMI。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种进行基于波束族GoB的波束赋形方法的基站，用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述基站执行以下步骤：预定义GoB模板；对于初始传输，从波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站；在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组；以及基于所述分组升级波束赋形加权系数。

优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈(GoB w max-UEs)的PMI作为升级用的PMI。优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB w comp)成升级用的加权系数。

根据本发明的另一个实施例，提出了一种进行基于波束族GoB的波束赋形方法的用户设备UE，用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述用户设备执行以下步骤：在基站端e-NB预定义GoB模板；对于初始传输，从波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站；在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组；以及基于所述分组升级波束赋形加权系数。

优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈(GoB w max-UEs)的PMI作为升级用的PMI。优选地，在基于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB w comp)成升级用的加权系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：根据本发明的方法和设备通过上行最优PMI反馈来替代“基于DoA”的在基站端的复杂DoA估计；借助基站端合成的多个 波束同时指向可能的用户位置或者用户分组，从而改善了系统平均接收性能。

附图说明

根据结合附图的以下描述，本发明的优点将变得易于理解，其中：

图1示出了根据本申请人另一发明(发明1)的适用于单小区MBMS传输的基于用户分组的波束赋形系统；

图2示出了图1所示系统进行合成波束赋形操作的流程图；

图3示出了根据发明1所产生的天线方向图的近似效果示意图；

图4示出了分别对于4个发射天线和8个发射天线情况下的固定波束族示意图；

图5示出了根据本发明实施例的基于固定波束族的波束赋形方法的流程图；

图6示出了根据本发明实施例的基于固定波束族的波束赋形方法的第一方案的流程图；

图7示出了根据本发明实施例的基于固定波束族的波束赋形方法的第二方案的流程图；

图8示出了本发明实施例的适用于单小区MBMS传输的基于固定波束族的波束赋形系统方框图；

图9示出了图8所示系统进行基于固定波束族的波束赋形操作的示意图；

图10示出了1个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；

图11示出了2个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；

图12示出了6个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；以及

图13示出了10个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图。

具体实施方式

现在对本发明的实施例提供详细参考。为解释本发明将参考附图描述下述实施例。

首先将本申请人的在先申请“针对单小区MBMS传输的合成波束赋形方法和系统”(发明1)的全部内容结合在此作为参考。

发明1提供了一种用于MBMS传输的波束赋形系统和方法。其中所述方法包括：通过上行链路估计而获得每个用户的DoA信息；基于获得的DoA信息来计算波束赋形加权系数；以及根据波束赋形加权系数，生成合成加权系数。由于所有UE的DoA可以从长期UL估计中获得，因此可以减小UL反馈信令开销。该方法还判断用户数量。在判断出MBMS用户数量小于预定阈值时，根据所有获得的DoA信息来计算波束赋形加权系数；在判断出MBMS用户数量大于预定阈值时，则首先对获得的DoA信息进行分组，从每一组中选择一个DoA信息来计算波束赋形加权系数。合成波束分别指向所有UE或所有UE组，因此接收性能提高，并且与最大-最小BF相比，平均而言效率更高。

图1示出了根据发明1的适用于单小区MBMS传输的基于用户分组的波束赋形系统10。

在该系统10中，包括DoA估计单元101、波束赋形加权系数计算单元102、合成加权系数计算单元104和发射单元105。其中，DoA估计单元101可通过估计而获得针对各个用户的DoA信息，即e-Nb接收上行信号，利用接收的上行参考信号来进行DoA估计。针对UEi的DoA信息表示为β_i。

现有技术中已经公开了多种算法用于进行DoA估计，例如MUSIC算法、最大似然算法、基于高阶累积量的算法、快速子空间分解算法及ESPRIT算法等。这里可以采用其中任何一种来进行DoA估计。

然后，波束赋形加权系数计算单元102如下式所示来计算波束赋形加权系数：

$w_i\left({\mathrm{\β}}_i\right)=\frac{1}{\sqrt{M}}{\left[\begin{array}{cccc}{v}_{i1}\left({\mathrm{\β}}_i\right)& v_{i2}\left({\mathrm{\β}}_i\right)& ...& v_{\mathrm{iM}}\left({\mathrm{\β}}_i\right)\end{array}\right]}^T,---\left(1\right)$

其中v_im(θ_i)＝exp(-jkd_msin(θ_i))，m＝1，…M，k＝2π/λ，λ是发射所用的波长，w_i是M×1维矢量；β_i是UEi或第i个UE分组的DoA；M是e-NB处的总发射天线个数； 表示具有λ/2间隔的均匀线性阵列(ULA)的天线位置。

然后，合成加权系数计算单元104根据加权系数，生成合成加权系数即w_c＝sum(w_i)，i＝1，..K。之后，发射单元105利用合成加权系数控制天线，将加权系数乘以要发射的数据，生成发射数据，并将发射数据发射到用户。

在该系统中，还包括判断单元103，用于判断用户数量。存在两种情况，第一种是被服务的MBMS用户数较小，则将所获得的所有用户的DoA用于计算波束赋形加权系数；第二种是当被服务的MBMS用户数较大时，则首先进行用户分组。分组所采取的策略是：尽量将具有近似DoA值的用户分在同一组。将预定DoA信息范围内的DoA信息分为一组。例如将[0-5]度的DoA分为一组，将[5-10]度的DoA分为一组，…。当然，该预定DoA信息范围由系统根据需要决定，与用户数量、计算量、计算精度等都有关。用户数量较大时，该范围也相应地较大，该范围较大时，计算量减少，但是计算精度下降。该范围的确定对于本领域技术人员而言是显而易见的。每一组内的DoA数量(用户数量)并不一定相同。然后从每一组中选择一个用户的DoA。可以从每一组中随机地选择一个DoA，也可以按照一定规则，例如最大值、中值等，选择一个DoA。因为在分组中所有UE具有近似的DoA，因此由于随机选择而导致的性能损失较小。将所选择的DoA用于计算波束赋形加权系数。例如，所选的DoA是β_k，k＝1，..K，这里K表示用户分组数量。

这时，上面所示方程(1)中波束赋形加权系数计算单元102使用的β_i是代表第i个UE分组的DoA。

图2给出了适用于单小区MBMS传输的基于用户分组的波束赋形操作的流程示意图。

在步骤a处，系统首先通过长时上行信道估计获得该小区内所有MBMS用户的DoA信息。

现有技术中已经公开了多种算法用于进行DoA估计，例如MUSIC算法、最大似然算法、基于高阶累积量的算法、快速子空间分解算法及ESPRIT算法等。这里可以采用其中任何一种来进行DoA估计。

然后在步骤b处，基于步骤a中获得的每个用户DoA信息，使用已有算法，比如快速傅立叶变化(FFT)等，可容易地获得每个用户的波束赋形权系数。

此时，区分两种情况，其一，当被服务的MBMS用户数较小时，比如总共K个用户，K＜＝10或其他数值，此时，可将所有用户的DoA直接用于计算波束赋形加权系数。其二，当被服务的MBMS用户数较大时，则对DoA信息进行分组，尽量将具有近似DoA值的用户分在同一组。然后，对于任意用户分组，从该组内随机选取一用户，将该用户的DoA作为该组用户的代表，用于计算波束赋形加权系数。

在步骤c处，计算所选的DoA信息，计算波束赋形加权系数。

在步骤d处，对计算的波束赋形加权系数进行合成，得到合成的加权系数。然后利用加权系数对要发射的数据进行加权，将数据发射到用户。

如图3示出了所产生的天线方向图的近似效果。通过该方案进行波束赋形，可将发射能量更多对准有用户的地方。

由于用户移动，导致基站端估计用户的DoA角度会变化，从而影响分组，从而导致需要升级基站端的波束赋形加权系数。简言之，系统需要跟踪用户移动，在一定的时间间隔之后更新用户的DoA，从而更新波束赋形加权系数。具体时间间隔与用户移动速度有关系。因此，该系统要基于一定的时间间隔进行波束赋形加权系数更新。整个系统为循环操作模式，在一定的时间间隔之后重新进行步骤a-d。

与两种其它方案，即纯开环发射分集和利用最大-最小原理的BF相比，发明1的针对SC MBMS的BF方案的主要优点如下：1.该方案适用于任何发射天线数量：首先，在e-NB处针对DL BF使用专用RS(参考信号)模板；其次，所有UE的DoA可以从长期UL估计中获得，因此可以减小UL反馈信令开销；2.由于总的发射功率仅集中在由e-NB处形成的合成波束所定位的UE或UE组的方向，因此可以节省发射功率，因此与纯开环发射分集方案相比，提高了覆盖率；3.系统平均性能得到提高：当合成波束分别指向所有UE或所有UE组时，它们的接收性能提高，并且与最大-最小BF相比，平均而言效率更高。

发明1的这种具有合成波束的BF对接口信令的影响：由于e-NB处进行长期UL DoA估计，所以不需要任何UL反馈，因此，从实际角度看，与需要UE将所估计的平均接收SINR反馈到e-NB的最大-最小BF相比，该方案更具吸引力；对于下行信令，上述合成波束赋形加权系数可以直接信令至所有UE或者UE通过专用RS估计等价信道矩阵而获得。

本发明的基本思想是将已有基于固定波束族GoB的波束赋形方案推广至MBMS，首先简要描述现有技术中基于GoB的波束赋形方案。

在WINNER project(IST-4-027756 WINNER II D6.13.3，“Intermediate conceptproposal(″wide area″)and evaluation”，Section 5.4.1：Baseline spatialprocessing scheme wide area)中已经引入了一种基于固定波束族的波束赋形方案 用于单播传输。图4示出了分别对于4个发射天线和8个发射天线情况下的固定波束族示意图。为了便于后续理解将基于固定波束族的BF用于单小区MBMS，下面首先列举给出基于GoB方案实现过程中的若干关键技术点：1)目前，基于GoB的波束赋形算法，仅考虑单流操作；2)基站基于某种调度策略，给出的某用户波束赋形权系数适用于UE占据的整个带宽，调度之后在基站处从GoB中选定的固定波束索引(即预编码矩阵索引PMI)适用于UE占据的整个带宽；3)为简化计算，仿真中对于快衰信道建模可做适当简化，例如假定信道在某时频间隔内(时频资源的某个子块)保持不变等；4)对于空分多址(SDMA：Spatial Division Multiple Access)，当调度多个用户复用在相同时频资源上时，应遵循尽量调度那些PMI差别较大的用户被复用。这样做的目的，即有效通过空分降低多用户干扰；5)对于MU-MIMO，具有较大不同PMI的UE应该在相同的时频资源上调度，因此可以大大降低多用户干扰；6)固定波束族即GoB，在基站被预先确定。图4给出了两个GoB的例子。左边表示4个发射天线下的GoB模板(GoBpattern)。右边表示8个发射天线下GoB模板；7)对于GoB，区分截尾和非截尾两种方式；8)基于GoB的波束赋形方案具体实现如下：任意第i个接收用户，基于某种准则(例如最大平均SINR从GoB中选出最优权系数，即PMI，如第j个波束；所有用户向基站反馈自己的最优PMI；在基站，当基于某种调度策略调度第i个用户并且PMI为j时，从GoB中选出第j个束加权系数，以完成对于所调度的UE的下行波束赋形(DL BF)操作。

受上述方案启发，本发明提出了两种用于MBMS的基于GoB的波束赋形方法。本发明的用于SC MBMS的基于GoB的波束赋形方法属于第一类BF操作，即基于上行链路UL反馈的下行链路波束赋形(DL BF)。

所述用于SC MBMS的基于GoB的波束赋形方法具体实现过程描述如下。下面参考图4和图5描述根据本发明第一实施例的用于SC MBMS的基于GoB的波束赋形方法。如图4所示，图4左侧考虑了4个发射天线作为示例，示出了4个发射天线的天线模板；图4右侧考虑了8个发射天线作为示例，示出了8个发射天线的天线模板。但本领域普通技术人员应该理解，所述发射天线的个数不局限于4个或8个，可以是这种MBMS应用中的任意个数的天线。

图5示出了根据本发明第一实施例的波束赋形方法的流程图。如图5所示，所述方法包括以下步骤：在基站端e-NB预定义GoB模板(S501)；对于初始传输，从GoB 中随机选取任意索引作为PMI(S502)；在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述PMI反馈至基站(S503)；在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组(S504)；以及基于所述分组升级波束赋形加权系数(S506)。在基于用户反馈的PMI进行分组时，将相同的PMI分在同一组。这里每个PMI对应一个用户。假定共有G个组。分组内PMI个数最多表示反馈该PMI的用户数最多。基于上述分组，可采取如下两种策略，代表了两种可能的方案，来升级波束赋形权系数。

图6示出了根据本发明实施例的第一种方案来升级波束赋形权系数的流程图。该方法与图5所示的方法类似，不同之处在于如图6所示，所述第一种方案在基于用户反馈的PMI进行分组后(S604)，从所有分组中选择最多用户反馈(GoB w max-UEs)的PMI作为升级用的PMI(S605)。换句话说，选取最多用户反馈的PMI作为升级用的PMI，使用最多用户反馈PMI的GoB用“GoB w max-UEs”表示。一个特例，当每个分组内仅有一个PMI时(可能发生在小区内MBMS用户数小于或等于固定波束个数时)，此时，仍基于Max-Min准则，选取最小SINR用户所对应的PMI作为升级用。

图7示出了根据本发明实施例的第二种方案来升级波束赋形权系数的流程图。该方法与图5所示的方法类似，不同之处在于如图7所示，所述第二种方案基于用户反馈的PMI进行分组后(S704)，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB wcomp)成升级用的加权系数(S705)。也就是说，所述第二种方案使用复合GoB(用“GoB w comp”表示)并且结合合成波束思想，将所有分组对应的PMI合并，即将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并成升级用的加权系数。

图8示出了根据发明1的适用于单小区MBMS传输的基于波束族的波束赋形系统800。

在该系统800中，包括GoB模板预定义单元801、索引选择单元802、分组单元803；加权系数计算单元804和发射单元805。基站端e-NB中的GB模板预定义单元801用于预先定义GoB模板。对于初始传输，索引选择单元802从GoB中随机选取任意索引作为PMI；索引选择单元802在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述PMI反馈至基站。在基站端，所述分组单元803基于所有用户反馈的PMI进行分组。所述加权系数计算单元804基于所述分组升级波束赋形加权系数。其中所述加权系数计算单元804可以采用不同的方法计算波束赋形加权系数， 例如：将相同的PMI分在同一组，每个PMI对应一个用户；假定共有G个组，分组内PMI个数最多表示反馈该PMI的用户数最多。基于上述分组，另外所述加权系数计算单元可以采取如图6和图7所示的两种策略，(代表了两种可能的方案)来升级波束赋形权系数，即：1)所述第一种方案在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈(GoB w max-UEs)的PMI作为升级用的PMI。也就是说，从所有分组中选择分组内PMI个数最多的分组所对应的PMI作为升级用的PMI，即选取最多用户反馈的PMI作为升级用的PMI。在当每个分组内仅有一个PMI时(可能发生在小区内MBMS用户数小于或等于固定波束个数时)的特例情况下，此时仍基于Max-Min准则，选取最小SINR用户所对应的PMI作为升级用；2)所述第二种方案在基于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB w comp)成升级用的加权系数；也就是说使用复合GoB(用“GoB w comp”表示)并且结合合成波束思想，将所有分组对应PMI所对应的加权系数合并成升级用的加权系数。

在所述加权系数计算单元804计算出波束赋形加权系数之后，发射单元805利用所述加权系数控制天线，将加权系数乘以要发射的数据，生成发射数据，并将发射数据发射到用户。

图9给出了适用于单小区MBMS传输的基于波束族的波束赋形操作的示意图。

如图9所示，对于初始传输，从GoB中随机选取任意索引作为PMI。在用户接收端UE，基于使平均信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述PMI反馈至基站。在基站端e-NB，基于所有用户反馈的PMI进行分组；基于所述分组升级波束赋形加权系数。在计算出波束赋形加权系数之后，利用所述加权系数控制天线，将加权系数乘以要发射的数据，生成发射数据，并将发射数据发射到用户。

其中可以采用不同的方法计算波束赋形加权系数，例如：将相同的PMI分在同一组，每个PMI对应一个用户；假定共有G个组，分组内PMI个数最多表示反馈该PMI的用户数最多。基于上述分组，另外所述加权系数计算单元可以采取如图6和图7所示的两种策略，(代表了两种可能的方案)来升级波束赋形权系数，即：1)所述第一种方案选取最多用户反馈的PMI作为升级用的PMI，从所有分组中选择分组内PMI个数最多的分组所对应的PMI作为升级用的PMI；在当每个分组内仅有一个PMI时(可能发生在小区内MBMS用户数小于或等于固定波束个数时)的特例情况下，此时仍基于Max-Min准则，选取最小SINR用户所对应的PMI作为升级用；2)所述第二种方案在基 于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并(GoB wcomp)成升级用的加权系数。也就是说使用复合GoB(用“GoB w comp”表示)并且结合合成波束思想，将所有分组对应的PMI合并，即将所有PMI对应的加权系数合并成升级用的加权系数。

由于用户移动，导致用户估计获得最优的PMI会变化，从而影响基站端的分组策略，从而导致需要升级基站端的波束赋形加权系数。简言之，系统需要跟踪用户移动，在一定的时间间隔之后更新用户的PMI，从而更新波束赋形加权系数。具体时间间隔与用户移动速度有关系。因此，该系统要基于一定的时间间隔进行波束赋形加权系数更新。整个系统为循环操作模式，在一定的时间间隔之后重新进行上述步骤。

为了与发明1的“基于DoA”的方案进行全面对比，将根据本发明实施例的上述用于MBMS单小区传输方式下的两种波束赋形方案以“基于GoB”表示。对比结果见表1。

表1“基于GoB”的方案与“基于DoA”的方案的对比结果

表1从对接口信令影响、公用/专用参考信号需求及DoA估计等角度，对两类方案进行了全面比较。通过对比“GoB w comp”与“DoA based”，尤其会发现，如果系统定义了专用参考信号，前者通过上行最优PMI反馈，替代了后者在基站端的复杂DoA估计。

为了说明两种基于GoB的波束赋形方法的性能改善，下文中提供了相应的系统级仿真结果。在进行仿真之前，首先给出仿真中使用的参数，如表2所示。

表2基于GoB的波束赋形方案仿真参数设置

分别仿真了1、2、6和10个用户。2发射天线用于开环发分集，4发射天线用于基于Max-Min准则和“GoB based”、“DoA based”的波束赋形方案仿真。

作为对照，仿真给出了开环2x2SFBC方案的有效SINR累积分布曲线。对于4发天线，基于Max-Min准则的波束赋形方案，图中以“4x2：基于最大-最小”表示。对于发明1中的合成波束赋形方案，图中以“4x2：基于DoA”表示。对于两种基于GoB的波束赋形方案，图中分别以“4x2：基于GoB-方案1”(“4x2：GoB w max-UEs”)和“4x2：基于GoB-方案2”(“4x2：GoB w comp”)表示。同时，系统仿真中，发射总功率不随发射天线数增加，即等同于单发天线。对比仿真结果如图9-图13 所示。

图10示出了1个用户时，开环的2x2SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；图11示出了2个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；图12示出了6个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图；以及图13示出了10个用户时，开环的2x2 SFBC、基于最大-最小原理的BF、基于DoA的BF与两种基于GoB的BF的有效SINR的累积分布CDF仿真结果图。由图10-图13可以获得如下仿真结论：

当只有1个用户时，4发射天线情况下，由于波束赋形带来的阵列增益，各种波束赋形方案均优于开环2x2 SFBC方案。由于定向波束指向1个用户，基于最大-最小(Max-Min)准则与基于DoA获得了几乎一致的SINR分布。两种基于GoB的方案也获得了几乎一致的SINR分布。但方案1略优于方案2。这是由于方案2从GoB中选取的定向波束指向用户略有偏差的原因所导致。

随着仿真中用户数逐渐增大，观察90％覆盖工作点附近SINR改善情况，会发现：基于Max-Min准则与GoB w max-UEs方案逐渐接近于开环2x2 SFBC并最终差于后者。 这是由于，当用户数较大时，对于上述方案，波束定向于最差接收用户或部分用户(该部分用户在该波束指向上有最好的接收性能)，但可能很多其他用户处于主波束的旁瓣，从而降低了系统平均接收性能。而合成波束赋形方案与GoB w comp，无论何种用户数下，均优于开环2x2 SFBC。这同样是由于借助基站端合成的多个波束同时指向可能的用户位置或者用户分组，改善了系统平均接收性能。

GoB w max-UEs始终优于基于Max-Min准则的波束赋形。这是由于：不同于Max-Min下定向波束指向单个最差接收用户，前者通过用户最优PMI反馈并分组，使更多用户获得了波束赋形所带来的阵列增益。仿真中，在10个用户时，GoB w comp性能较合成波束赋形更优。这是由于，二者在基站端进行波束合成时的一些差异导致发射信号能量，前者比后者在各个隐含波束上分配更均匀所致。在用户数较小时，这种不均匀不明显，因此二者没有体现出性能不同。

根据本发明实施例的方法、系统、基站和用户设备将基于GoB的波束赋形方案推广至SC MBMS传输，提出了两种可能的基于GoB的波束赋形方案。该说明书中基于现有GoB方案实现中关键点的描述，详细阐述了用于MBMS单小区传输下的GoB实现方案的具体过程。同时，将该方案与合成波束赋形方案从对接口信令影响、公用/专用参考信号需求及DoA估计等角度进行了全面对比。从算法实现角度，当系统中定义了专用参考信号时，GoB w comp通过上行最优PMI反馈，较合成波束赋形方案更具优势。

尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求及其等价物所限定的本发明的原理和范围的情况下，可以在对以上实施例中做出变化。

Claims (11)

1.一种基于波束族GoB的波束赋形方法，用于单小区多媒体广播组业务SC MBMS，所述方法包括以下步骤：

在基站端e-NB预定义GoB模板；

对于初始传输，从波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；

在用户接收端UE，基于使信干噪比SINR最大的准则从GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站；

在基站端，基于所有用户反馈的PMI进行分组；以及

基于所述分组升级波束赋形加权系数。

2.根据权利要求1所述的波束赋形方法，其中在基于用户反馈的PMI进行分组时，将相同的PMI分在同一组，每个PMI对应一个用户。

3.根据权利要求1所述的波束赋形方法，其中在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈的PMI作为升级用的PM1。

4.根据权利要求1所述的波束赋形方法，其中在基于用户反馈的PMI进行分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并成升级用的加权系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中当每个分组内仅有一个PMI时，基于最大-最小原理选择最小SINR用户所对应的PMI作为升级用的PMI。

6.一种进行基于波束族GoB的波束赋形方法的基站，用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述基站包括：

GoB模板预定义单元(801)用于预定义GoB模板；

索引选择单元(802)用于对于初始传输，从所述波束族GoB中随机选取任意索引作为预编码矩阵索引PMI；

分组单元(803)用于基于所有用户反馈的PMI进行分组，其中所述用户反馈的PMI是用户基于使信干噪比SINR最大的准则从所述GoB中选取的最优PMI；以及

加权系数计算单元(804)用于基于所述分组升级波束赋形加权系数。

7.根据权利要求6所述的基站，其中在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈的PMI作为升级用的PMI。

8.根据权利要求6所述的基站，其中在基于用户反馈的PMI分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并成升级用的加权系数。

9.一种进行基于波束族GoB的波束赋形方法的设备，用于单小区多媒体广播组播业务SC MBMS，所述设备包括：

索引选择单元(802)，用于基于使平均信干噪比SINR最大的准则从所述GoB中选取最优PMI，并将所述最优PMI反馈至基站，

其中，所述GOB的模板是在基站端预定义的，并且对于初始传输，预编码矩阵索引PMI是从所述波束族GoB中随机选取的任意索引；并且，

其中所反馈的PMI被用于在基站端进行分组，以及基于所述分组升级波束赋形加权系数。

10.根据权利要求9所述的设备，其中在基于用户反馈的PMI进行分组后，从所有分组中选择最多用户反馈的PMI作为升级用的PMI。

11.根据权利要求9所述的设备，其中在基于用户反馈的PMI进分组后，将所有分组对应的PMI所对应的加权系数合并成升级用的加权系数。